多噴嘴對置式水煤漿氣化技術的產業(yè)化應用和對引進煤氣化技術的剖析

1、多噴嘴對置式水煤漿氣化技術的產業(yè)化應用和對引進煤氣化技術的剖析于廣鎖1，周志杰1,劉海峰1，王亦飛1,王輔臣1，龔欣1,于遵宏1，孫卓慶2,楊樹青2,祝慶瑞2，朱敏2,孫永奎2（ 1.華東理工大學，上海200237兗礦國泰化工有限公司，山東滕州277527）2006-01-11摘 要闡述了多噴嘴對置式水煤漿氣化技術的工藝特點，介紹了該技術產業(yè)化應用于兗礦國泰化工有限公司、山東華魯恒升化工股份有限公司的運行狀況。并剖析了引進煤氣化技術的特點和存在的問題。隨著多噴嘴對置式水煤漿氣化技術實現(xiàn)產業(yè)化，將扭轉我國煤氣化 技術長期依賴進口的局面。關鍵詞煤氣化；水煤漿；多噴嘴對置式；氣流床煤炭氣化，即在一定

2、溫度、壓力條件下利用氣化劑（02、H2O或CQ）與煤炭反應生成潔凈合成氣（CO HL的混合物），是對煤炭進行化學加工的一個重要方法，是實現(xiàn)煤炭潔凈利用的關鍵。氣流床煤氣化技術代表著發(fā)展趨勢，是現(xiàn)在最清潔的煤利用技術之一，主要包括：以水煤漿為原料的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術、GE（Texaco）氣化技術、Global E-Gas氣化技術，以干粉煤為原料的Shell氣化技術、Prenflo氣化技術、GSP氣化技術。煤氣化技術是發(fā)展煤基化學品（氨、甲醇、二甲醚等）、煤基液體燃料、先進的IGCC發(fā)電、多聯(lián)產系統(tǒng)、制氫、燃料電池等過程工業(yè)的基礎，是這些行業(yè)的共性技術、關鍵技術和龍頭技術。據(jù)專家估計，我國

3、“十一五”末期年氣化用煤估計約1X108t。以煤間接液化為例，規(guī)模為5Mt/a的生產裝置，氣化用煤在 2225Mt/a。國內在建的甲醇裝置、合成氨裝置、煤制油裝置和處于籌建中的煤制烯烴裝置、煤制油裝置、甲醇裝置等，已展現(xiàn)了對煤氣化技術的強勁需求?！熬盼濉逼陂g華東理工大學、兗礦魯南化肥廠、中國天辰化學工程公司承擔了國家重點科技攻關課題“新型（多噴嘴對置）水煤漿氣化爐開發(fā)”，進行了多噴嘴對置式水煤漿氣化爐的中試研究。有關部門組織的鑒定和驗收認為“填補了國內空白”和“國際領先”?！笆濉逼陂g多噴嘴對置式水煤漿氣化技術已進入商業(yè)示范階段?！靶滦退簼{氣化技術”已獲“十五”國家高技術研究發(fā)展計劃（863

4、計劃）立項，由兗礦集團有限公司、華東理工大學承擔，在兗礦國泰化工有限公司建設多噴嘴對置式水煤漿氣化爐及配套工程，進行多噴嘴對置式水煤漿氣化技術的工業(yè)示范。在國家發(fā)改委的支持下，山東華魯恒升化工股份有限公司大氮肥國產化工程建設一臺多噴嘴對置式水煤漿 氣化爐（6.5MPa，日處理煤750t）。現(xiàn)兩套多噴嘴對置式水煤漿氣化工業(yè)示范裝置均已進入正常工業(yè)運行。1多噴嘴對置式水煤漿氣化過程及特點水煤漿氣化壓力為3.06.5MPa，溫度約1300C。在此高溫下化學反應速率相對較快，而氣化過程速率為傳遞過程控制。為此，采取的技術對策是：通過噴嘴配置、優(yōu)化爐型結構及尺寸，在爐內形成撞擊流，以強化混合（熱質傳遞）

