清华炉
1.3煤气化技术路线的分析和我们的选择
煤气化技术有各种分类方法，以进料形态分类，可分成块煤气化、
碎煤气化和粉煤气化三大类，分列如下： 名进料粒流体力学条件 称 度（mm） 煤从炉顶加入，气化UGI、LURGI（鲁块煤6～80 气化 煤块发生相对位置为UGI炉型，国变化，称固定床（或外已不再采用。 移动床）造气。 碎1～10 气化气体从炉下部美国U-GAS技
典型炉型 特 点 气体从炉底加入，气奇）等。国内中小流升力不致使固体化肥厂使用的多历史长久，技术成熟，单炉能力小，副产物多，环境友好性差，煤种适应性窄。 发展历史长，但进展6
煤气 化 进入炉内，与碎煤形术，首批工业化炉不快，主要是高温流成流化状态，称流化在中国上海建成化床有些基本问题床造气。 （已报废）。山西有待解决。单炉能力煤化所灰团聚技不大，副产物多，煤术，已有常压装置种适应性宽。 投产。 TEXACO（德士粉煤由气化气体带古）、SHELL（壳入炉内，发生并流式牌）、四喷嘴（华粉煤＜0．1 气 化 燃烧和气化反应。受东理工兖矿）分级气化空间限制，反应气化(达立科清时间很短（1～10华)、航天炉另外秒），因此要求入炉尚未工业化的有煤粒度＜0.1mm,称GSP（西门子已收气流床造气。 购）技术等。 历史不很长，但发展很快，单炉能力大，副产物少，煤种适应性宽。 从上表可以看出，从气化发展历史角度分析，粉煤气化有很强的生命力。最近二十多年,国内国外都在集中力量研究和发展粉煤气化技术，其内在原因是粉煤气化技术的环境友好，单炉能力大，能量利用率高,是煤气化技术的发展方向。
粉煤气化有水煤浆（湿法）和干煤粉（干法）两类，以GE（美国德士古）和SHELL（英、荷壳牌）为其典型流程。资料分析和现场考察（美国依思曼和荷兰德姆科）表明：水煤浆气化技术成熟，装
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置运行稳定，问题是喷嘴寿命短，难于使用高灰熔点煤；干粉气化技术可使用高灰熔点煤，但是成熟度不够，装置长周期运行成绩不佳。经过研究我们的结论是：依靠我们的技术积累，在技术成熟的水煤浆气化基础上解决其存在问题，可以较快形成新的具有自主知识产权技术。干粉气化技术的问题在于粉煤气流输送的计量精度难于达到气化炉内氧煤比的控制要求，导致炉内温度波动，影响装置安、稳。长满、运行；应用高挥发分煤的安全性较差。我们决定，全力进入粉煤气化研究开发领域，第一步以水煤浆为原料，开发宽煤种、长周期运行水煤浆气化技术；第二步开发干煤粉泵，从根本上解决干煤粉气化的关键问题。经过9年的努力，我们取得了预期的成果，推出了具有全新性能的清华炉（非熔渣—熔渣分级气化技术）。2009年4月，中国石油和化工协会召开国内专家和壳牌技术使用者会议，会议取得共识：目前不宜再引进壳牌技术，这也从另一个侧面证明我们9年前的选择是正确的。
1.4新技术应用领域和技术原理
清华炉（非熔渣—熔渣分级气化技术）应用于国家重点新能源领
域，煤炭的清洁利用和石油、天然气替代项目。其主要技术原理是将煤炭加工成粉状（水煤浆或干粉），加压送入部分氧化气化炉中生产合成气。
清华炉（非熔渣—熔渣分级气化技术）的特点是：
通过氧气分级供给，气化炉主烧嘴和侧壁氧气喷嘴分别向气化炉内加氧，使气化炉主烧嘴的氧气量可脱离炉内部分氧化反应所需的碳
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与氧的化学当量比约束，改变了主烧嘴局部区域氧化强度过高的状态，使气化炉轴向温度均衡并有所提高，充分发挥气化炉全容积的气化功能。
在主烧嘴中心通道采用氧含量从0到100%的不同气体作为主烧嘴预混气体，不仅调整了火焰中心的温度，而且调整了火焰中心距主烧嘴端面的距离，有利于降低主烧嘴端部温度，延长其使用寿命。生产甲醇时，采用CO2作预混气体，不仅可以保护主烧嘴，还可以使气化炉内起控制作用的变换反应向CO方向移动，提高有效气体成份。
1.5新技术的创造性、先进性及与国内外同类技术比较
1.5.1新技术的创造性、先进性
清华炉（非熔渣－熔渣分级气化技术）工艺过程如图所示。原料
（水煤浆、干煤粉或者其它含碳物质）通过给料机构和燃料喷嘴进入气化炉的第一段，采用纯氧作为气化剂，采用其它气体如O2或与O2以任意比例相混合的CO2、N2、水蒸汽等作为预混气体调节控制第一段氧气的加入比例，使第一段的温度保持在灰熔点以下；在第二段再补充部分氧气，使第二段的温度达到煤的灰熔点以上并完成全部的气化过程。
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把一次给氧的连续气化过程分为二次或多次给氧的两级（或多级）气化过程是在对现有问题分析和机理研究的基础提出来的，具有科学性。连续的气化过程，其实际的气化过程也是分段依次进行的，开始是水分的蒸发和脱挥发分过程，接着才是煤颗粒的着火燃烧和气化过程。本工艺提出将煤颗粒的着火燃烧再进行分级，主要的燃烧过程在第一段完成，在第二段补充部分氧气，完成全部的燃烧过程和气化过程，并且在第一段控制氧气的加入比例，保持温度在煤的灰熔点以下。在第二段加入氧气的作用下使温度提高到煤的灰熔点以上，从而实现煤的非熔渣－熔渣分级气化。
在清华大学建立了气化炉冷态和热态实验台，对分级气流床煤气化工艺进行了深入研究。研究的结论是：
1. 分级给氧气流床气化炉轴向温度分布得到优化，如图所示。
从烧嘴向下形成低—高—低温度曲线，高温区从烧嘴端部下移，
使烧嘴处于相对低的温度区域，使出渣口接近高温区，同时提高了气
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