多喷嘴对置式水煤浆气化技术及其优越性
刘永操
（中国矿业大学化工学院江苏徐州 221116）
摘要：介绍了我国自主研发、拥有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发及工业化应用，多喷嘴对置式气化炉流场结构及多喷嘴进料的特点，技术特点及工艺指标，对比单喷嘴气化炉，阐述多喷嘴对置式水煤浆气化技术的优势，并指出多喷嘴存在的问题和发展方向。
关键词：多喷嘴对置式水煤浆气化技术流场结构工艺特点技术优势
1.简介
气流床气化技术因煤种适应范围比较广，气化温度、压力高，易于大型化，成为煤气化技术的发展方向。目前国际上应用较多的气流床气化技术主要有，以水煤浆为原料的多喷嘴对置式水煤浆气化技术、GE(Texaco) 气化技术和Global E-Gas 气化技术，以干煤粉为原料的Shell 气化技术、Prenflo 气化技术和GSP 气化技术。其中多喷嘴对置式水煤浆气化技术是我国自主创新、自主知识产权的煤气化技术，该技术的成功开发和产业化，为我国大规模开展的煤化工事业提供了关键的气化技术，同时标志着我国在水煤浆气流床气化技术方面达到国际领先水平。
2. 多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发及工业化应用
2.1技术开发
多喷嘴对置式新型水煤浆气化技术是由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂( 水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心)、中国天辰化学工程公司共同承担的“九五”国家重点科技攻关项目，并已申请了国家专利。多喷嘴对置式水煤浆气化技术在兖矿鲁南化肥厂进行了中试研究。该技术于2000年1月通过了专家鉴定，专家对新型水煤浆气化炉技术给予了高度的评价。认为所开发的新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉技术性能优于德士古气化炉，已经达到国际领先水平，并可望在以下方面发挥作用：推进化肥领域的技术进步；促进动力燃料及大宗化学品原料路线由油基向煤基的转换；促进煤清洁利用产业的发展。以多喷嘴对置式水煤浆气化工艺为核心技术, 由国家发改委重大技术装备研究项目资金支持建设的山东华鲁恒升300kt/a合成氨装置于2005年6月建成投产,目前运行平稳。该建设项目获得了2006年中国石油和化学工业协会科技进步特等奖。
2.2工业化应用
已经投入运行的生产装置有；兖矿国泰化工有限公司甲醇、醋酸装置 2 台Φ3 4 00 mm 日处理原煤 1 150 t的气化炉；山东华鲁恒升化工股份有限公司 3 00 k t / a合成氨装置 1 台Φ2 800 mm日处理原煤 750 t的气化炉。正在建设的装置有；兖矿国泰化工公司甲醇装置 1 台Φ3 4 00 mm 日处理原煤 1 150 t 的气化炉；兖矿鲁南化肥厂合成氨装置 1 台 3 400 mm 日处理原煤Φ1 150 t 的气化炉；江苏灵谷化工有限公司合成氨装置 2 台Φ3 880 mm 日处理原煤 1 800 t的气化炉；江苏索普集团化工有限公司醋酸装置 3 台Φ3 400 mm日处理原煤 1 500 t的气化炉；山东滕州凤凰化肥有限公司合成氨装置 2 台Φ3 40 0 mm 日处理原煤 1 500 t的气化炉。
3. 多喷嘴对置式气化炉流场结构
四喷嘴气化通过烧嘴的物料(水煤浆及氧气)在同一水平面上向中间对喷，物料撞击后形成由射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区组成的
气化炉内流场。多喷嘴对置式气化炉流场结构示意见图 1
( 1 ) 射流区
流体经喷嘴以很高的速度喷射出来，将其周围的部分气体卷吸带动一起向下游流动，随着射流束的延长，射流的宽度逐渐扩展，流速逐渐减弱，直至与相近的射流边界相交，射流段结束，进入撞击区。
( 2 ) 撞击区
当多个喷嘴的射流股交汇后，就会在气化炉的中心部位产生相互的剧烈碰撞和交混运动，该
区域称为撞击区。撞击区内射流速度脉动剧烈，湍流强度大，混合作用好。( 3 ) 撞击流股区
射流股在对撞后，径向速度逐步降低，逐渐转化为轴向速度，形成两个新的气流束, 分别向气化炉轴线的上、下 2 个方向运动, 形成撞击流股, 撞击流股所在的区域称为撞击流股区。
( 4) 折返区
向上的撞击流股流动到气化炉的拱顶后, 受气化炉拱顶的阻挡, 又折返回来, 紧贴气化炉的炉壁向下流动, 形成折返区。
( 5) 回流区
