科创中国

行业领域

节能环保产业

需求背景

氢气的制取产业有三种技术路线较为成熟，一是以煤、天然气为代表的化石能源重整制氢；二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢；三是电解水制氢。我国“富煤、缺油、少气”，而且煤制氢历史悠久，通过煤气化技术将煤炭转换成气，再经水煤气变换分离处理以提取高纯度的氢气。煤制氢技术路线成熟高效，可大规模稳定制备，是当前成本最低的制氢方式。气化炉作为煤气化技术的关键设备，其合理的比氧耗、比煤耗，安全、稳定、可靠的运行，是整个煤制氢装置的关键环节。相较于国内传统的气化室采用耐火砖的气化炉，绝热水冷壁在气化炉上的应用，发挥了水冷壁的温度屏障作用，使得绝热水冷壁气化炉具有冷却效果好、运行稳定，不用频繁更换耐火材料等优势。在一次投入成本相近的情况下，绝热水冷壁气化炉的运行、维护成本大大降低，已经成为气化炉主流的技术方向。 煤制氢关键设备的进步与发展，不仅能保障制氢产业设备的规模化，有利于向用氢终端提供价格低廉、稳定的供应，同时还能充分利用我国能源结构的特点，为可再生能源电解水制氢、工业附产提纯制氢等制氢技术的阶跃式发展，提供战略空间，在推动制氢产业技术革命和制氢产业结构，促进制氢装备生产发展等方面，具有重大意义。 以新疆宣东能源有限公司10万Nm3煤气化制氢项目2台水冷壁气化炉为依托，依靠我公司压力容器、气化炉和水冷壁产品较强的设计、制造、研发能力及丰富工程经验，从设计方案及制造工艺入手，实现成果转化和示范。 

需解决的主要技术难题

充分利用多专业学科技术优势，将水管锅炉强度设计、水动力计算、容器强度计算、热力分析、热结构分析、FEA技术统筹应用，起头并进，将水冷壁设计和气化炉容器壳体设计同时开展，相互配合，按项目进度要求完成新疆宣东水冷壁气化炉（包括强度计算、水动力校核、应力分析、详细施工图）的整体设计工作。掌握设计、制造工作中的关键点、关键技术，积累经验，在此基础上分析水冷壁气化炉的大型化的可行性及关键点，为水冷壁大型化做技术积累。主要研究以下内容： 1.水冷壁自然循环对强制循环的补充及保护作用。 2.气化炉开车阶段挂渣对水冷壁水冷壁水动力循环的影响。 3.气化室内壁耐火材料绝热对壳体壁温的影响。 4.水冷壁制造工艺方案。 5.水冷壁安装方案及壳体黄金焊缝的质量保证。

期望实现的主要技术目标

目标：以新疆宣东能源有限公司10万Nm3煤气化制氢项目2台水冷壁气化炉为依托，充分利用多专业学科技术优势，将水管锅炉强度设计、水动力计算、容器强度计算、热力分析、热结构分析、FEA技术统筹应用，起头并进，将水冷壁设计和气化炉容器壳体设计同时开展，相互配合，按项目进度要求完成新疆宣东水冷壁气化炉（包括强度计算、水动力校核、应力分析、详细施工图）的整体设计工作。 项目周期：*** 项目总投入：2000万元 经济效益指标：销售2台，预计销售收入2000万元 社会效益指标：产氢量≥7万Nm3/年。粗合成气量≥250000Nm3/h。

需求解析

解析单位：“科创中国”黑龙江科技服务团（黑龙江省科学技术协会） 解析时间：2022-11-15

黄剑华

哈尔滨工业大学

教授

综合评价

⑴输煤系统采用单路输送气化用煤； ⑵系统采用集中操作方式，同时在控制室显示。系统的主要设备之间采用联锁方式控制，逆流开车，顺流停车。也可切换为单机操作，在系统线路上设置判断故障保护装置。各调设备兼有就地手动开关，以便单机调试。 ⑶在带式输送机沿线每隔40米安装一组有能复位的双向拉绳开关，置于带式输送机沿运行通道内侧的适当位置。当带式输送机出现故障时，操作人员可在带式输送机的任何部位拉动拉绳开关，切断电源使设备停车；此外当发出开车信号后，如现场不允许开车，也可以拉动拉绳开关，制止起动，避免发生设备和人身事故。 ⑷运煤系统的带式输送机选用Y系列三相异步电动机与DCY型硬齿面圆锥圆柱减速机配合的驱动装置，优点为转动惯量大，强度高，且维修时更换零部件方便。 ⑸煤的计量通过在带式输送机上安装的电子皮带秤来完成，便于正常生产时成本等技术经济指标的统计和核算。 ⑹在煤栈桥中转站的筛分楼顶面设置了除尘系统，既改善了现场的操作环境，排放气质量也达到了环保要求。

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