5、過程并形成合理的流場結構，從而達到良好的工藝與工程效果：有效氣成分高、碳轉化率高、耐火磚壽命長。1.1氣化過程及技術特點具有自主知識產權的多噴嘴對置式水煤漿氣化示范裝置的技術特點是：多噴嘴對置的水煤漿氣流床氣化爐及復合床煤氣洗滌冷卻設備；分級凈化的煤氣初步凈化工藝；蒸發(fā)分離直接換熱式含渣水處理及熱回收工藝。也応 MB AU化叢般p罰血凈化r-|圖1多噴嘴對置式水煤漿氣化技術工藝流程1 磨煤機；2煤漿槽；3 多噴嘴對置式氣化爐；4 鎖斗；5水洗塔；6蒸發(fā)熱水塔；7真空閃蒸器；8 澄清槽；9 灰水槽(1) 多噴嘴對置式氣化及煤氣初步凈化煤漿經隔膜泵加壓，通過四個對稱布置在氣化爐氣化室中上部同一水平

6、面的工藝噴嘴，與氧氣一起對噴進入氣化爐。對置氣化爐的 流場結構由射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)和管流區(qū)組成。煤漿顆粒在氣化爐內的氣化過程經歷以下步驟：顆粒的湍流彌散、顆粒的振蕩運動、顆粒的對流加熱、顆粒的輻射加熱、煤漿蒸發(fā) 與顆粒中揮發(fā)分的析岀、揮發(fā)產物的氣相反應、煤焦的多相反應、灰渣的形成等。氣化反應是串并聯(lián)反應同時存在的極為復雜的反應體系，可分為一次反應與二次反應： 一次反應區(qū)(燃燒區(qū))進入該區(qū)的反應物有工藝氧、煤漿以及回流流股和折返流流股中CO HL等。水煤漿入爐后，首先進行霧化，同時接受來自火焰、爐內壁、高溫氣體、固體物等的輻射熱，以及回流流股及折返流流股的熱量。煤漿瞬間蒸

7、發(fā)，煤粉發(fā)生熱裂解并釋放岀揮發(fā)分。裂解產物、 揮發(fā)分及其他易燃組分在高溫、高氧濃度下迅速完全燃燒，放岀大量熱。這個過程耗時相當短，主要發(fā)生在射流區(qū)與撞擊區(qū)中，其結束的 標志是氧消耗殆盡。 二次反應區(qū)進入二次反應區(qū)的組分有煤焦、CQ、CH、H2O以及CO HL等組分。這里主要進行的是煤焦、CH等與H2O CQ發(fā)生的氣化反應，生成CO和H2。這是有效氣的重要來源。二次反應主要發(fā)生在管流區(qū)。 一次與二次反應共存區(qū)多噴嘴對置氣化爐中射流區(qū)與撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)共存，不時進行質量交換，再加湍流的隨機性，射流區(qū)的反應 組分及產物都有可能進入撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)，導致這些區(qū)域既進

8、行一次反應，也進行二次反應。岀氣化室夾帶熔融態(tài)灰渣的高溫合成氣，在復合床結構的洗滌冷卻室內完成合成氣的洗滌冷卻和熔渣的初步分離。采用混合器、旋風分離器和水洗塔相結合的節(jié)能高效煤氣初步凈化系統(tǒng)，使煤氣中灰、渣的含量降到最低，并且減少壓力損失。(2) 含渣水的處理氣化爐及煤氣初步凈化系統(tǒng)來的含渣水分別減壓后導入含渣水處理系統(tǒng)，含渣水首先進入蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室。蒸發(fā)室內含渣水大量 汽化，溶解在水中的酸性氣體一起解吸。蒸發(fā)室產生的蒸汽進入熱水室與循環(huán)灰水直接接觸換熱，使灰水得到最大程度的升溫。蒸發(fā)室底 部增濃的液相再進行真空閃蒸，進一步降低含渣水溫度和濃縮渣，將酸性氣體完全解吸。1.2與引進水煤漿氣化技