在射流区的周围, 炉体内部的高温气流在高速射流的卷吸和抽引作用下, 部分高温气流进入射流股, 这些能够进入射流股的炉体内高温气流所在的区域称为回流区。炉内气流的汇入强化了射流股内部的传热和气化炉内物料的混合, 对气化反应十分有利, 对燃烧器 ( 工艺喷嘴 ) 的稳定运行和物料的点燃至关重要, 对延长喷嘴的寿命也很有益。
( 6) 管流区
在气化炉的下部, 向下的撞击流股和折返流股逐渐混合为一体, 形成基本沿气化炉轴线平直向下流动的平稳流体, 就象管道内的平稳流体一样, 所以称该区域为管流区。
4．多喷嘴对置式水煤浆气化技术技术特点和工艺优势
4.1技术特点
（1）该技术开车方便、操作灵活、投煤负荷增减自如，自动化程度高，全部采用集散控制系统(DCS)控制，特别是氧煤比完全可以投自动串级控制。
（2）多喷嘴对置式气化炉喷嘴之间的协同作用好，气化炉负荷可调节范围大，目前为 50%~110%，负荷调节速度快，适应能力强，有利于装置大型化。
（3）多喷嘴对置式气化炉可以在烘炉阶段就可以将工艺烧嘴安装好，当炉温达到投料条件时，将预热喷嘴从顶部取出，装上封堵耐火砖，就可以进行投料，因而从烘炉到投料的过渡时间短、炉温高，避免了耐火砖的热震。
（4）通过带压连投操作技术，可实现气化炉及后系统在不停车的情况解决故障，大大增强了抵御故障的能力，提高了有效生产时间。
（5）喷淋和鼓泡复合床型的合成气初步洗涤冷却系统，避免了合成气带水、带灰，有利于洗涤冷却室液位控制。并使合成气充分润湿，有利于后续工段进一步除尘净化。
（6）采用分级净化思路的合成气初步净化系统，净化效果好，系统能耗低，设备不易结垢堵灰。
（7）热回收与除渣单元采用含渣水蒸汽与返回灰水直接接触工艺，同时完成传质、传热过程。回收热量充分，高温灰水与闪蒸汽温差低于 2℃，热效率高，开停车水循环流程简单、方便。
4.2工艺优势
在水煤浆气化技术领域中, 有代表性的技术有GE公司 ( 美国通用电器公司 ) 的单喷嘴水煤浆气化技术 (即原美国Texaco公司的水煤浆气化技术 ) 和中国华东理工大学等联合开发的多喷嘴对置式水煤浆气化技术。下面对照GE公司的单喷嘴水煤浆气化技术, 谈一谈多喷嘴对置式 (以四喷嘴为例, 下同 ) 水煤浆气化技术的优越性。
4.2.1多喷嘴的雾化优势
使用 4 个喷嘴向气化炉内供应煤浆, 比使用 1 个喷嘴向气化炉内供应煤浆要好得多。对于同等处理能力的气化炉, 四喷嘴气化炉的每个喷嘴供应的煤浆量仅仅是单喷嘴气化炉喷嘴供应煤浆量的四分之一, 因而煤浆分散效果更好, 且分散过程几乎不消耗能量。
喷嘴的雾化性能是喷嘴最首要的性能指标。影响喷嘴雾化性能的主要因素是烧嘴的结构、尺寸, 它不仅直接决定了气液两相的接触方式、接触时间和接触面积, 而且决定了出口液膜的厚度和射流速度。多喷嘴气化炉由于烧嘴尺寸大幅度减小, 特别是中环煤浆通道尺寸大幅度减小, 使得煤浆从中环通道喷出时形成液膜的厚度明显降低, 有利于喷嘴的雾化操作。
另外, 多喷嘴对置式水煤浆气化炉使用的工艺烧嘴是自主开发的新型预膜式喷嘴, 与GE公司的预混式工艺烧嘴有着明显的区别。
GE公司的工艺烧嘴属于内外混结合式工艺烧嘴, 喷嘴的雾化作用相当程度上取决于喷嘴内部的预混阶段, 中心喷枪向内的缩进量比较大,水煤浆走的中环通道向内的缩进量也比较大, 中心枪的氧气和中环通道的煤浆预混后, 总体速度大大提高, 导致气、液、固的三相混合物以极高的速度冲击煤浆的出口和外环氧气通道的出口,因此,GE公司喷嘴的磨损速度比较快。多喷嘴对置式气化工艺使用的喷嘴是预膜式工艺喷嘴,3 个喷枪的外端距离非常接近, 而且 2 个内喷口的缩进量都很小, 喷嘴雾化的主要机理在于利用氧气中心枪氧气的外扩力量作用, 促使煤浆中环通道喷出的水煤浆形成非常薄的液膜, 然后再利用外环氧气的切割扰动作用实现水煤浆的雾化。预膜式喷嘴属于外混式工艺喷嘴, 工艺物料对喷头的摩擦和冲击比较小, 所以使用寿命较长, 可以达到100d , 比GE公司喷嘴的使用寿命 ( 50d) 延长了 1 倍。
4.2.2多喷嘴对置式气化炉的流场结构优势
多喷嘴对置式气化炉内由于有撞击流股的存在, 增加了气化炉内物流的混合交错机会, 物料在气化炉内的运动轨迹曲折, 迂回量比较大, 极大地强化了气化炉内物料的传热和传质过程, 延长了物料在气化炉内的停留时间, 有利于气化反应的进行。而物料在气化炉内的停留时间对气流床气化炉来讲十分关键, 停留时间长, 有利于反应达到平衡状态, 也有利于提高碳的转化率和单位气化炉燃烧室容积的生产能力。
