現代大型煤化工中普遍應用的水煤漿進料液態排渣氣流床氣化爐，根據氣化爐隔熱襯里的不同分為水冷壁氣化爐和耐火磚氣化爐。水冷壁氣化爐以廢鍋流程為主，耐火磚氣化爐幾乎均為水激冷流程。本系列將從不同方面對水冷壁氣化爐與耐火磚氣化爐進行對比。

   氣化能效是衡量煤炭清潔利用水平和能源利用效率的重要指標。本文根據GB/T41038-2021規定的以煤、石油焦、半焦等為原料的氣流床水煤漿氣化單元的能效計算方法，計算并對比水冷壁氣化爐和耐火磚氣化爐的氣化能效。

   以煤制合成氨產品和6.5MPaG級氣化為例，以下列出了包含變換單元在內的氣化系統物料、能量的輸入和輸出情況。從表中可以看出，水冷壁氣化爐廢鍋流程將高溫煤氣的顯熱回收，產生高品位蒸汽，水冷壁氣化爐廢鍋流程能效為78.81%，耐火磚氣化爐能效為72.17%，由于廢鍋副產蒸汽，水冷壁氣化爐廢鍋流程能效比耐火磚氣化爐高約6.64%。

   水冷壁氣化爐氣化單元副產蒸汽1.36噸/噸氨，變換單元副產蒸汽1.48噸/噸氨，氣化和變換單元共副產蒸汽2.84噸/噸氨。耐火磚氣化爐氣化單元無副產蒸汽，變換單元副產蒸汽1.82噸/噸氨，氣化和變換單元共副產蒸汽1.82噸/噸氨。從氣化和變換單元來看，水冷壁氣化爐副產蒸汽比耐火磚氣化爐多1.02噸/噸氨，且增加的蒸汽為高壓蒸汽，易于利用。

   從能量角度看，水冷壁氣化爐氣化和變換單元副產蒸汽回收的能量共7824MJ/噸氨，耐火磚氣化爐氣化和變換單元副產蒸汽回收的能量共5063MJ/噸氨。水冷壁氣化爐氣化和變換單元副產蒸汽回收的能量比耐火磚氣化爐高約55%，即增加一半以上。

   如果將水冷壁氣化爐廢鍋副產蒸汽全部用于拖動空分汽輪機，可以降低空分制氧能量消耗。水冷壁氣化爐廢鍋副產蒸汽產能3622.44MJ/噸氨，氧氣耗能4514.40MJ/噸氨，水冷壁氣化爐廢鍋副產蒸汽回收能量可覆蓋約80%的空分制氧能耗，節能效果顯著。

注1：根據《GBT41038-2021氣流床水煤漿氣化能效計算方法》表A.1

注2：根據《GBT41038-2021氣流床水煤漿氣化能效計算方法》表B.1

注3：能量輸入為正值，能量輸出為負值

   當水冷壁氣化爐初始投料時，由于廢鍋內受熱面潔凈無沾灰，換熱效率較高，廢鍋副產蒸汽量可能超過正常運行值，此時氣化單元送至變換單元的合成氣水氣比降低，并且可能低于變換單元正常運行要求的水氣比。在這種情況下，可以將廢鍋由于初始投料而多副產的飽和蒸汽加入至合成氣中，既提高了合成氣的水氣比以滿足變換要求，又使系統外送的廢鍋副產蒸汽維持穩定，避免了蒸汽管網的沖擊。

   在山東清河化工科技有限公司煤制氫項目中，氣化單元采用水冷壁氣化爐廢鍋流程，變換單元采用三級絕熱變換，在變換單元的煤氣預熱器后配置有廢鍋副產飽和蒸汽管線與合成氣混合，無需采用動力站的過熱蒸汽。在運行過程中既滿足了變換爐的水氣比要求，又平衡了外送飽和蒸汽的量，山東清河化工煤制氫項目自2020年6月開車已穩定運行至今。

   綜上所述，以煤制合成氨產品和6.5MPaG級氣化為例，水冷壁氣化爐廢鍋流程能效為78.81%，比耐火磚氣化爐高約6.64%。水冷壁氣化爐可以將部分廢鍋副產蒸汽加入合成氣，既滿足變換單元水氣比要求，又使系統外送的廢鍋副產蒸汽維持穩定。