多噴嘴對(duì)置式氣化爐與單噴嘴水煤漿氣化爐實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析修訂

1、多噴嘴對(duì)置式氣化爐與單噴嘴水煤漿氣化爐實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析 張彥寧波萬(wàn)華聚氨酯有限公司 浙江寧波315812摘要：目前關(guān)于多噴嘴氣化爐和GE單噴嘴水煤漿氣化爐的優(yōu)劣爭(zhēng)論很多，特別是對(duì)于運(yùn)行效率問題，說法不一。本文通過生產(chǎn)中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比，利用相對(duì)有效產(chǎn)氣率這一概念，試圖解決存在的爭(zhēng)論，給出分析煤氣化效率的一個(gè)有效思路。關(guān)鍵詞：多噴嘴對(duì)置式氣化爐 單噴嘴氣化爐 運(yùn)行效率 有效產(chǎn)氣率 水煤漿氣化目前很多資料對(duì)華東理工大學(xué)開發(fā)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐和GE水煤漿氣化爐工藝的爭(zhēng)論很多，到底實(shí)際情況怎么樣呢？下面根據(jù)某公司的多噴嘴和單噴嘴氣化爐的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，對(duì)照氣化考核需要測(cè)試的數(shù)據(jù)，逐條分析。一、 生

2、產(chǎn)流程介紹某公司運(yùn)行的水煤漿氣化爐有兩種工藝、三種規(guī)格，分別是多噴嘴對(duì)置式氣化爐，燃燒室直徑2800，單噴嘴水煤漿氣化爐，直徑分別為2800、3200。壓力都是6.5Mpa。這些條件對(duì)于比較多噴嘴氣化爐和單噴嘴氣化爐工藝來(lái)說，具有很強(qiáng)的說服力。1.多噴嘴（四噴嘴）對(duì)置式水煤漿氣化工藝流程水煤漿由煤漿振動(dòng)篩過篩后進(jìn)入煤漿槽，出煤漿槽后經(jīng)兩臺(tái)水煤漿給料泵加壓后通過四個(gè)工藝燒嘴從側(cè)面對(duì)噴進(jìn)入氣化爐，以下簡(jiǎn)稱A爐。空分來(lái)的高壓氧氣進(jìn)氧氣緩沖罐，經(jīng)調(diào)節(jié)流量后分別進(jìn)入四個(gè)工藝燒嘴的中心管和外環(huán)管。在氣化爐中煤漿與氧發(fā)生如下主要反應(yīng)：反應(yīng)在6.5MPa（）、13501400下進(jìn)行。氣化反應(yīng)在氣化爐反應(yīng)段瞬間

3、完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等氣體。離開氣化爐燃燒室的熱氣體和熔渣進(jìn)入氣化爐下段激冷室，被水淬冷后溫度降低并被水蒸汽飽和后出氣化爐；出氣化爐的氣體249，氣化經(jīng)文丘里管噴水濕潤(rùn)、在分離器進(jìn)行氣液分離后進(jìn)水洗塔，水洗塔為板式塔，進(jìn)塔氣經(jīng)灰水洗滌、變換冷凝液洗滌冷卻后，溫度243.9、壓力6.26MPa(G) ，經(jīng)旋流板、絲網(wǎng)除沫器除去氣體夾帶的霧沫后送至變換工段。2.單噴嘴氣化工藝流程出煤漿槽的水煤漿經(jīng)單臺(tái)煤漿給料泵加壓后通過單個(gè)工藝燒嘴從氣化爐頂部進(jìn)入氣化爐。以下簡(jiǎn)稱B、C爐，空分來(lái)的高壓氧氣進(jìn)氧氣緩沖罐，經(jīng)調(diào)節(jié)流量后分別進(jìn)入單個(gè)工藝燒嘴的中心管和環(huán)管。在氣化爐中煤

4、漿與氧發(fā)生的主要反應(yīng)與單噴嘴氣化爐相同。離開氣化爐燃燒室的熱氣體和熔渣進(jìn)入氣化爐下段激冷室，被水淬冷后溫度降低并被水蒸汽飽和后出氣化爐；出氣化爐的氣體249，氣體經(jīng)文丘里管噴水濕潤(rùn)后直接進(jìn)水洗塔（T0701B/C），水洗塔為板式塔，進(jìn)塔氣經(jīng)灰水洗滌、變換冷凝液洗滌冷卻后，溫度243.9、壓力6.26MPa(G)，經(jīng)旋流板、絲網(wǎng)除沫器除去氣體夾帶的霧沫后送至變換工段。關(guān)于多噴嘴和單噴嘴的詳細(xì)流程及燃燒室的流場(chǎng)分布在相關(guān)資料上和網(wǎng)上介紹比較多，這里就不一一敘述。二、 工業(yè)運(yùn)行情況分析多噴嘴氣化爐（簡(jiǎn)稱A爐）、單噴嘴氣化爐B爐（燃燒室2800）和單噴嘴氣化爐C爐（燃燒室3200）都經(jīng)過了長(zhǎng)期的工業(yè)運(yùn)