研究过程中得到的数据显示, 多喷嘴对置式气化炉入炉物料的停留时间密度分布曲线比 GE气化炉平缓一些, 而且出峰时间明显比GE气化炉晚。检测得到物料在多喷嘴对置式气化炉内的平均停留时间为8.6s , 高于GE气化炉的平均停留时间 ( 5~ 6 s)
4.2.3多喷嘴对置式气化炉的运行稳定性优势
实践证明, 多喷嘴对置式气化炉虽然有4个工艺喷嘴, 但稳定性却很高, 原因是四喷嘴对置式气化炉的安全系统设置为相对的 2 个喷嘴为 1组, 共用1 套安全系统, 也就是说, 四喷嘴对置式气化炉有 2 套安全系统, 当 1 组喷嘴停运后,另 1 组喷嘴在短时间内依然可以正常运行, 这就使气化炉的运行稳定性得到了大大提高。国泰化工公司多喷嘴气化炉在 1组喷嘴出现问题后, 另1 组喷嘴在系统压力不降低的情况下实现带压投料的事实已证明了系统运行的高稳定性。另外,由于紧急情况可停掉 1 组喷嘴, 这样, 在制氧界区出现问题的时候, 可以很方便地大幅度降低系统的运行负荷而不需要作停车处理。
4.2.4多喷嘴对置式气化炉在粗煤气洗涤方面的优势
激冷流程的水煤浆气化炉, 粗煤气的洗涤过程是在激冷室内进行的, 多喷嘴对置式新型气化炉的粗煤气冷却室 ( 即激冷室 ) 的结构与GE气化炉激冷室的结构有着较大的区别。在引导出气化炉的粗煤气进入激冷室液面下的导气管内, 多喷嘴气化炉的粗煤气洗涤没有采用GE公司气化炉粗煤气冷却水 ( 激冷水 ) 仅仅分布在导气管内壁的做法, 而是将激冷水分为两路, 一路分布在降气管的内壁, 一路以喷淋的形式喷射到导气管内部的整个空间范围内, 这样就大大增加了激冷水和出气化炉粗煤气之间的接触面积, 提高了热交换的效率, 降低了导气管内壁液膜上的热流强度。在激冷室内降气管的外面, 粗煤气出降气管以后, 以鼓泡的方式穿越激冷室的水液层, 气液两相逆流接触, 实现传热和传质。
同时, 多喷嘴对置式气化炉摈弃了GE公司气化技术在导气管外面设升气管的做
法, 取消了升气管, 拓展了气流通道, 降低了气体的流速；并且, 由于设置了一些起阻挡作用的气泡分割板, 切割阻挡煤气中夹带的液泡, 较好地解决了气化炉出口煤气带水、带灰的问题, 有效地防止了出气化炉水煤气的带水现象, 稳定了气化炉冷却室的液位。生产操作显示, 出气化炉水煤气与出气化炉黑水的温度差由GE公司的20℃降低到 8 ~ 10℃，这充分说明多喷嘴对置式气化炉激冷室的换热效率比GE公司的提高了许多。
5．结语
⑴大型煤气化技术一直被国外所垄断，我国引进的煤气化技术装备价格昂贵。多喷嘴水煤浆气化炉技术打破了国外垄断，且专利费仅相当于国外技术的 1／3，设备国产化程度在 90%以上，完全可以在国内加工制造。多喷嘴对置式水煤浆气化炉，在兖矿国泰化工有限公司示范装置上经过两年的长周期运行，技术已经完全成熟。目前有十几家企业开始选用此技术。应当说，多喷嘴对置式水煤浆气化技术具有广阔的市场前景。
⑵多喷嘴对置式水煤浆气化煤种适应性强，可适用于包括高硫煤和褐煤在内的所有煤种，特别对低灰熔点高硫煤具有很好的适用性。其净化装置还可以分离出煤炭中的硫，做成硫磺销售，不仅经济环保，而且还解决了我国高硫煤长期以来的出路问题。可以说多喷嘴对置水煤浆气化技术是煤炭资源的洁净高效利用技术。
⑶多喷嘴对置式水煤浆气化技术气化效率高、适合煤的大规模气化。
参考文献
[ 1 ] 韩文, 赵东志, 祝庆瑞, 等. 新型多喷嘴对置水煤浆气化炉的开发[ J] . 化肥工业,
20 01 ( 3)
[ 2 ]于遵宏, 王辅臣, 等. 多喷嘴对置式水煤浆气化技术研究与开发[ C ] / / 首届多喷嘴对置式煤气化技术推广及应用研讨会论文集
[ 3 ] 张彦, 等. 山东华鲁恒升化工股份有限公司多喷嘴对置式水煤浆气化炉与单喷嘴水煤浆气化炉的比较[ C] / / 首届多喷嘴对置式煤气化技术推广及应用研讨会论文集
[ 4 ] 龚欣, 刘海峰, 王辅臣, 等. 新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉[ J] . 节能与环保, 2001 ( 6)
[ 5 ] 高春雷, 马飞. 新型多喷嘴对置式气化炉与德士古炉的对比[J]. 中氮肥, 2005(6) [ 6 ] 宋羽, 蒋甲金. 多喷嘴对置式水煤浆气化技术[ J]. 山东化工, 2011 ( 40)