9、術的區(qū)別 弓I進水煤漿氣化技術為單噴嘴，流場為受限射流，停留時間分布寬，碳轉化率低，射流以較大速度沖刷耐火磚。多噴嘴對置式 水煤漿氣化技術采用撞擊流，旨在加強混合，強化熱質傳遞。實踐證明氣化效果優(yōu)于引進水煤漿氣化技術。（2）引進水煤漿氣化技術采用文氏管與篩板塔組合初步凈化煤氣，多噴嘴對置式水煤漿氣化技術采用混合器、分離器、泡罩塔組合 方案，采用“分級”凈化，屬高效、節(jié)能型凈化工藝。（3）引進水煤漿氣化技術采用間接換熱方案回收黑水余熱，多噴嘴對置式水煤漿氣化技術采用直接換熱方案回收黑水熱量，有利于 解決換熱器結垢堵塞問題，提高熱傳遞效率。（4）具有自主知識產權的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術專利費將

10、比引進技術大大降低，僅為引進技術的 1/3 左右。2 建于兗礦魯南的多噴嘴對置式水煤漿氣化工業(yè)裝置 兗礦集團有限公司、 華東理工大學共同承擔“十五”國家高技術研究發(fā)展計劃 （863 計劃 ）重大課題“新型水煤漿氣化技術”的研究， 在山東魯南 （ 兗礦國泰化工有限公司 ）建設多噴嘴對置式水煤漿氣化技術工業(yè)裝置及配套工程，總投資16 億元，采用兩臺日處理 1150t 煤多噴嘴對置式水煤漿氣化爐（4.0MPa）配套生產240kt/a甲醇、聯(lián)產71.8MW發(fā)電，進行多噴嘴對置式水煤漿氣化技術的工業(yè)示范?？辗盅b置由 中國華陸工程公司設計，氣化裝置由中國天辰化學工程公司設計。示范裝置于2003年 5月 1

11、 日正式開工建設，由中國化學工程第三建設公司負責氣化裝置、空分裝置的建設。氣化爐由哈爾濱鍋爐廠制造，耐火磚由洛陽耐火材料研究院高耐廠、新鄉(xiāng)耐火材料廠生產，60km3/h 空分裝置由杭氧液空有限公司生產。該氣化裝置于 2005 年 7 月 21 日一次投料成功，一次打通整個工藝流程，并按計劃完成 80h 連續(xù)、穩(wěn)定運行。在空分裝置具備條件 正式投運后，多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置于2005年 10月 16日13:08 投料成功， 10月 17 日1:52 打通全部工藝流程，生產出甲醇。至今（2005年11月25日）B#氣化裝置累計運行約1000h，運轉率約90%運行期間由于其他系統(tǒng)的問題，氣化裝置

12、共進行了十余次開停車，并進 行多次連投，均未出現(xiàn)任何異常。A*氣化裝置也于近期投入運行。工業(yè)運行證實，多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置具有如下優(yōu)點：裝置開車方便、操作靈活、負荷增減自如，操作的方便程度優(yōu)于引進的水煤漿氣化裝置；自動化程度高，全部采用集散控制系統(tǒng)（DCS）控制，特別是氧煤比投自動串級控制，氣化爐操作簡單方便；整個氣化系統(tǒng)運行狀況穩(wěn)定；工藝技術指標極為先進；洗滌冷卻室液位可控，無帶水帶灰現(xiàn) 象發(fā)生；合成氣中細灰含量低；含渣水系統(tǒng)熱回收效率高，灰水溫度得到最大程度提高。該氣化裝置當前正處于正常工業(yè)運轉中。2005年11月30日，在一對燒嘴運行、系統(tǒng)壓力3.0MPa的條件下，A*氣化裝置成功

13、地進行了另一對燒嘴的帶壓連投，這極大豐富了多噴嘴對置式水煤漿氣化技術的操作經驗，為提高整個生產系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性、連續(xù)性等奠定了堅實基礎。 兗礦國泰的多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置以北宿精煤為原料，基于對生產運行的分析，初步統(tǒng)計的工藝技術指標為：煤漿流量 （ 總 ）46m3/h煤漿濃度61.9%氧氣流量 （ 總 ）23100m3/h操作壓力3.6MPa操作溫度1260C有效氣 (CO+H2)84%渣中含碳量5%碳轉化率 98%有效氣 （CO+H2） 比氧耗365m3/km 3有效氣 （CO+H2） 比煤耗545kg /km3 在山東華魯恒升的應用通過專利實施許可的方式，并在國家發(fā)改委“十五”重大技術

