第38卷第6期化工設(shè)計(jì)通訊2012年12月Chemical Engineering Design Communications61四噴嘴水煤漿氣化爐工業(yè)應(yīng)用情況簡(jiǎn)介(兗礦國泰化工有限公司,山東滕州277527)摘要:介紹新型四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐氣化原理及在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用情況。長期運(yùn)行實(shí)踐表明,該氣化爐具有氣化效率高、系統(tǒng)穩(wěn)定性高、可帶壓連投、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣等特點(diǎn)關(guān)鍵詞:四噴嘴水煤漿氣化爐;氣化原理;應(yīng)用情況;特點(diǎn)中圖分類號(hào):TQ546.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):10036490(2012)06-006103Industrial Application of the Four-Nozzle CwS GasifierZHANG Hao( Yancon Cathay Coal Chemical Co, Ltd, Tengzhou Shandong 277527, China)Abstract: Describe gasification principle of the new opposed four-nozzle Cws gasifier, and itsapplication in industrial production. Long period operation shows: the gasifier has thesecharacteristics which are high gasification efficiency, high system stability, ability to continousfeeding under high pressure, and wide range of load regulation etc.Key words: four-nozzle CwS coal water slury gasifier; gasification principle; application;characteristic0引言性氣氛下的灰熔點(diǎn)低于1300℃,灰渣粘溫特性好。氣化壓力從2.5MPa、4.0MPa、6.5MPa煤氣化技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步是推動(dòng)潔凈煤利用到8.5MPa,皆有工業(yè)性生產(chǎn)裝置在穩(wěn)定長周期技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。水煤漿氣化爐利用柱運(yùn)行,且裝置建成投產(chǎn)后即可正常穩(wěn)定生產(chǎn)。氣塞隔膜泵輸送水煤漿,克服了煤粉輸送困難及不化爐內(nèi)無轉(zhuǎn)動(dòng)裝置或復(fù)雜的膜式水冷壁內(nèi)件,制安全的缺點(diǎn),經(jīng)過研究機(jī)構(gòu)的逐步完善,已于造方便、造價(jià)低;在開停車和正常生產(chǎn)時(shí)無需連20世紀(jì)80年代投人工業(yè)化生產(chǎn),并成為具有代續(xù)燃燒一部分液化氣或燃料氣(合成氣),煤氣除表性的第二代煤氣化技術(shù)。中國從20世紀(jì)90年塵比較簡(jiǎn)單;碳轉(zhuǎn)化率達(dá)96%~98%,有效氣代初開始大量引進(jìn)該技術(shù),如山東魯南化肥廠、成分(CO+H2)為80%~83%,有效氣(CO上海焦化廠、陜西渭河化肥廠、淮化集團(tuán)有限公H2)比氧耗為336~410m3/km3,有效氣(CO+同等均采用該工藝。GE德士古( Texaco)水煤漿H2)比煤耗為550~620kg/km3。加壓氣化技術(shù),屬氣流床加壓氣化技術(shù),原料煤四噴嘴水煤漿氣化爐是兗礦集團(tuán)有限公司經(jīng)磨制成水煤漿后泵送進(jìn)氣化爐頂部單燒嘴噴(水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心)與華東出,下行制氣,但要求原料煤含灰量較低,還原理工大學(xué)在消化、吸收德土古水煤漿氣化技術(shù)的收稿日期:201207-28作者簡(jiǎn)介:張浩(1981-),男,黑龍江青岡人,在兗礦國秦化工有限公司生產(chǎn)部從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作◆舊◆舊◆團(tuán)◆們◆◆舊爭(zhēng)◆●目煤的質(zhì)量就越好,越有利于氣化爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行社,2003[3]梅安華.