水煤浆喷嘴材料综述 一、概述 喷嘴是水煤浆燃烧器中的关键部件之一, 其结构的合理性决定水煤浆的雾化效果, 其材料的抗磨、抗热冲击性能则决定喷嘴的使用寿命, 并直接影响水煤浆应用的经济性和安全性。 煤粉中的黄铁矿（HV700~800）、石英（HV900~1300）等许多高硬度杂质的存在, 会对喷嘴造成严重的冲蚀磨损。根据以往对煤的磨损试验结果，当材料硬度Hm〉1.56Ha（杂质硬度）时，即软磨料磨损，磨损量小，即Hm〉2030（Hv）。另外，水煤浆喷嘴的工作环境具有特殊性, 如温度较高、喷嘴内部存在温度梯度，同时水煤浆的连续冲击, 会使喷嘴受到温度变化的影响。 水煤浆喷嘴材料选择有以下几种：1、金属材料；2、合金材料；3、陶瓷材料。部分可选用材料如下表所示。 表1 可选用水煤浆喷嘴材料的性能 二、金属材料 金属材料具有良好的加工工艺性, 即使结构很复杂的喷嘴也可采用整体制作。其次, 金属材料具有良好的韧性和抗热疲劳性能, 在温度骤变和温度交变的恶劣环境下, 也不易发生热疲劳破坏现象。再则, 通过热处理的方法可以进一步改善它的性能, 提高它的硬度、强度。可以说, 金属材料是早期水煤浆喷
嘴常用到的一种材料。 金属材料水煤浆喷嘴工作时承受的是水煤浆的低角度冲蚀，磨损机理主要为塑性变形和微观切削，其冲蚀磨损率可用下式表示: ε∝V2.3R3.9ρ 1.4K IC-1.9H-0.45 (1) 式中: V 为冲蚀粒子的速度；R 为粒子的半径；ρ为粒子的密度；H为材料的硬度；K IC为材料的断裂韧性。由公式1可知，材料的硬度越小，喷嘴的冲蚀磨损率越高，反之越低。 由于金属材料的硬度相对较低，而且在低冲蚀角度下的冲蚀率较高，因而用其制作的水煤浆喷嘴通常冲蚀磨损严重，使用寿命短。而赵家枢《金属的磨损》指出虽然通过热处理等办法可以提高金属材料的硬度，但对提高其耐冲蚀性并没有效果。因此，对于要求水煤浆喷嘴连续工作时间较长的电力、冶金、化工等行业，应用金属材料水煤浆喷嘴的很少。 三、硬质合金 硬质合金是上世纪20年代出现的一种工模具材料，其特点是高硬度、高弹性模量、红硬性好和线胀系数小，同时还具有耐酸、耐碱和抗氧化性好等特性。因此它在现代工具材料、耐磨材料、耐腐蚀和耐高温材料等方面占据着重要地位。硬质合金的硬度大大高于金属材料，根据公式1可推断，在水煤浆的低角度冲蚀下，硬质合金喷嘴的冲蚀率比金属材料要小得多，其抗冲蚀性能要大大高于金属喷嘴。由于硬质合金属于脆性材料，它的韧性和抗热冲击性能比金属材料低，而且其加工工艺性差，因此不适合制作结构复杂的喷嘴。实际应用中，通常把硬质合金制成环状或块状镶嵌在喷嘴某些磨损严重的部位上。如美国和加拿大等国家使用的Y型喷嘴以及我国的撞击式多级水煤浆雾化喷嘴都是在喷嘴容易磨损的部位镶上硬质合金。实际应用显示，硬质合金喷嘴的使用寿命在1000h 以上。硬质合金具有硬度高、抗冲蚀性能好等特点，是目前水煤浆喷嘴的首选材料。 硬质金属合金喷嘴磨损主要晶粒脱落、脆性断裂和研磨损伤，其中喷嘴入口部位主要表现为晶粒脱落和脆性断裂，中间和出口部位主要表现为研磨损伤。合金中含有的金属粘结相Co 在硬质粒子的高速冲击下，易发生塑性变形而被冲蚀掉，从而在冲蚀磨损表面形成许多空洞和凹坑，留下凸起的硬质相颗粒因失去支撑而发生断裂破坏，并逐渐脱落。可以说硬质合金中的Co 含量越高,其冲蚀
水煤浆水冷壁（清华炉）气化技术 水煤浆水冷壁（清华炉）气化技术一、概述 北京盈德清大科技有限责任公司是盈德气体集团有限公司与清华大学清华炉煤气化技术的发明人共同组建的合资公司，取得了清华大学的授权，独家经营清华炉煤气化技术，并与清华大学共同进行后续相关技术的研发和推广。 第一代清华炉耐火砖气化技术（非熔渣—熔渣分级气化技术）大型工业装置已分别在大唐呼伦贝尔（18/30项目）、鄂尔多斯市金诚泰化工有限责任公司（一期60万吨甲醇装置）、山西阳煤丰喜肥业（集团）临猗分公司投入运行，运行至目前三套装置均运行稳定，专家鉴定认为“该技术优于国外同类技术，具有国际先进水平”。 第二代清华炉水煤浆水冷壁技术是气化炉的燃烧室采用水冷壁型，气化炉内件本身是一台膜式水冷壁，安装在整个气化炉承压外壳中。气化炉运行时，气化反应段膜式壁固化的灰渣层，能够对水冷壁起保护作用，防止水冷壁管受到熔渣的侵蚀，达到“以渣抗渣”的效果。水冷壁清华炉煤气化技术对煤种适应性强，能够消化高灰份、高灰熔点、高硫煤，易于实现气化煤本地化。清华炉煤气化技术残炭含量低，废渣易于收集处理，废水无难处理污染物，正常生产过程中无废气排放；制浆用水可以使用工厂难以处理的有机废水，对环境友好。第二代水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术的工业装置于2011年8月在山西丰喜投入运行，首次投料即进入稳定运行状态，并全面实现了研发和设计意图。至2012年1月9日计划检修，创造了首次投料并安全、稳定、连续运行140天的煤化工行业奇迹。