14、裝備研制項目的支持下，多噴嘴對置式水煤漿氣化技術應用于山東華魯恒升化工股份有限公司大氮肥國產化工程，建設了一臺多噴嘴撞擊流氣化裝置（6.5MPa，處理煤750t /d）。圖1為該氣化爐燒嘴平臺。氣化裝置由中國華陸工程公司設計，氣化爐由哈爾濱鍋爐廠制造，噴嘴由航天部十一所（北京）制造，耐火磚由新鄉(xiāng)耐火材料廠生產。裝置于2004年底建成，并于2004年12月1日一次投料成功圖2多噴嘴對置式水煤漿氣化爐的燒嘴平臺(山東華魯恒升化工股份有限公司)經過調整和優(yōu)化，多噴嘴對置式水煤漿氣化爐于2005年6月初正式投入運行。優(yōu)化后的首次運行為 2005年6月2日7:40至2005年6月5日15:45，該氣化爐

15、在連續(xù)正常運轉 80h后計劃停車。自2005年6月初正式投入運行至今(2005年11月25日)，多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置已進行多次投料，其中也進行了多次連投。導致停車的因素均與氣化工藝本身無關，主要為斷電、前系統(tǒng)動設備故障、儀表空氣壓力低、計劃停車等。該氣化裝置當前正處于正常工 業(yè)運轉中?；趯\行狀況的分析，可以得岀以下結論。(1) 優(yōu)化后多噴嘴對置式氣化爐已累計運轉2000h以上(截至11月25日)，已經歷了較長生產周期的考核。最長運行時間488h。(2) 多噴嘴對置式水煤漿氣化爐開、停車方便，簡單易行，不存在任何問題。在正常運行過程中，氣化爐運轉平穩(wěn)，無異常情況， 運行情況良好。(3)

16、 運行80h計劃停車后，進爐檢查發(fā)現(xiàn)：爐內情況良好，燒嘴室無燒損痕跡，燒嘴室向火面磚完好；整個向火面耐火磚無任何異 常情況；耐火磚挺拔如初，棱角分明，掛渣均勻；爐內情況表明，不存在火焰燒損對側耐火磚的情況；爐內構件良好，激冷環(huán)、下降管、破泡條等均完好無損；各個工藝燒嘴完好，無任何磨損、燒蝕情況。2005年7月2日拆檢發(fā)現(xiàn)，四個工藝燒嘴無任何異常，燒嘴室狀況良好。2005年11月下旬入爐檢查，爐內耐火磚狀況良好。 運行實踐證實，多噴嘴對置式水煤漿氣化爐早期出現(xiàn)的問題已得到根本克服和解決， 工程上不存在問題。據(jù)此，完全有理由相信，爐內耐火磚將有理想的使用壽命。(4) 在工藝指標方面，多噴嘴對置式氣

17、化爐展現(xiàn)了較大優(yōu)勢。6月22日7月1日的運行工藝指標統(tǒng)計值如下。多噴嘴對置式水煤漿氣化爐操作負荷30.5m3/h。多噴嘴對置式水煤漿氣化爐有效氣比煤耗581.34kg /km3，單噴嘴頂置式氣化爐比煤耗630.80kg /km3，降低約8.5%。考慮到多噴嘴對置式水煤漿氣化爐的碳洗塔出口溫度平均比單噴嘴頂置式氣化爐約低4.04 C,比煤耗實際上應更低。多噴嘴對置式水煤漿氣化爐合成氣中有效氣(CO+H)含量約為83.51%，單噴嘴頂置式氣化爐約 83.05%。多噴嘴對置式水煤漿氣化爐中的H含量呈現(xiàn)普遍高于單噴嘴頂置式氣化爐的趨勢，平均約高1個百分點左右。H含量高是水蒸氣分解率高的結果，意味著發(fā)氣

