第第1期煤炭轉(zhuǎn)化Vol 24 No. 1年1月COAL CONVERSIONJan.2001新型水煤漿氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用譚可榮)韓文2)趙東志2)于廣鎖3)劉海峰4摘要通過(guò)大型冷模和小型熱模研究新型(多噴嘴對(duì)置)水煤漿氣化爐,介紹了中試結(jié)果及其與 Texaco水煤漿氣化技術(shù)的比較,并簡(jiǎn)述了推廣應(yīng)用前景關(guān)鍵詞氣化爐,水煤漿,多噴嘴對(duì)置中圖分類號(hào)TQ517.41.1.2測(cè)試方法0引言(1) Dual PDa測(cè)試Dual Pda (dual particle dynamics analyzer我國(guó)能源以煤為主,但利用技術(shù)較為落后.自即激光多普勒三維粒子動(dòng)態(tài)分析儀,屬非接觸式測(cè)世紀(jì)50年代以來(lái),國(guó)家就極為關(guān)注,不間斷地支量技術(shù),具有對(duì)流場(chǎng)無(wú)干擾,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,空間分持國(guó)內(nèi)進(jìn)行氣化技術(shù)的研究開(kāi)發(fā),并取得一定成績(jī).辨率高,測(cè)量精度高等特點(diǎn).可實(shí)現(xiàn)三維速度、顆20世紀(jì)80年代末至今,國(guó)內(nèi)相繼引進(jìn)魯南、上海吳涇、渭河、淮南4套以水煤漿為原料的德士古氣化裝置,專利費(fèi)約2000萬(wàn)美元.擬引進(jìn)的還有本溪浩良河、長(zhǎng)山等多套裝置,專利費(fèi)極為可觀.為了節(jié)省外匯,開(kāi)發(fā)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氣化技術(shù),國(guó)家將新型(多噴嘴對(duì)置)水煤漿氣化爐開(kāi)發(fā)列為“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目,以期形成具有中國(guó)特色、性能更為優(yōu)越的水煤漿氣化技術(shù).經(jīng)過(guò)4年攻關(guān),已d四經(jīng)達(dá)到上述目的,并獲得發(fā)明專利.本文介紹新型煤氣化技術(shù)部分開(kāi)發(fā)工作、中試概況及其在煤化工和IGCC發(fā)電裝置上的應(yīng)用圖1大型冷模實(shí)驗(yàn)流程圖1基礎(chǔ)研究Fig 1 Experimental flowchart of large-scale coldmodel equipmsifier: 2- Nozzle; 3- Flowmeter: 41.I大型冷模裝置測(cè)試1·26—ValMagnetic valve: 9- Chromatogram: 10-1.1.1實(shí)驗(yàn)流程與裝置Recorder: 11ater tank: 1實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示.大型冷模對(duì)置氣化爐直15- Computer and data pro-cessing system國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(29576233)、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(G1999022103)第1期譚可榮等新型水煤漿氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用粒直徑及濃度的同時(shí)在線測(cè)量,是測(cè)量瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)速度及粒徑分布的有效手段(2)停留時(shí)間分布及壓力分布測(cè)量用氬氣作示蹤介質(zhì)(脈沖法),用改裝后的氣相色譜進(jìn)行快速檢測(cè).采用畢托管接U形壓差計(jì)測(cè)定裝置內(nèi)壓力分布測(cè)試結(jié)果實(shí)驗(yàn)室測(cè)定了冷態(tài)條件下的速度分布、湍流強(qiáng)度分布、壓力分布、停留時(shí)間分布和濃度分布等.流場(chǎng)結(jié)構(gòu)可劃分為:射流區(qū)(Ⅰ)、撞擊區(qū)(Ⅱ)、撞擊流股(Ⅲ,上下兩股)、回流區(qū)(Ⅳ,共六個(gè))、折返流區(qū)(V)、管流區(qū)(Ⅵ),見(jiàn)圖2圖3熱模試驗(yàn)流程圖ig. 