水冷壁清华炉气体成份与水煤浆耐火砖炉气体成份相当，且不必每年数次更换锥底砖，定期更换全炉向火面砖，节约运行费用并提高单台气化炉的年运转率，为煤气化生产装置的“安稳长满优”运行创造了条件。 清华炉煤气化技术可应用于国家重点新能源领域，煤炭的清洁利用和石油、天然气替代项目。适用于合成氨、甲醇、煤制氢、煤制乙二醇、煤制烯烃、煤制油、煤制天然气、煤制芳烃、冶金、石化、陶瓷、玻璃、液体燃料及电力等行业。 清华炉煤气化技术为煤炭洁净化开发，利用丰富的“三高”煤资源走出了一条创新之路，第一代清华炉已有山西丰喜、山西焦化、内蒙金诚泰、大唐呼伦贝尔、惠生内蒙、江苏永鹏等多个生产厂家20余台气化炉建成运行或即将投运；第二代水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术除山西丰喜运行外，已与石家庄盈鼎、潍坊盈德公司、克拉玛依盈德公司、中海石油天野化工有限公司、江苏德邦兴华化工科技有限公司、山东金诚化工科技有限公司、新疆天智辰业化工有限公司、河北正元化工集团公司、阳泉煤业（集团）有限责任公司、兴安盟乌兰泰安能源化工有限责任公司等十几家公司签约。目前，正在对在贵州水城矿业集团鑫晟煤化工有限公司和黑龙江北大荒农业股份有限公司浩良河分公司的水煤浆耐火砖炉进行水冷壁技术改造。这将为水煤浆水冷壁清华炉技术的推广、应用提供了更加广阔的发展前景。二、技术特点
两种水煤浆加压气化炉设备特点比较 作者/来源：周夏，王吉顺(山东华鲁恒升化工股份有限公司，德州253024) 日期：2009-1-16 在新型煤气化技术中，水煤浆气流床加压气化由于其具有单炉产气能力大、气化炉结构简单、合成气质量好、煤种适应性较广等技术优势，在国内外得到了广泛应用。在水煤浆气流床加压气化技术方面，我国经过技术引进和10多年的消化吸收、技术改造、技术创新，形成了西北化工研究院开发的多元料浆单烧嘴气化专有技术和水煤浆气化及煤化工国家工程中心、华东理工大学等单位开发的四烧嘴对置式水煤浆气化专利技术。 在山东华鲁恒升化工股份有限公司国产化的1000 t／d合成氨大氮肥项目水煤浆气化装置中，由中国华陆工程公司对多元料浆单烧嘴气化专有技术和多烧嘴对置式水煤浆气化专利技术进行了揉合，以煤为原料进行多元料浆（以下简称煤浆）气化，其中建设的气化炉A为四烧嘴侧面对置式气化炉（以下简称气化炉A），气化炉B／C为单烧嘴顶置式气化炉（以下简称气化炉B ／C）。两种气化炉的理论操作压力均为6.5 MPa，日处理煤能力均为750 t。自2004年10月建成投料试车以来，两种气化炉显现出了不同的技术特点。 1 工艺流程与基本结构 两种气化炉共用煤浆制备和灰水处理设备，其局部工艺流程分别见图1及图2。
1.1 气化炉A 水煤浆经两台隔膜泵加压，通过4个对称布置在气化炉中上部同一水平面上的预膜式工艺烧嘴，与O2一起对喷进入气化炉，每台隔膜泵分别为轴线上相对的两个烧嘴供料。气化炉燃烧室内的流场结构由射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区所组成。气化炉激冷室内只有下降管，没有上升管和折流裙板；下降管下端有4个切向排气口；下降管与激冷室内壁之间有4层锯齿形破泡分隔板。工艺气出气化炉后，经文丘里洗涤器、分离器和水洗塔后送变换工段。分离器内有破泡板和导气管；水洗塔工艺气进口无导气管和升气管，上部有固阀塔盘和旋流塔盘。气化炉激冷室下部液、固相出口未设置破渣机。 1.2 气化炉B／C
四喷嘴水煤浆气化炉在国产化大氮肥装置上的应用 周夏刘长辉张彦 (山东华鲁恒升化工股份有限公司德州 253024) 2007-02-26 0 引言 为了推进我国化学工业的发展，扩展气化用原料煤种，自20世纪80年代以来，我国花费巨额外汇先后引进了10余套德士古水煤浆气化装置，用于生产合成氨与甲醇。随着德士古煤气化装置技术优势的显现，由于购买昂贵的专利使用权和过高价格的进口设备、材料，也使一些企业背上了沉重的还贷负担。 经过10多年的实践，国内在水煤浆气化技术方面积累了一定的设计、安装和运行等工程经验，通过在实践中不断进行技术的优化、完善与创新，推动了水煤浆气化技术在中国的应用和发展。“九五”期间，水煤浆气化与煤化工国家工程中心、华东理工大学和中国天辰化学工程公司承担的国家重点科技攻关项目“新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉开发”，通过了专家鉴定与验收。 在山东华鲁恒升化工股份有限公司国产化1000t/d合成氨大型氮肥装置中，采用了6.5MPa、投煤 750t／d的四喷嘴对置式水煤浆气流床气化炉(以下简称四喷嘴气化炉)，这也是新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉技术中试装置通过考核后的首次工业化装置。