18、量大，印證了比煤耗降低的結論?；以袣?zhí)己考s為 2.21%，表明碳轉化率應大于 98%在提高操作負荷和裝置生產能力方面，多噴嘴對置式氣化爐有很大的潛力，這是源于其撞擊流的技術原理和先進的工藝技術。4 對引進煤氣化技術的剖析我國自上世紀80年代就開始引進國外的煤氣化技術，包括早期引進的Lurgi固定床氣化、U-gas流化床氣化、Texaco氣流床水煤漿氣化，以及近期新一輪引進和擬引進的BGL固定床氣化、Shell氣流床粉煤氣化、GSP氣流床粉煤氣化和仍處于強勁引進勢頭中的Texaco氣流床水煤漿氣化等。世界上所有的氣化技術在我國幾乎都有應用，世界上也只有我國使用如此眾多種類的煤氣化技術。據(jù)不完

19、全統(tǒng)計，我國引進的煤氣化裝置每天消耗煤量約58000 t，主要包括：引進Texaco水煤漿氣化技術的廠家約有11家（如山東魯南、上海焦化、陜西渭河、安徽淮南、黑龍江伊春、江蘇金陵、江蘇南化、陜西神木、山東鄒城、陜西榆林等） ，正洽談的有數(shù)家，煤氣化裝置的處理煤量總規(guī)模約 28000t/d ；引進 Shell 粉煤氣化技術的廠家約有 12家（如湖南岳陽、湖北枝江、安徽安慶、湖北應城、廣西柳 州、云南安寧、云南曲靖、河南永城、河南中原大化、河南開洋化工、神華煤制油等） ，煤氣化裝置的處理煤量總規(guī)模約 23000t/d ；引進加壓Lurgi煤氣化技術（山西天脊）的處理煤量規(guī)模約2000 t/d ;處

20、于引進中的GSP粉煤氣化技術的處理煤量總規(guī)模約5000 t/d 。據(jù)此估算，引進煤氣化技術的專利實施許可費約 2 億多美元，花費了我國巨額外匯。這還不包括昂貴的專有設備費和現(xiàn)場技術服務費等。據(jù)估計，專 有設備耗費外匯也高達數(shù)億美元。另外需要特別指出的是，對帶廢鍋流程粉煤氣化技術的引進帶有很大的盲目性，在尚未有一套該類氣化裝置開車的情況下，卻連續(xù) 引進了十余套。根據(jù)以往的經驗，該技術在國內必然會經歷一段消化吸收與實踐摸索的過程，為此肯定要付出一定的代價，實際上昂貴的 投資已讓相關廠家難以承受。煤氣化技術早期的引進，的確對我國經濟的發(fā)展起到了推動作用，但引進的煤氣化技術并不都是完善的技術，使我國成

21、為了國外氣化技術的試驗場，讓我們付出了很大的代價。例如投資數(shù)億元建于上海的世界上唯一具有工業(yè)規(guī)模的U-gas引進氣化裝置已于 2003年退出歷史舞臺。引進的其他氣化技術存在如下諸多問題。十多年的生產實踐表明，引進的水煤漿氣化技術不足之處在于：氣化噴嘴壽命較短;氣化效率有待進一步提高;不適于大型化;黑 水系統(tǒng)結垢影響長周期運行;氣化爐帶水限制了操作負荷的提高等。引進的帶廢鍋流程的氣化技術有更多的弊端：氣化爐及廢熱鍋爐結構過于復雜，加工難度大，主要設備全部依賴進口，投資遠大于水煤漿氣化技術；投資過高導致無法備爐，這也是今后生產廠家即將面臨的嚴峻問題；由于技術原因，氣化壓力不超過4.0MPa,這無法

22、滿足等壓生產甲醇的要求;除塵用陶瓷過濾器需每年更換，每次費用約500萬元;該技術目前世界上僅有一套，而且是用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，尚無生產合成氣的經驗，國內沒有技術支撐；國內引進該技術的企業(yè)均為生產合成氨與甲醇等化工產品，采用廢熱鍋爐流程明顯不合理。原定 2004年開車的企業(yè)由于諸多原因現(xiàn)已推遲到 2006 年。擬引進的另一粉煤進料氣流床加壓氣化技術自 1989年至 2002年其擁有權頻繁變動過三次，這勢必影響該技術的完善與發(fā)展。唯一 一套氣化煤粉的黑水泵廠工業(yè)氣化裝置于 15年前就不再氣化煤粉了，應該說，技術擁有者近期對此技術的研究較少。另外，該技術氣化爐 的結構尺寸也比較特別，高徑比僅為1.75