小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化參考文獻(xiàn):4]許世森,張東亮,任水強(qiáng),大規(guī)模煤氣化技術(shù)[M].北[1]郭樹才,煤化工工藝學(xué)[M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1991[2]賀永德.現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版京:化學(xué)工業(yè)出版社,200562·化工設(shè)計(jì)通訊第38卷基礎(chǔ)上,成功開發(fā)出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型水煤漿、氧氣進(jìn)入氣化室后,相繼進(jìn)行霧水煤漿氣化技術(shù),該技術(shù)是世界上最先進(jìn)的氣流化、傳熱、蒸發(fā)、脫揮發(fā)分、燃燒、氣化等六個(gè)床氣化技術(shù)之一。四噴嘴水煤漿氣化技術(shù),可為物理和化學(xué)過程,前五個(gè)過程速度較快,在化肥行業(yè)的技術(shù)改造、煤炭液化、整體煤氣化聯(lián)1、2、3、4、5五個(gè)流型區(qū)域(如圖1)中已基本合循環(huán)發(fā)電(lGCC)、煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展提完成,而氣化反應(yīng)除在上述五個(gè)區(qū)域中進(jìn)行外,供龍頭技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù),將大大推動(dòng)我國煤化工主要在管流區(qū)(6)進(jìn)行。技術(shù)的發(fā)展,推進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。煤漿顆粒在氣化爐內(nèi)的氣化過程經(jīng)歷了以下1四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐氣化原理步:顆粒的湍流彌散、顆粒的振蕩運(yùn)動(dòng)、顆粒的對(duì)流加熱、顆粒的輻射加熱、煤漿蒸發(fā)與顆簡(jiǎn)介粒中揮發(fā)分的析出、揮發(fā)產(chǎn)物的氣相反應(yīng)、煤焦1.1氣化流場(chǎng)的多相反應(yīng)、灰渣的形成在實(shí)驗(yàn)室以ψo(hù)00mm的大型冷模四噴嘴對(duì)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了大型冷模、小型熱模、霧化置式水煤漿氣化爐有機(jī)玻璃模型,對(duì)氣化爐流場(chǎng)性能研究;同時(shí),進(jìn)行了合成氣初步凈化研究,進(jìn)行了探討。其流場(chǎng)可劃分為射流區(qū)、撞擊區(qū)、魯南化肥廠中試裝置釆用集散控制系統(tǒng),運(yùn)行平撞擊流股(上下2股)、回流區(qū)(共6個(gè))、折返流穩(wěn)、安全,工藝先進(jìn)。在相同的煤種與煤漿濃度區(qū)、管流區(qū),如圖1所示。條件下,中試裝置比魯南化肥廠引進(jìn)的 Texaco裝置有效氣(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)高1.5~2個(gè)百分點(diǎn),碳轉(zhuǎn)化率高2~3個(gè)百分點(diǎn),節(jié)省氧氣2.0%~7.0%;有效氣成分、碳轉(zhuǎn)化率、比氧耗、比煤耗等技術(shù)指標(biāo)均有明顯的進(jìn)步。2工業(yè)應(yīng)用情況2.1項(xiàng)目簡(jiǎn)介“十五”期間,依據(jù)以“項(xiàng)目帶研發(fā),以研發(fā)促項(xiàng)目”的思路,兗礦集團(tuán)有限公司決定建設(shè)日處理1150t煤、壓力4.0MPa的四噴嘴水煤漿氣化爐,配套240kt/a甲醇、71.8MW燃?xì)鈭D1四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐流場(chǎng)示意發(fā)電工程項(xiàng)目,總投資16個(gè)億。