山东华鲁恒升化工股份有限公司四喷嘴气化炉是在中试装置的基础上，由华东理工大学、水煤浆气化与煤化工国家工程中心出具工艺软件包，中国华陆工程公司根据工艺软件包进行了工程设计，哈尔滨锅炉厂有限公司制造了气化炉设备主体，新乡耐火材料厂提供了气化炉燃烧室耐火衬里。 山东华鲁恒升化工股份有限公司四喷嘴气化炉自2004年12月1日开始试车、投入运行，本文拟对其应用情况进行介绍。 1 四喷嘴气化炉结构原理 来自棒磨机的水煤浆经两个隔膜泵加压，与来自空分装置的高纯度氧气一起通过4个对称布置在气化炉中上部同一水平面上的工艺喷嘴，对喷进入气化炉燃烧室，每个隔膜泵分别给轴线上相对的两个喷嘴供料。在高温高压下，喷入气化炉燃烧室的水煤浆与氧气进行部分氧化反应，生成CO、H2为有效成分的粗煤气。气化炉激冷室内有下降管，下降管上端连接激冷环，下降管下部浸入激冷水中，下端有四个切向排气口；下降管与激冷室内壁之间有四层锯齿型的破泡分隔板。工艺喷嘴为预膜式喷嘴。工艺气 PG出气化炉后经文丘里洗涤器、分离器和水洗塔后送变换工段。分离器内有破泡板和导气管，水洗塔上部有固阀塔盘、旋流塔盘和高效除沫器。气化炉激冷室下部没有设置破渣机。气化炉结构见图1，气化炉局部工艺流程见图2。
水煤浆气化及变换操作知识问答 1 煤气化的基本概念是什么？ 答：煤的气化是使煤与气化剂作用，进行各种化学反应，把煤转变为燃料用煤气或合成用煤气。 2 煤气化必备的条件是什么? 答:煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。 3 简述煤气化工艺的分类。 答:煤气化工艺按照操作压力分为常压气化和加压气化；; 1）按照操作过程的连续性分为间歇式气化和连续气化；; 2）按照排渣方式分为液态排渣和固态排渣；; 3）按照固体原料（煤）反应物料在炉内的运动过程状态分为固定床、流化床、气流床和熔融床（熔渣池）。 4 气流床煤气化工艺按照气化炉的进料状态都有哪些分类?其代表技术有哪些？ 答：气流床煤气化工艺按照气化炉的进料状态分为干法粉煤进料和湿法水煤浆进料。 国外技术:干法粉煤进料的代表技术为荷兰壳牌干煤粉气化工艺(SHELL Process），德国未来能源公司的GSP气化技术；湿法水煤浆进料的代表技术为美国GE公司的水煤浆气化工艺(GEGP)。另外，德国未来能源公司的GSP气化技术，能够以干煤粉和水煤浆两种进料方式进料。 国内技术:湿法水煤浆进料的技术有西北化工研究院的多元料浆技术和华东理工大学的四喷嘴对置气化技术，干法煤粉进料的技术为西安热工研究院的两段式气化技术。 5 气流床气化技术有哪些特点? 答:气流床气化技术的主要特点: (1)采用干粉形式或水煤浆形式进料；; (2)加压、高温气化；;
(3)液态排渣；; (4)气化强度大；; (5)气化过程中不产生有机污染物，具有良好的环保效应。 6 试简要叙述煤气化技术发展的趋势。 答：随着技术的不断进步，煤气化技术由常压固定床向加压气流床气化技术发展的同时，气化炉能力也向大型化发展，反应温度也向高的温度（1500～~1600℃）发展，固态排渣向液态排渣发展，这主要是为了提高气化效率，碳转化率和气化炉能力，实现装置的大型化和能量高效回收利用，降低合成气的压缩能耗或实现等压合成，降低生产成本，同时消除或减少对环境的污染。 7 水煤浆加压气化工艺装置由哪儿部分组成? 答:水煤浆加压气化工艺主要由水煤浆制备和储存、水煤浆加压气化和粗煤气的洗涤、灰水处理和粗渣/细渣的处理等四部分组成。 8 煤的工业利用价值通过哪些项目来判断?其各自包含哪些内容? 答:煤的工业利用价值可通过工业分析和元素分析测定判断。 工业分析的内容包括水分Mt(内水M in 、外水M f ）、灰分(A)、挥发分（V）、固定 碳(FC）、硫分(S)、发热值(Q)、可磨指数(HGI）、灰熔点（IT/F1;DT/F2;ST/F3;FT/F4)等。 元素分析包括C、H、O、N、S、Cl以及灰分中各种金属化合物的含量。 9 水煤浆加压气化的技术经济指标有哪些?它们各自的含义是什么？ 答:水煤浆加压气化的技术经济指标主要有碳转化率、冷煤气效率，比煤耗、比氧耗、氧耗、有效气产率、气化强度、O/C原子比。 各自的含义为: (1)碳转化率煤气中携带的碳占入炉总碳的比率，% (2)冷煤气效率煤气的高位热值与入炉煤的高位热值的比率，% (3)比煤耗每生产1000Nm3有效气消耗的干煤量，kgCoal/kNm3(CO+H 2 ) (4)比氧耗每生产1000Nm3有效气消耗的氧气量，Nm3O 2/kNm3(CO+H 2 ) (5)氧耗单位重量的煤气化所需要消耗的氧量，Nm3O 2 /Tcoal (6)有效气产生率单位体积的煤气中有效气CO+H 2 所含的比例，% (7)气化强度单位容积的反应器在单位时间生产的干煤气量，Nm3/m3·h