23、1.83（同類型氣化爐為34），這樣導致物料平均停留時間偏短，停留時間分布過寬，短路出爐的物料量可能大，勢必影響碳的轉化率。而且其單噴嘴也不適于大型化?；茨厦涸诘聡?MW中試氣化爐上的試燒情況如下：下渣口易堵，氣化爐壓差易波動；輸送煤粉的Nb量過大，合成氣中Nb含量高達15% 19%另外，該氣化技術在煤氣初步凈化工藝和渣水處理工藝方面工程經驗匱乏。5 多噴嘴對置式水煤漿氣化技術亟待扶持 多噴嘴對置式水煤漿氣化技術的產業(yè)化成功標志著我國擁有了完全自主知識產權的煤氣化技術，從此告別長期依賴進口、受制于人 的時代。 相對引進煤氣化技術， 多噴嘴對置式水煤漿氣化技術具有明顯優(yōu)勢： 與引進的水煤漿氣化技

24、術相比， 技術指標先進， 易于大型化 （可 日處理煤 20003000t） ；與引進的帶廢鍋流程的氣化技術相比，工藝更加合理，設備投資大大降低。具有自主知識產權的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術現(xiàn)在正處于進入產業(yè)化的關鍵階段，需要國家各方面的大力培育和支持，使其為 我國的國民經濟建設發(fā)揮更大的作用。這關系著國計民生，關系著我國的能源安全。 我們呼吁國家大力支持我們自己的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術的推廣應用，希望國家鼓勵和支持企業(yè)使用具有自主知識產權的國內技術，如在立項、國撥資金、銀行貸款貼息、減稅和其他的政策（如電能的上網）等方面給予支持，為多噴嘴對置式水煤漿氣化技術推廣創(chuàng)造優(yōu)惠條件。同時希望國家叫

25、停國外技術的重復引進。這樣既可促進具有自主知識產權的煤氣化技術盡早付諸大規(guī)模應用，并拉動相關民族產業(yè)的發(fā)展，又可省去巨額專利費 （如果至2010年新增煤氣化用煤的50%采用引進技術的裝置氣化，則至少還需專利費3億美元）。多噴嘴對置式水煤漿氣化技術的開發(fā)及其在大氮肥國產化工程中的應用于遵宏1,于廣鎖1，周志杰1,劉海峰1,王亦飛1，陳雪莉1,王輔臣1，2005-09-16煤炭氣化，即在一定溫度、壓力條件下利用氣化劑（02、HO或CO）與煤炭反應生成潔凈合成氣（CO、H2的混合物），是對煤炭進行化學加工的一個重要方法，是實現(xiàn)煤炭潔凈利用的關鍵。氣流床煤氣化技術代表著發(fā)展趨勢，是現(xiàn)在最清潔的煤利用技

26、術之一，主要包括：以水煤 漿為原料的GE（Texaco）、Global E-Gas氣化爐，以干粉煤為原料的Shell、Prenflo、Noell氣化爐。在新型煤化工和能源轉化技術中，煤氣化都起有重要作用，特別在我國，煤氣化同時具有作原料氣和燃料氣的市場需求，被廣泛應用于化工、冶金、機械、建材等工業(yè)行業(yè) 和生產煤氣的企業(yè)，社會需求很大，近幾年內在產業(yè)應用方面將有巨大的發(fā)展。“九五”期間華東理工大學、水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心（兗礦魯南化肥廠）、中國天辰化學工程公司承擔了國家重點科技攻關項目“新型（多噴嘴對置）水煤漿氣化爐開發(fā)”，中試裝置（日投煤 22t）的運行結果表明在水煤漿氣化領域達到