5、行考驗(yàn)，大家原來(lái)普遍擔(dān)心A爐的拱頂磚壽命偏短，從運(yùn)行結(jié)果來(lái)看A爐拱頂磚使用壽命已達(dá)到6千小時(shí)以上，并且在換拱頂磚時(shí)發(fā)現(xiàn)，除爐頂盲頭附近的磚磨損嚴(yán)重，還剩余50mm外，其他拱頂部位的磚基本剩余在130140mm，從這點(diǎn)來(lái)看，該廠A爐拱頂?shù)膯栴}主要在盲頭部位的設(shè)計(jì)上，這個(gè)地方在封堵后有一定的間隙，氣體沖刷湍動(dòng)比較厲害，因此，如何設(shè)計(jì)盲頭封堵，讓盲頭部位配合緊密，這應(yīng)該是解決目前所謂拱頂超溫和拱頂磚使用壽命短的迫切問題。C爐負(fù)荷為日投煤量1000噸，從目前運(yùn)行來(lái)看，主要表現(xiàn)還是粗渣和細(xì)灰殘?zhí)科摺＞唧w數(shù)據(jù)見表一表一、A、B、C爐渣（粗渣）、細(xì)渣分析 A爐爐渣 B爐爐渣 C爐爐渣 AB細(xì)灰BC細(xì)灰水分

6、殘?zhí)?水分 殘?zhí)?水分 殘?zhí)?水分 殘?zhí)?水分 殘?zhí)糓ar,%Fcd,%Mar,%Fcd,%Mar,%Fcd,%Mar,%Fcd,%Mar,%Fcd,%0.905.216.4166.7126.58 71.2933.750.365.495.1369.9422.22 67.2234.051.88 4.866.581.95 5.105.28平均1.2755.1655.8568.3324.4069.2633.90表一中的數(shù)據(jù)基本是在同一時(shí)期的穩(wěn)定時(shí)的分析數(shù)據(jù)，可以代表大部分時(shí)間的運(yùn)行狀況。從表中看出，多噴嘴A爐的爐渣殘?zhí)己艿?，只?.275%，遠(yuǎn)低于BC爐，同時(shí)，由于細(xì)渣A爐無(wú)法單獨(dú)分開，所以無(wú)法單獨(dú)

7、測(cè)得，但是在有A運(yùn)行期間，總體上細(xì)灰的含碳量要降低近10個(gè)百分點(diǎn)，由此可見，多噴嘴A爐的碳轉(zhuǎn)化率要高于單噴嘴BC爐的。具體數(shù)值在實(shí)際對(duì)比中沒有什么意義。但從下面的一個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算中可以看出來(lái)。表二、某原料煤的分析數(shù)據(jù)項(xiàng) 目單位煤樣工業(yè)分析水分Mad灰分Aad揮發(fā)分Vad固定碳FCadwt%wt%wt%wt%5.668.7930.9154.64元素分析碳Cad氫Had氧Oad氮Nad硫St.adwt%wt%wt%wt%wt%70.183.8410.070.690.77假設(shè)轉(zhuǎn)化后的全部爐渣殘?zhí)挤謩e為1%、5%和15%，則計(jì)算后的碳轉(zhuǎn)化率分別為：99.87%、99.34%和97.81%，由此可以看出，多

8、噴嘴的碳轉(zhuǎn)化率到99%是沒有問題的。由于工藝本身限制，在相同的工業(yè)運(yùn)行環(huán)境中，單噴嘴的碳轉(zhuǎn)化率低于多噴嘴的，這是因?yàn)轫斨脝螄娮煸趪娚錃饣倪^程中，不可避免的存在一部分煤顆粒走短路直接進(jìn)入爐渣當(dāng)中。特別是爐子負(fù)荷加大后，總體指標(biāo)從數(shù)據(jù)上看，B爐要好于C爐，這也就是在爐子負(fù)荷和直徑增加后，多噴嘴氣化爐有優(yōu)勢(shì)的原因。下面再說一下多噴嘴和單噴嘴水煤漿氣化爐煤氣中有效氣含量問題，這也是很煤氣化專利商和應(yīng)用廠家關(guān)注的重點(diǎn)，例如shell說他的粉煤有效氣（CO+H2）含量可達(dá)到90%，GE說他的水煤漿氣化有效氣（CO+H2）可以達(dá)到80%等等，但從這一數(shù)據(jù)來(lái)看，肯定是干煤粉氣化要好了。但是，這里需要澄清一下