多喷嘴对置式水煤浆气化技术工程设计介绍 0 前言 进入新的世纪以来，世界能源状况对我们国家的建设产生了重大影响，国家的能源安全、经济的快速发展、我国资源的基本构成等因素，使煤炭的综合利用以及煤化工事业受到了广泛的关注，同时也促成了空前规模的煤化工建设热潮，来自方方面面的投资正使煤化工以前所未有的速度发展。该领域的装置规模、技术水平都有了整体的提升，新技术开发、装备制造能力以及生产管理水平也取得了可喜的进步。随着一批大型煤化工装置陆续投产，人们在探询各种技术路线优劣时也能够更客观冷静，在总结和比选各种技术的特点时，也增加了几分把握。如果说这些投产的装置在当初建设时还算大型的话，现在看来这只是进入更大规模装置建设的起点，也是国有大型煤炭、电力和石化企业进入煤化工领域的试水之举。特别是“十一五”期间，国家对能源的消耗和废弃物的减排提出了明确的定量要求，由于煤气化对此举足轻重的影响而必将更加引人注目。可以肯定地说，煤制油、煤制烯烃必将催生更大规模的煤化工装置。煤气化技术作为煤化工装置的龙头自始至终是人们探索和争论的焦点，选择何种煤气化技术也是投资者在决策时最需要慎重考虑和把握的，实践也证明选择是否适合自己的煤气化技术对煤化工项目是至关重要的。现以多年来参与水煤浆气化工程设计的经历，就多喷嘴对置式水煤浆气化装置工程设计谈一点体会。 1 多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工艺特点 目前己投入生产运行大型煤气化装置，采用水煤浆气化的装置普遍有较高的运转率，水煤浆气化的可靠性已无可争议，以GE(德士古)水煤浆气化技术为代表的单喷嘴水煤浆气化得到了广泛地认同，近年来研发成功的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，也成功实现了在大型装置上的工业化运行。“九五”期间华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司承担了国家重点课题《新型(多喷嘴对置)水煤浆气化技术开发》，进行了中间试验研究，有关部门组织了鉴定和验收。“十五”期间进行了工业性示范装置的建设，由中国天辰化学工程公司负责进行多喷嘴对置式水煤浆气化装置和配套工程的设计，在兖矿国泰化工有限公司进行工程建设，工程列入“十五”期间的国家“863”计划。气化装置设置2台日处理1150t煤、气化压力4.0MPa，以日处理20t煤的中间试验装置为基础进行工程放大。该装置于2005年7月21日一次投料成功，于12月11日至19日进行了现场考核，其生产负荷和技术指标均达到了预定的设讨寸旨标，各项技术经济指标优于国外同类技术，说明工业化放大设计是成功的。我国已拥有自主知识产权的先进煤气化技术，标志着我国现代煤化工技术完全依赖国外技术的时代已经结束。 多喷嘴对置式水煤浆气化技术的化学反应原理与单喷嘴水煤浆气化技术相同，但其过程机理与受限射流反应器的单喷嘴水煤浆气化炉又有很大的不同，多喷嘴对置式水煤浆气化炉采用撞击流技术来强化和促进混合、传质、传热。位于气化炉直筒段上部的4个工艺喷嘴在同一水平面上，相互垂直布置，通过4 股射流的撞击可以使反应更充分并显著提高碳转化率。从考核和生产企业总结的数据来看，碳转化率均可提高约1％～2％，有效气成分可提高约2％，相应的比氧耗降低约7.9％，比煤耗降低约2.2％。多喷嘴对置式水煤浆气化技术粗煤气初步净化和渣水处理的配置，较好地解决了粗煤气带灰和设备管道结垢堵塞问题。采用复合床洗涤冷却技术液位平稳，减弱了粗煤气的带水带灰现象，通过在
毕业设计（论文） 题目德士古水煤浆气化技术概况与发展 专业 学生姓名 学号 小组成员 指导教师 完成日期 新疆石油学院 1、论文（设计）题目：德士古水煤浆气化技术概况与发展
2、论文（设计）要求： 3、论文（设计）日期：任务下达日期 完成日期 4、系部负责人审核（签名）： 新疆石油学院 毕业论文（设计）成绩评定 1、论文（设计）题目：德士古水煤浆气化技术概况与发展 2、论文（设计）评阅人:姓名职称 3、论文（设计）评定意见：
成绩：5、论文（设计）评阅人（签名）： 日期：