27、了國際領先水平。通 過專利實施許可的方式，并在國家發(fā)改委“十五”重大技術裝備研制項目的支持下，四噴嘴對置式水煤漿氣化技術成功應用于山東華魯恒 升化工股份有限公司大氮肥國產化工程，建設了一臺投煤750t/d、氣化壓力6.5MPa的煤氣化裝置，現(xiàn)該裝置運行狀況良好。1 多噴嘴對置式水煤漿氣化技術開發(fā)1.1 大型冷模研究實驗流程如圖1所示。大型冷模對置氣化爐直徑 1m=采用激光多普勒三維粒子動態(tài)分析儀（ Dual PDA）熱線風速儀（Streamline 4）、畢托管等研究測試氣化爐內的撞擊射流湍流速度場、濃度場、壓力場、停留時間分布等，獲得氣化爐內的流動與混合規(guī)律，為氣化爐的研 究開發(fā)提供科學依據(jù)

28、。流場結構見圖2，可劃分為：射流區(qū)（I）、撞擊區(qū)（II）、撞擊流股（山，上下兩股）、回流區(qū)（W,共六個）、折返流區(qū)（V）、管流區(qū)（W）。1冷模氣化爐；2噴嘴；3 鼓風機；4流量計；5 水泵；6示蹤劑；7Dual DA測試系統(tǒng)；8 停留時間測試系統(tǒng)圖1大型冷模實驗流程圖2 四噴嘴對置氣化爐流場結構1.2 小型熱模試驗在小型熱模實驗裝置上（如圖3示）研究了對置式熱態(tài)模式氣化爐內的火焰特性與溫度分布，獲得操作參數(shù)、結構參數(shù)與流動混合狀 態(tài)對氣化反應結果及溫度分布的影響規(guī)律。1熱模氣化爐；2 噴嘴；3 貯槽；4泵；5 流量計；6氧氣 鋼瓶；7氣體質量流量計；8冷卻室；9數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖3 熱模試驗流程1

29、.3 霧化性能研究基于大型冷態(tài)模型（ 1500X4500mm）借助激光衍射顆粒測試儀（Malvern），以水、甘油及水煤漿為實驗介質，對不同幾何結構與1冷模氣化爐；2噴嘴；3 Malvern測試儀；4 鼓風機；5流量計；6泵；7 貯槽；8 過濾器；9 引風機；10 計算機尺寸的噴嘴進行霧化性能研究，開發(fā)與氣化爐結構尺寸相匹配、霧化性能優(yōu)越的氣化噴嘴（預膜式燒嘴）。實驗流程圖如圖4所示。圖4 噴嘴霧化實驗流程2 多噴嘴對置式水煤漿氣化過程及特點水煤漿氣化壓力為3.06.5MPa,溫度約1300C。在此高溫下化學反應速率相對較快，而氣化過程速率為傳遞過程控制。為此，采 取的技術對策是：通過噴嘴配置

30、、優(yōu)化爐型結構及尺寸，在爐內形成撞擊流，以強化混合（熱質傳遞）過程并形成爐內合理的流場結構，從而達到良好的工藝與工程效果：有效氣成分高、碳轉化率高、耐火磚壽命長。煤漿經隔膜泵加壓，通過四個對稱布置在氣化爐氣化室中上部同一水平面的工藝噴嘴，與氧氣一起對噴進入氣化爐。對置氣化爐的 流場結構由射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)和管流區(qū)組成。煤漿顆粒在氣化爐內的氣化過程經歷了以下步驟：顆粒的湍流彌散、顆粒的振蕩運動、顆粒的對流加熱、顆粒的輻射加熱、煤漿蒸 發(fā)與顆粒中揮發(fā)分的析出、揮發(fā)產物的氣相反應、煤焦的多相反應、灰渣的形成等。氣化反應是串并聯(lián)反應同時存在的極為復雜的反應，可分為一次反應區(qū)與二