3 Experimental flowchart for miniature gasifier1- Reductor: 2-Glycerin tank: 3- Diesel oil tank;4— CWS tank;5— Computer;6— Sampling card;Controlled volume pump: 9Gasifier: 10 Viewport: 11- Nozzle: 12- Flowmeter;13— Quench chamber■I圖4霧化性能試驗(yàn)流程圖Fig 4 Experimental flowchart for the study of圖2對(duì)置爐流場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖atomization characteristicsFig 2 Sketch map of flow pattern in opposed1— Flowmeter;2— Air compressor;3 Flowmeter;mp;5— Suctor;6nozzle-gasifierAir-liquid seperator: 8- Liquid tank; 9- Re1.2小型熱模試驗(yàn)分別以甘油、柴油及水煤漿為原料,純氧為氣化劑,在圖3所示的流程中進(jìn)行了氣化熱模試驗(yàn)2中試試驗(yàn)(120kg/d).測(cè)試表明:爐內(nèi)的溫度分布均勻,氣化效果良好,為中試提供了參數(shù)新型氣化爐中試裝置建于兗礦魯南化肥廠,由水煤漿氣化及煤化工國(guó)家工程中心負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)1.3霧化性能研究行基于大型冷態(tài)模型(D1500mm×4500mm),2.1工藝簡(jiǎn)介借助激光衍射顆粒測(cè)試儀( Malvern),以水、甘油及水煤漿為實(shí)驗(yàn)介質(zhì),對(duì)數(shù)十種不同幾何結(jié)構(gòu)與尺由工業(yè)氣化裝置界區(qū)來(lái)的煤漿,經(jīng)兩級(jí)煤漿振寸的噴嘴進(jìn)行了霧化性能研究.試驗(yàn)流動(dòng)篩篩分后,貯存在煤漿槽內(nèi).由空分裝置來(lái)的液煤炭轉(zhuǎn)化2001年內(nèi)的煤漿分別經(jīng)四臺(tái)高壓煤漿泵加壓后計(jì)量送至四72h考核結(jié)果見(jiàn)表1,與 Texaco水煤漿氣化技個(gè)工藝燒嘴.水煤漿與氧氣一同通過(guò)工藝燒嘴進(jìn)入術(shù)的比較見(jiàn)表2氣化爐,在氣化爐內(nèi)進(jìn)行部分氧化反應(yīng),生成的粗表1現(xiàn)場(chǎng)考核結(jié)果合成氣、熔渣并流進(jìn)入氣化爐激冷室,熔渣在底部Table 1 Results of on-site inspection水浴中激冷固化,由鎖斗收集,定期排放.粗合成Inspection contentOperation 1 Operation 2氣經(jīng)脫氧水噴淋降溫送洗滌塔洗滌除塵.在洗滌塔Capacity, t/d22.622.6中部有一黑水引出管,含固量較低的黑水由此引出Component of available gas經(jīng)洗滌塔循環(huán)泵加壓后送入激冷室作為粗合成氣的Conversion ratio of carbon, y98.8激冷水使用oxygen consumption氣化爐爐體材料為 ASTM A387Gr11C12,耐O2/1000Nm3(CO+H2)火磚由耐火材料國(guó)家工程研究中心高耐廠負(fù)責(zé)生m545Gas productivity2.2252.2262.2中試階段結(jié)果與 Texaco水煤漿氣化技術(shù)比較Nm dry gas/kg coal表2與 Texaco氣化技術(shù)的比較Table 2 Comparison with Texaco gasification technologySpecific oxygen Specific coalGasification technology Capacity/ of available/ Nm O,/1 000 kg coal/1 000 ratio of coal/% concentration/%onsumption/t coal/dgas(CO+H,)/%Nm(CO+H,) Nm(CO+H,Imported pilot-plant 1:410600Lunan Industrial plantIndustrial plantWujing(Shanghai)~60800410°quoted from Texaco Gasification Services Co. ( Kunshan)3新型氣化爐技術(shù)優(yōu)勢(shì)4新型煤氣化技術(shù)在煤化工及IGCC發(fā)電裝置上的應(yīng)用(1)操作方便,易于控制.原操作過(guò) Texaco的兗礦魯南化肥廠著手進(jìn)行前期評(píng)估,擬建設(shè)每人員,經(jīng)過(guò)一個(gè)月左右的熟悉了解,就可駕馭新型天1000t煤商業(yè)示范裝置(國(guó)內(nèi)最大),用于生產(chǎn)氣化爐,事實(shí)證眀他們操作自如,調(diào)控得心應(yīng)手.