9、，有效氣含量高并不代表有效產(chǎn)氣率高，所謂的有效產(chǎn)氣率就是：氣化爐干煤氣中有效氣（CO+H2）產(chǎn)量（Nm3/h）和氣化爐入爐干基原料量（kg/h）的比值，也就是說單位質(zhì)量的煤能產(chǎn)出有效氣的量。但是，在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，由于煤種和計(jì)量方面的原因，這一很重要的指標(biāo)是不好測(cè)量的，所以也就給許多專利商提供了方便，以煤氣中有效氣含量來(lái)表示代表自己技術(shù)的水平了。雖然，有效產(chǎn)氣率在生產(chǎn)不好測(cè)定，但是，由于煤氣中的氣體成分測(cè)量是很準(zhǔn)確和方便的，因此，根據(jù)煤氣成分就可以判斷出有效氣的相對(duì)產(chǎn)氣率，這一指標(biāo)對(duì)于同一煤種來(lái)說具有很好的對(duì)比性。下面簡(jiǎn)要介紹一下相對(duì)產(chǎn)氣率的概念和計(jì)算方法：一般來(lái)說，對(duì)于水煤漿加壓氣化，可一般氣

10、化當(dāng)成一個(gè)黑箱，不過過程怎么樣，最終的總反應(yīng)如下（為了方便，忽略其他微量元素）：有效產(chǎn)氣率定義CO+H2的生成量與煤消耗量之比，即：，由于CH4在煤氣中比例很低。故可以忽略，則有效產(chǎn)氣率改寫為：。定義氣體產(chǎn)物總量，各氣體成分分別為：，。因此，有效產(chǎn)氣率也就是說，對(duì)于任何煤種來(lái)說，單位量的煤(CHmOn)的有效氣量為，有效氣成分（CO+H2）高，并不代表有效氣產(chǎn)量就高。下面就對(duì)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)分析一下就很簡(jiǎn)單明了了。下面表3就實(shí)際生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)，表3近期各爐實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中的煤氣成分平均值項(xiàng)目有效氣比例有效產(chǎn)氣率A爐（多噴嘴）44.65%36.27%17.42%80.91%1.3036B爐（單噴嘴）44.

11、50%35.77%17.94%80.27%1.2861C爐（單噴嘴）45.33%35.54%18.19%80.87%1.2731從表三可以看出，有效氣成分大概差不多，但是，有效產(chǎn)氣率明顯高出單噴嘴爐B約1.34%和單噴嘴C爐2.38%，也就說在相同條件下，煤耗可以降低約2%，需要說明的是，以上數(shù)據(jù)是在同期同煤種測(cè)試的情況下的數(shù)據(jù)，具有很好的可比性，因?yàn)楫?dāng)煤種發(fā)生較大變化時(shí)，有效產(chǎn)氣率也會(huì)發(fā)生變化的。表4 不同工況下有效產(chǎn)氣率數(shù)據(jù)表項(xiàng)目有效氣比例工藝及煤種有效產(chǎn)氣率工況142.22%38.41%18.84%80.63%多噴嘴神府1.3205工況249.07%34.44%15.95%83.51%多

12、噴嘴神府1.2843工況345.65%34.90%17.45%80.55%德士古神府1.2765工況445.21%34.00%18.55%79.21%德士古1.2423工況564.60%22.31%2.57%86.91%Shell干煤粉1.2939如果只考慮有效氣比例，則很明顯的認(rèn)為工況2比較好，因?yàn)橛行獗壤_(dá)到83.51%，而工況1則只有80.63%，但從相對(duì)有效產(chǎn)氣率來(lái)看，兩者則相差0.0638，也就是說同樣的煤，在工況1下，有效氣產(chǎn)量要高出工況2約4.97%，對(duì)與雙爐生產(chǎn)的企業(yè)來(lái)說，如果出現(xiàn)相對(duì)有效氣產(chǎn)氣率差別太多的情況，一定不要掉以輕心。但是同時(shí)發(fā)生大幅變化，則說明原料煤發(fā)生變化。對(duì)