31、次反應區(qū)。 一次反應區(qū)（燃燒區(qū)）進入該區(qū)的反應物有工藝氧、煤漿以及回流流股和折返流流股中的CO Hb等。水煤漿入爐后，首先進行霧化，同時接受來自火焰、爐內壁、高溫氣體、固體物等的輻射熱，以及回流流股及折返流流股的熱量。煤漿瞬間蒸發(fā)，煤粉發(fā)生熱裂解并釋放出揮發(fā)分。裂解產物、 揮發(fā)分及其他易燃組分在高溫、高氧濃度下迅速完全燃燒，放出大量熱。這個過程進行得相當短促，主要發(fā)生在射流區(qū)與撞擊區(qū)中，其結 束的標志是氧消耗殆盡。 二次反應區(qū)進入二次反應區(qū)的組分有煤焦、CQ、CH、H2O以及CO H等組分。這時主要進行的是煤焦、CH等與H2O CQ發(fā)生的氣化反應，生成CO和H。這是有效氣成分的重要來源。二次反

32、應主要發(fā)生在管流區(qū)。 一次與二次反應共存區(qū)多噴嘴對置氣化爐中射流區(qū)與撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)共存，不時進行質量交換，再加湍流的隨機性，射流區(qū)的反應 組分及產物都有可能進入撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)，導致這些區(qū)域既進行一次反應，也進行二次反應。二次反應以吸熱為主，致使發(fā)生二次反應的區(qū)域溫度較低，相對地起到保護耐火磚的作用。在氣化爐中主要進行以下化學反應：2斗扌寺 (i- k)OQt + gHjO+kOJS+QqUSk + yQ 一iOO 十煜-k)Hj+ kH;S*Q口昭一 (|KhU + (i* 詩心kH?S r QC+GQt *2CO-QC + Q g + QC+HjO*C

33、D+H?-QC+ 2H2O 2% + g -QCH+HzO 一陽丁 + 0O*QHj + OJtH20+00Q(HC+2Hi-Q00+ yChCQt + QHj + *Q *H|0+QCH( +2Qr 2HQ + 0QJ + uCH*i GQj *2H2 七 2(XJ- Q同時還町愜發(fā)生耳下別反應：Na ?H; + 2C*2HCNHCN + 3H；NN, + CH(NHj*N2+ |h3C0+H.0 HCOOFiCOS+H.HjS + UU岀氣化室夾帶熔融態(tài)灰渣的高溫合成氣，在復合床結構的洗滌冷卻室內完成合成氣的洗滌冷卻和熔渣的初步分離。3 在山東華魯恒升化工股份有限公司的工程化應用通過專利實

34、施許可的方式，并在國家發(fā)改委“十五”重大技術裝備研制項目的支持下，四噴嘴對置式水煤漿氣化技術應用于山東華魯恒升化工股份有限公司大氮肥國產化工程，建設了一臺多噴嘴撞擊流氣化裝置(6.5MPa，投煤750t/d)。圖5為該氣化爐燒嘴平臺。氣化裝置由中國華陸工程公司設計，氣化爐由哈爾濱鍋爐廠制造， 噴嘴由航天部十一所(北京)制造，耐火磚由新鄉(xiāng)耐火材料廠生產。 裝置于2004年底建成，并于2004年12月1日一次投料成功。經過調整和優(yōu)化，四噴嘴對置式水煤漿氣化裝置于2005年6月初正式投入運行。圖5四噴嘴對置式水煤漿氣化爐的燒嘴平臺優(yōu)化后的首次運行為2005年6月2日7:40至2005年6月5日15:

35、45，多噴嘴對置式水煤漿氣化爐在連續(xù)運轉80h后按計劃停車。自2005年6月初正式投入運行至今(2005年7月12日),四噴嘴對置式水煤漿氣化裝置已進行6次投料，其中2次為連投。導致停車的原因均與氣化裝置本身無關，主要為斷電、前系統(tǒng)動設備故障、儀表空氣壓力低、計劃停車等?；趯\行狀況的分析，可看岀以下幾點。(1) 優(yōu)化后四噴嘴對置式氣化爐已累計運轉500h以上(截至7月12日)，已經歷了較長生產周期的考核。最長運行時間 204h(2005年6月22日2005年7月1日，扣除連投的準備時間)。(2) 四噴嘴對置式水煤漿氣化爐開、停車方便，簡單易行，不存在任何問題。在正常運行過程中，氣化爐運轉平穩(wěn)，無異常情況， 運行情況良好。(3) 運行80h按計劃停車后，進爐檢查發(fā)現(xiàn)：