控CHOH和合成氨或IGCC發(fā)電;德州化肥廠擬用該制系統(tǒng)(DCS)先進(jìn),除巡檢外均在控制室內(nèi)操作,技術(shù)配套生產(chǎn)20萬(wàn) t ChOh/a;湖北應(yīng)城化肥廠擬計(jì)算機(jī)顯示“操作歷史”有利于判斷發(fā)展趨勢(shì)用于渣油氣化技術(shù)改造;內(nèi)蒙達(dá)拉特旗化肥廠、陜(2)噴嘴安裝與拆卸方便.中試裝置運(yùn)行證明,西燃料燃具公司有采用該技術(shù)的意向;天辰、華陸、拆出噴嘴可在半小時(shí)內(nèi)拆除,與安裝時(shí)間大體相同.山東省化工設(shè)計(jì)院擬獲得設(shè)計(jì)權(quán),用于老廠改造或(3)爐內(nèi)耐火磚保護(hù)良好,下渣口光滑.新型氣擴(kuò)產(chǎn)化爐最大優(yōu)勢(shì)之一是整個(gè)爐膛溫度分布均勻,最高旦魯南商業(yè)示范裝置成功,在煤化工領(lǐng)域?qū)⑴c最低溫度差一般在50C~150C之間.最高溫度有廣闊的應(yīng)用前景:油頭30萬(wàn)tNH3/a大廠原料路也不超過(guò)1300C,整個(gè)爐膣宛若一個(gè)等溫反應(yīng)器,線改造.國(guó)內(nèi)石腦油原料路線大型氨廠5家,渣油這就為延長(zhǎng)耐火磚使用壽命創(chuàng)造了外界條件大廠7家,在油價(jià)飆升之際,這些廠正著手考慮改(4)裝置安全平穩(wěn),自開(kāi)車至今沒(méi)有發(fā)生一次變?cè)下肪€:油頭中型化肥廠原料路線改造;無(wú)煙安全事故,沒(méi)有一次爆炸事故,裝置安全平穩(wěn).在煤(中小合成氨廠UGI爐型)原料路線的技術(shù)改造第1期譚可榮等新型水煤漿氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用Methanol, olin, oil, DME一1mGasificationCO+HMembrane reactorPower plantFuel batteryH2)→ Motor fuel圖5多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)示意圖Fig 5 Sketch map of poly-generation technology將岀現(xiàn)新一輪技術(shù)競(jìng)爭(zhēng),帶煙氣處理裝置的超臨界估計(jì)為42.4%,兩者投資均為1130$/kW;顆粒粉煤燃燒技術(shù),增壓流化床燃燒(PFBC)以及IGCC排放物減少98%,SO2減少9%,NO,減少70%以等將成為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手.普遍認(rèn)同IGCC有如下技術(shù)優(yōu)上,CO2減少25%以上;冷卻水用量比亞臨界燃粉勢(shì),可能占上風(fēng)煤機(jī)組少一半在今后5年內(nèi)熱效率達(dá)到45%以上,而超臨界參考文獻(xiàn)1劉海峰,劉輝,龔欣等.大噴嘴間距對(duì)置撞擊流徑向速度分布.華東理工大掌學(xué)報(bào),2000,26(2):168-1712]劉海峰,王輔臣,吳韜等.撞擊流反應(yīng)器內(nèi)微觀混合過(guò)程旳研究.華東理工大學(xué)學(xué)報(bào),1999,25(3):228-232THE DEVELOPMENT AND APPLICATION OF OPPOSED-NOZZLEGASIFIER FOR COAL-WATER-SLURRYTan Kerong(National Ministry of Science and Technology, 100862, BeijingHan Wen and Zhao dongzhi(National Engineering Research Center for Coal-Water-Slurry gasificationand Coal Chemical Engineering, 277527 Tengzhou)Yu Guangsuo and Liu haifeng(East China University of Science and Technology, 200237 Shanghai)ABSTRACT The characteristics of opposed-nozzle-gasifier for coal-water-slurry are studiedin the large-scale coal-model equipment and the miniature gasifier. The results of pilot-plant andthe comparison with Texaco gasification technology are given. The applied foreground is also de-Is paperKEY WORDS gasifier, coal-water-slurry, opposed-nozzle