該項(xiàng)目是我國注:1-射流區(qū);2-撞擊區(qū);3撞擊流股區(qū);4回流區(qū):第一個(gè)煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)示范工程,包含了兩項(xiàng)5—折返流區(qū);6一管流區(qū)國家“863”計(jì)劃,即“新型水煤漿氣化技術(shù)工撞擊區(qū)是氣化爐內(nèi)物流間混合最為劇烈的區(qū)業(yè)示范裝置”和“煤氣化發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)域。研究表明,它從以下幾方面強(qiáng)化了氣化爐內(nèi)鍵技術(shù)的研發(fā)與示范”。新型水煤漿氣化技術(shù)工的霧化與混合過程業(yè)示范裝置于2003年5月1日正式開工建設(shè)。(1)撞擊區(qū)內(nèi)氧氣與煤漿的相向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生剪切氣化裝置由中國天辰化學(xué)工程公司設(shè)計(jì),氣化爐力,促使煤漿液滴進(jìn)一步破碎,完善了霧化過程。由哈爾濱鍋爐廠制造;耐火磚由洛陽耐火材料研(2)四股射流經(jīng)過撞擊才形成撞擊流股,其究院高耐廠、新鄉(xiāng)耐火材料廠生產(chǎn)。該工業(yè)示范軸向速度衰減明顯加快,爐內(nèi)流體的停留時(shí)間分工程于2005年12月11日~18日通過了由中國布得到改善,即“短路”現(xiàn)象受到抑制石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)組織的現(xiàn)場(chǎng)168h的工業(yè)運(yùn)(3)撞擊區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的顆粒振蕩現(xiàn)象,使顆粒行考核。2006年1月8日在北京通過了由中國石停留時(shí)間相對(duì)延長。油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)組織的科技成果鑒定。2006年4)撞擊區(qū)內(nèi)物流速度脈動(dòng)劇烈,湍流強(qiáng)度11月新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)獲得2006最大2,說明混合效果最好年度中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。1.2氣化原理2.2生產(chǎn)運(yùn)行情況第6期張浩:四噴嘴水煤漿氣化爐工業(yè)應(yīng)用情況簡(jiǎn)介·63·四噴嘴水煤漿氣化裝置于2003年5月1日(2)碳轉(zhuǎn)化率高,達(dá)98%~99%。這可從正式開工建設(shè),2005年7月氣化裝置一次投料渣中可燃物含量得到驗(yàn)證,單噴嘴水煤漿氣化爐成功,打通工藝流程,投產(chǎn)第一年就基本達(dá)到了的渣中可燃物一般在25%~40%,而多噴嘴對(duì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。目前整個(gè)裝置運(yùn)行穩(wěn)定,已全面置式水煤漿氣化爐的渣中可燃物一般為5%~超過設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力,2007年前4個(gè)月累計(jì)生產(chǎn)15%之間,平均低于10%。甲醇99.5kt,2007年甲醇產(chǎn)量將達(dá)到270kt。(3)消耗低,噸甲醇耗煤1.35t,而使用單截至2007年4月,我國首臺(tái)日處理1150t煤的噴嘴水煤漿氣化爐的兗礦魯南化肥廠噸甲醇耗煤四噴嘴水煤漿氣化爐,在兗礦國泰化工有限公司1.45t,噸甲醇可節(jié)約0.1t煤。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行68d,工藝燒嘴連續(xù)使用4)四噴嘴水煤漿氣化爐更適合大型化。單85d,創(chuàng)造了該種爐型連續(xù)運(yùn)行時(shí)間的新紀(jì)錄。噴嘴水煤漿氣化爐只有一只工藝噴嘴,提髙氣化同時(shí),實(shí)現(xiàn)了帶壓連投技術(shù),到目前為止,累計(jì)負(fù)荷受限制,加大燒嘴間隙則影響霧化效果。