13、于水煤漿氣化爐，另一個(gè)指標(biāo)重要指標(biāo)是比氧耗，即：從式可以看出，比氧耗的計(jì)算可以表達(dá)為：如果忽略了甲烷值，則：可以看出，比氧耗計(jì)算比較復(fù)雜些，不僅跟煤氣成分有關(guān)，也與煤質(zhì)有關(guān)，但是在煤質(zhì)一定的情況下，與有效氣產(chǎn)率類似，比氧耗可以通過煤氣成分來(lái)分析。比如，表2中原料煤數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算，m=0.656597,n=0.107616,d代入式得結(jié)果如下：A爐比氧耗為351.53Nm3/KNm3(CO+H2)， 實(shí)際測(cè)量為346Nm3/KNm3(CO+H2)，B爐比氧耗為363.71Nm3/KNm3(CO+H2) 實(shí)際測(cè)量為350Nm3/KNm3(CO+H2)C爐比氧耗為371.26Nm3/KNm3(CO+H

14、2) 實(shí)際測(cè)量為346Nm3/KNm3(CO+H2)從結(jié)果來(lái)看，四噴嘴氣化爐的比氧耗還是比較低的，但在實(shí)際測(cè)量過程由于氧氣流量及煤氣流量的誤差，其實(shí)沒有幾個(gè)測(cè)準(zhǔn)的，但是如果根據(jù)這個(gè)來(lái)判斷比氧耗的話，就會(huì)引起判斷的混亂。因此，根據(jù)分析成分等數(shù)據(jù)計(jì)算出的比氧耗還是有一定的可比性的及可信度的，雖然是一種大概計(jì)算，但在實(shí)際應(yīng)用中還是允許的。由上面可以看出，化工生產(chǎn)中，、水煤漿氣化工藝主要的好壞主要看三個(gè)方面，碳轉(zhuǎn)化率、比氧耗和相對(duì)轉(zhuǎn)化率，利用以上方法就把以前那些在工業(yè)中很多沒有可比性的數(shù)據(jù)放在一塊對(duì)比，煤種的好壞及氣化技術(shù)的優(yōu)劣就一目了然。三、 投資比較目前大家普遍認(rèn)為多噴嘴氣化爐的投資相對(duì)較高，但是

15、具體高出多少可能大家心里還沒有一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，而且在大家提出投資高低的問題是也不是綜合比較，而僅僅是通過和（GE）德士古類似裝置對(duì)比，但是又不區(qū)分兩種工藝的異同，所以造成單噴嘴和多噴嘴投資問題各說各話。其實(shí)，多噴嘴投資如果要和單噴嘴比，最主要是多出以下投資：表5 多噴嘴對(duì)置式氣化爐與單燒嘴氣化爐工藝配置比較（750噸/天投煤量）項(xiàng) 目單噴嘴多噴嘴1. 設(shè)備氣化爐11高壓煤漿泵12煤漿管線1條64條3氧氣管線1條54條2燒嘴冷卻水管線2條38條11/2高壓氮?dú)獗Ｗo(hù)管線2條3，1條1/26條2，4條1/2蒸汽管線1條24條1/22. 儀控煤漿閥2臺(tái)68臺(tái)3氧氣閥3臺(tái)59臺(tái)2燒嘴冷卻水自動(dòng)閥2臺(tái)38

16、臺(tái)11/2高壓氮閥2臺(tái)3，1臺(tái)1/28臺(tái)2，4臺(tái)1/2蒸汽閥1臺(tái)24臺(tái)11/2大家都知道，設(shè)備閥門儀表等投資越大越值錢，多噴嘴用的閥門等多，但是不簡(jiǎn)單是一個(gè)四倍的關(guān)系。而且要小得多。其他設(shè)備投資如果要不考慮優(yōu)化，完全可以做的和單噴嘴一樣，因此如果要算投資高出多少，根據(jù)以上表內(nèi)就可以算出。例如分離器，不要也是可以的，GE不就沒有嗎，但是多噴嘴這種分級(jí)分離洗滌，使氣化爐激冷水的水質(zhì)大大提高，對(duì)于延長(zhǎng)激冷環(huán)的使用壽命還是很有幫助的，同時(shí)帶灰問題也大大降低。再如每個(gè)氣化爐一套灰水系統(tǒng)，本來(lái)可以相對(duì)降低氣化系統(tǒng)的水質(zhì)要求，減少外排水量，如果像單噴嘴那樣共用一套灰水，也是可以的。因此大家對(duì)于投資問題上要有一個(gè)清醒意識(shí)。由于實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)相對(duì)還不多，多噴嘴氣化在早期運(yùn)行的過程中，也出現(xiàn)了許多問題，但是一旦把握問題實(shí)質(zhì)，解決起來(lái)還是沒有問題的。這還需要大家努力，不能依靠單噴嘴的經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)待多噴嘴，必須靜下心來(lái)研究。四、 結(jié)語(yǔ)經(jīng)過