在煤化工產(chǎn)業(yè)鏈中，氣化爐是將固態(tài)煤炭轉(zhuǎn)化為氣態(tài)合成氣（主要成分為CO、H?）的核心設(shè)備，其技術(shù)性能直接決定了煤炭轉(zhuǎn)化效率、原料適應(yīng)性及環(huán)保水平。目前，工業(yè)化應(yīng)用的氣化爐主要分為固定床、流化床和氣流床三大類，各類爐型在結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用場景上差異顯著。本文將按爐型分類，詳細解析其技術(shù)特性、市場應(yīng)用及發(fā)展方向。

1、結(jié)構(gòu)特點

固定床氣化爐為立式圓筒結(jié)構(gòu)，煤料從頂部加入，與從底部通入的氣化劑（空氣/氧氣+蒸汽）逆流接觸。爐內(nèi)自上而下分為干燥層（脫除煤中水分）、干餾層（析出揮發(fā)分）、氣化層（發(fā)生氧化與還原反應(yīng)）和灰渣層（保護爐篦）。典型爐型如Lurgi爐和BGL爐：

- Lurgi爐：爐體設(shè)水夾套回收熱量副產(chǎn)蒸汽，底部為旋轉(zhuǎn)爐篦排渣，操作壓力2.5-3.0MPa；

- BGL爐：底部增設(shè)高溫熔渣區(qū)（1600-1700℃），灰渣以液態(tài)形式排出，取消傳統(tǒng)爐篦。

2、工作原理

煤塊在重力作用下緩慢下移，與上升的氣化劑逆向反應(yīng)：在氧化層，煤與氧氣反應(yīng)生成CO?并釋放熱量（2C+O?=2CO+熱量）；在還原層，CO?與碳反應(yīng)生成CO（C+CO?=2CO），蒸汽與碳反應(yīng)生成CO和H?（C+H?O=CO+H?），最終生成含甲烷較高的合成氣（CH?含量10%-20%）。

3、使用工況

原料要求：需塊煤（5-50mm），灰熔點較高（≥1200℃），適合煙煤、無煙煤；

操作條件：壓力0.1-3.0MPa，溫度800-1000℃（Lurgi爐）或1400-1700℃（BGL爐）；

典型應(yīng)用：煤制城市煤氣（高甲烷需求）、煤制天然氣（SNG）、小型合成氨項目。

4、優(yōu)缺點

優(yōu)點：技術(shù)成熟，投資低；合成氣甲烷含量高，適合民用燃氣；可回收焦油、酚類等副產(chǎn)品。

缺點：原料局限于塊煤，粉煤利用率低；焦油和廢水處理復(fù)雜，環(huán)保成本高；Lurgi爐碳轉(zhuǎn)化率較低（約85%）。

5、占有率：

固定床氣化爐在我國早期煤化工項目中應(yīng)用廣泛，但因原料適應(yīng)性差和環(huán)保問題，目前市場份額已降至10%以下，主要集中在小型煤制氣及傳統(tǒng)化工企業(yè)。

1、結(jié)構(gòu)特點

流化床氣化爐為立式圓筒，底部設(shè)布風(fēng)板，爐內(nèi)填充煤顆粒（0-10mm）。核心結(jié)構(gòu)包括氣化室、旋風(fēng)分離器和返料器（循環(huán)流化床）：

2、工作原理

氣化劑以較高流速（1-3m/s）穿過煤顆粒床層，使煤粒呈流化狀態(tài)（類似“沸騰”），氣固接觸充分。反應(yīng)溫度800-950℃，煤在流化過程中完成干燥、熱解和氣化，生成的合成氣經(jīng)分離器分離出固體顆粒后導(dǎo)出。

3、使用工況

 原料要求：適合褐煤、次煙煤等低變質(zhì)煤，可處理粉煤、高灰煤（灰分≤30%），無需塊煤；

 操作條件：壓力0.1-2.0MPa，溫度800-950℃，需控制氣速避免顆粒帶出過量；

典型應(yīng)用：生物質(zhì)氣化、垃圾能源化、中小型合成氨及甲醇項目。

4、優(yōu)缺點

 優(yōu)點：原料適應(yīng)性廣，可利用粉煤和劣質(zhì)煤；碳轉(zhuǎn)化率較高（CFB爐≥90%）；操作溫度低，結(jié)渣風(fēng)險小。

 缺點：合成氣中甲烷含量低（≤3%），需調(diào)整成分方可用于化工合成；循環(huán)系統(tǒng)易磨損，維護成本高；Winkler爐常壓操作，效率較低。

5、占有率

流化床氣化爐在我國煤化工市場占比約15%，其中循環(huán)流化床技術(shù)因效率優(yōu)勢逐漸替代傳統(tǒng)Winkler爐，主要應(yīng)用于中小型項目及生物質(zhì)協(xié)同氣化領(lǐng)域。

氣流床氣化爐是當前大型煤化工項目的主流選擇，按進料方式分為水煤漿氣化爐和干粉煤氣化爐兩類。

1、結(jié)構(gòu)特點

 水煤漿氣化爐（如Texaco/GE爐）：直立圓筒，頂部設(shè)單燒嘴，下部為激冷室（或輻射廢熱鍋爐），水煤漿（濃度60%-70%）與氧氣從燒嘴噴入；

 干粉煤氣化爐（如Shell爐、航天爐）：多燒嘴對置（Shell爐）或單燒嘴（航天爐），爐膛采用水冷壁結(jié)構(gòu)（無耐火磚），煤粉與氧氣在高溫下并流反應(yīng)，底部設(shè)激冷室或廢熱鍋爐。