日進(jìn)行了10次帶壓連投搡作,節(jié)省費(fèi)用近700萬。處理1500t煤?jiǎn)螄娮焖簼{氣化爐煤漿濃度在國泰公司新上第3臺(tái)氣化爐(C“爐)已于2007年59%時(shí),有效氣體成分不到80%,渣中可燃物9月3日投運(yùn),從目前的情況來看,拱頂加高后在25%以上的效果已經(jīng)體現(xiàn)出來:與B爐新?lián)Q拱頂磚投運(yùn)(5)可帶壓連投。多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化初期相比,C爐拱頂壁溫普遍下降了約47℃,爐一對(duì)燒嘴跳車(非燒嘴自身因素跳車),另外一表明頂部空間耐火磚工作環(huán)境大為改善,預(yù)期能對(duì)燒嘴可維持后系統(tǒng)生產(chǎn),跳車燒嘴可進(jìn)行帶壓夠達(dá)到良好的使用壽命。連投。而單噴嘴水煤漿氣化爐因?yàn)橹挥幸恢还に嚨谘b置運(yùn)行初期,A“和B氣化爐拱頂同噴嘴,當(dāng)出現(xiàn)跳車時(shí),該臺(tái)氣化爐需從系統(tǒng)中退時(shí)出現(xiàn)拱頂磚超過正常燒蝕速率的問題。經(jīng)過華出,若系統(tǒng)中只有一臺(tái)氣化爐運(yùn)行時(shí),還會(huì)造成東理工大學(xué)和兗礦集團(tuán)有限公司的專家和兗礦國整個(gè)系統(tǒng)的停車,開、停車損失較大。目前已累泰化工有限公司全體員工的共同努力,在已有設(shè)計(jì)帶壓連投10次,節(jié)省費(fèi)用近700萬元。備條件下,先后四次改變了拱頂耐火磚/預(yù)制塊(6)高溫?zé)崤級(jí)勖L。多噴嘴對(duì)置式水煤漿的設(shè)計(jì),調(diào)整了工藝燒嘴的結(jié)構(gòu),并優(yōu)化操作,氣化爐由于其流場(chǎng)和單噴嘴水煤漿氣化爐有很大拱頂耐火磚/預(yù)制塊的壽命已大大提高;工藝燒的區(qū)別,決定了高溫?zé)崤級(jí)勖L,其平均使用壽嘴的連續(xù)使用壽命達(dá)到80d;拱頂耐火磚壽命在命一般≥2個(gè)月5000h左右;直筒段耐火磚自從2005年10月以(7)氣體凈化處理及渣水處理工藝先進(jìn),帶來未更換。至2007年,兗礦國泰化工有限公司灰?guī)默F(xiàn)象有了明顯的改善。與兗礦國泰化工四噴嘴水煤漿氣化裝置已經(jīng)運(yùn)行了近2a時(shí)間,有限公司同期投產(chǎn)的使用單噴嘴水煤漿氣化爐的雖然在運(yùn)行初期遇到了一些問題,但是通過兗礦生產(chǎn)裝置,后系統(tǒng)耐硫變換催化劑因床層阻力大國泰化工有限公司和華東理工大學(xué)的通力合作,已更換,而國泰公司的耐硫變換催化劑到目前為這些問題都得到了圓滿地解決。目前,該氣化裝止使用情況仍然良好,預(yù)計(jì)再使用一年沒有問題置處于良好的運(yùn)行狀態(tài),工藝指標(biāo)先進(jìn),系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定,操作控制手段先進(jìn)靈活,取得了良參考文獻(xiàn)好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí),也表明該技術(shù)已經(jīng)成熟,[1譚可榮,韓文,趙東志,等.新型水煤漿氣化技術(shù)的開發(fā)具備了大規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用的條件及其應(yīng)用[].煤炭轉(zhuǎn)化,2001,24(1):36~39[2]李希,陳甘棠,戎順熙,微觀混合問題的研究[J].化學(xué)3四噴嘴水煤漿氣化爐的特點(diǎn)反應(yīng)工程與工藝,1990,6(4);15~29通過對(duì)長期運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集、對(duì)比、分析,[3]龔欣,劉海峰,王輔臣,等.新型(多噴嘴對(duì)置式)水煤四噴嘴水煤漿氣化爐的特點(diǎn)總結(jié)如下。漿氣化爐[J].節(jié)能與環(huán)保,2001,19(6):15~17.[4]王輔臣,于廣鎖,龔欣,等.射流攜帶床氣化爐內(nèi)宏觀混(1)合成氣中有效氣成分(CO+H2)高,達(dá)合過程研究[].化工學(xué)報(bào),1997,75(2):193~207到84.9%,比單噴嘴水煤漿氣化爐高2~3個(gè)百[5趙旨厚,張大晶.多噴嘴水煤漿氣化爐的工業(yè)化應(yīng)用[分點(diǎn)?；使I(yè),2008,35(3);23~26.