2、工作原理

煤粉（或水煤漿）與純氧在高溫（1300-1600℃）下并流進入爐膛，瞬間完成氣化反應(yīng)（碳與氧氣、蒸汽反應(yīng)生成CO和H?），灰渣以熔融態(tài)排出。合成氣經(jīng)冷卻凈化后，有效氣（CO+H?）含量達85%-90%。

3、使用工況

 原料要求：水煤漿爐需煤成漿性好（如高揮發(fā)分煙煤）；干粉爐對煤種適應(yīng)性更廣（可處理無煙煤、石油焦）；

 操作條件：壓力4.0-6.5MPa，溫度1300-1600℃，需配套高效煤粉制備（干粉爐）或制漿系統(tǒng)（水煤漿爐）；

 典型應(yīng)用：大型煤制油、煤制烯烴、煤制乙二醇等項目（單爐日處理煤量≥1000噸）。

4、優(yōu)缺點

 優(yōu)點：碳轉(zhuǎn)化率高（≥98%），熱效率高（冷煤氣效率75%-85%）；適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；灰渣熔融玻璃化，易資源化利用。

 缺點：水煤漿爐因水分蒸發(fā)耗能，效率略低于干粉爐；干粉爐進料系統(tǒng)復(fù)雜，投資較高（比水煤漿爐高10%-15%）。

5、占有率

氣流床氣化爐占據(jù)我國煤化工市場主導(dǎo)地位，占比約75%。其中水煤漿氣化爐（如GE爐、多元料漿爐）在早期項目中應(yīng)用廣泛，而干粉氣化爐（如航天爐、SE-東方爐）因效率優(yōu)勢，在新建項目中占比逐年提升。

近年來，我國自主研發(fā)的新型氣化爐技術(shù)不斷突破，代表性技術(shù)包括：

航天爐（HT-L爐）

主要技術(shù)路線：干煤粉作原料，采用激冷流程，主要特點是技術(shù)先進，具有的熱效率(可達95%) ，碳轉(zhuǎn)化率高(可達99%)；氣化爐為水冷壁結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，氣化溫度能到1500-1700℃；對煤種要求低，可實現(xiàn)原料本地化；具有自主知識產(chǎn)權(quán)，專利費用低；關(guān)鍵設(shè)備全部國產(chǎn)化，投資少。

· 采用水冷壁無耐火磚結(jié)構(gòu)，連續(xù)運行周期超8000小時，維護成本降低30%；

· 單爐日處理煤量提升至3000噸，適應(yīng)大型化項目；

· 對高灰熔點煤適應(yīng)性增強（可加助熔劑），國產(chǎn)化率超95%。

SE-東方爐

SE-東方爐煤氣化技術(shù)采用干煤粉進料，單噴嘴頂置、膜式水冷壁、純氧十水蒸汽氣流床氣化，液態(tài)排渣，激冷流程，粗合成氣水激冷噴淋床與鼓泡床復(fù)合床式高效洗滌冷卻，合成氣分級凈化采用“混合器+旋風(fēng)分離器+水洗塔”組合技術(shù)。核心技術(shù)為單噴嘴水冷壁氣化爐。

· 集成粉煤水冷壁與水煤漿激冷技術(shù)，有效氣含量達90%以上；

· 燒嘴壽命延長至10000小時，運行穩(wěn)定性顯著提升。

晉華爐

晉華爐采用水煤漿進料，水煤漿經(jīng)高壓煤漿泵加壓后與氧氣通過工藝燒嘴進入水冷壁氣化爐，煤漿、氧氣在氣化室內(nèi)完成氣化反應(yīng)，生成以CO和H2為主的粗合成氣。粗合成氣和熔渣出氣化室后一起進入輻射廢鍋進行熱量回收并產(chǎn)生高溫高壓飽和蒸汽，從而提高整個系統(tǒng)的熱效率。

· 水煤漿與干粉聯(lián)合進料，兼顧原料適應(yīng)性與效率，氧耗降低5%-8%。

這些新型爐型的共同優(yōu)勢在于：提升原料適應(yīng)性（可處理“三高”煤）、延長運行周期、降低能耗（冷煤氣效率提升至85%以上），且核心設(shè)備國產(chǎn)化打破國外壟斷。

1、大型化與高效化

單爐日處理煤量向5000噸級突破，通過優(yōu)化爐膛結(jié)構(gòu)和燒嘴設(shè)計，進一步提升碳轉(zhuǎn)化率（≥99%）和熱效率。

2. 寬原料適應(yīng)性

開發(fā)可處理劣質(zhì)煤（灰分≥40%）、煤矸石、生物質(zhì)及固廢的氣化技術(shù)，推動資源綜合利用。

3. 低碳化與環(huán)保升級

耦合碳捕集（CCUS）技術(shù)，降低合成氣中CO?排放；實現(xiàn)灰渣高值化利用（如制備建材、提取稀有金屬），廢水零排放。

4. 智能化與數(shù)字化

應(yīng)用AI算法與在線監(jiān)測系統(tǒng)（如激光測溫、紅外成像），實現(xiàn)爐內(nèi)反應(yīng)實時調(diào)控，降低操作風(fēng)險。

5. 氫能協(xié)同

探索與綠氫技術(shù)結(jié)合，通過氣化-甲烷化耦合生產(chǎn)綠氫，助力煤化工低碳轉(zhuǎn)型。

氣化爐技術(shù)的發(fā)展始終圍繞“高效、環(huán)保、寬適應(yīng)性”目標，從早期固定床到如今主流的氣流床，再到新型自主化爐型，我國已形成多層次技術(shù)體系。未來，隨著低碳要求升級和智能化技術(shù)滲透，氣化爐將向大型化、低碳化、智能化方向邁進，為煤化工產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供核心支撐。