德士古气化技术概况与发展 摘要本文简要介绍了德士古气化技术现状、原理、工艺流程，以及一些存在的问题。 煤气化，即在一定温度、压力条件下利用气化剂(O2、H2O或CO2)与煤炭反应生成洁净合成气(CO、H2的混合物)，是对煤炭进行化学加工的一个重要方法，是实现煤炭洁净利用的关键。1984年我国建设了我国第一套Texaco水煤浆气化装置，气化炉是水煤浆加压气化技术的关键设备之一。目前，国内外最常用的水煤浆气化炉是德士古气化炉。Texaco气化炉由喷嘴、气化室、激冷室(或废热锅炉)组成。其中喷嘴为三通道，工艺氧走一、三通道，水煤浆走二通道。介于两股氧射流之间。水煤浆气化喷嘴经常面临喷口磨损问题，主要是由于水煤浆在较高线速下(约30 m ／s)对金属材质的冲刷腐蚀。喷嘴、气化炉、激冷环等为Texaco水煤浆气化的技术关键。 最后是对德士古气化技术的展望，还有新型煤气化技术发展前景，及发展重要意义。从我国经济发展全局出发，结合我国的能源资源结构和分布，寻求行之有效的替代石油技术，以缓解我国石油进口的压力．水煤浆代替燃油技术在国内外已经成熟，用水煤浆代替原油对我国国民经济发展具有重要的战略意义． 关键词德士古煤气化，水煤浆，气化炉，工艺烧嘴
水煤浆气化工艺对原料煤的要求 水煤浆气化炉工艺原则上在高于灰熔点5O～100~C以上的温度下操作，以便于顺利排渣，根据德士古水煤浆气化厂的生产经验，水煤浆加压气化用煤选择原则应以煤的“气化性能及稳定运行性能”为主。 2．1煤的灰分含量 灰分是煤中的无用形式成分，为使其能顺利地以液态形式排出水煤浆气化炉，必须将温度升至其灰熔点以上，无谓的增加了氧气消耗有资料表明，在同样的气化反应条件下，灰分每增加l％，氧耗增加0．7％～0．8％，煤耗增大1．3％一1．5％；其次灰分增加，使烧嘴和耐火砖的磨损加剧，寿命大大缩短，同时灰、黑水中的固含量升高，系统管道、阀门、设备的磨损率大大加剧，设备故障率提高。灰分含量高对成浆性能也有一定的影响，除使煤浆的有效成分降低之外，还使煤质的均匀性变差，消弱了煤浆分散剂的分散性能，在相同的情况下，对提高煤浆浓度不利。建议所选煤样的灰渣干基含量不高于l3％。 2．2煤的最高内水含量 煤的内水含量对气化过程的主要影响表现在对成浆性能的影响，一般认为煤的内水含量越高，煤中的O／C越高，含氧官能团和亲水官能团越多，空隙率越发达，煤的制浆难度越大。煤质对成浆性能的影响是多方面的，各影响因素之问密切相关。煤的内在水含量越高时所制得的煤浆浓度越低，而且使添加剂的消耗、煤耗、氧耗均有一定的增加，综合技术与经济方面考虑，水煤浆加压气化原料用煤的最高内在水含量以小于8％为宜. 2．3煤渣的熔融特性
煤灰的熔融特性是煤的灰熔点(还原条件下)，煤的灰熔点以低于反应温度50～100~C为宜（熔融温度)。若煤的灰熔点提高，为使气化炉顺利排渣，必须将气化炉的反应温度提高至煤的灰熔点以上，温度提高使气化炉耐火砖的寿命相应缩短(气化炉的操作温度每提高100~C，耐火砖的磨蚀速率增加2倍)，氧耗、煤耗增加。为了降低操作温度必须加入助熔助，而助熔剂的加入会增加煤中惰性物质含量，使耐火砖磨蚀加剧，提高了制浆成本，固体灰渣处理量增加，灰渣水系统的结垢量上升。煤的灰熔点以低于l300℃为宜，考虑到煤的气化效率及耐火砖的使用周期等方面的因素，最好的煤种灰熔点在1250～l300℃，如果原料煤的灰熔点太低，由于生产条件下煤灰的黏度降低，也会加剧对耐火砖的侵蚀，较低灰熔点的煤种可以通过配煤来解决。 2．4灰的粘温特性 黏度是衡量流体流动性能的主要指标，要实现气化温度下灰渣以液态顺利排出气化炉，黏度应在合适的范围之内，既要保证在耐火砖表面形成有效的灰渣保护层，又要保持一定的流动性。根据国内外对液态排渣锅炉的研究指出，灰渣的黏度应在25～40Pa·S之间方可保证顺利排渣，水煤浆气化炉在操作温度下灰渣黏度控制在25～3OPa·S 为宜。影响灰渣黏度的主要因素是煤灰的组成，即灰成分。煤灰的主要矿物质成分是Al2O3、SiO2、MgO等，通过调查研究表明：A12O3是灰渣熔点升高、黏度变差的主要成分。Al2O3含量越高，煤灰的流动温度越高；A1203含量高于40％时，煤灰的流动温度大于l500℃。MgO含量一般很少，MgO又和SiO2形成低熔点的硅酸盐。起到降低灰融熔温度的作用。SiO2是煤灰成分中含量最高的组分，使煤的灰熔融特性变差，黏度升高，但它与其它的组分(CaO)可以形成低熔点的
水煤浆的雾化技术 水煤浆是一种煤基流态燃料，通过雾化后可高效燃烧。在组织水煤浆燃烧时，喷嘴的雾化技术和燃烧器的配风技术是保证水煤浆着火和稳定燃烧的两项关键技术。 1．喷嘴雾化技术： 良好的喷嘴雾化可以减少水煤浆液滴的细度，从而缩短水煤浆的着火距离，为水煤浆着火、燃烧提供了一个良好的基础。 由于水煤浆的特殊性质，水煤浆喷嘴必须具备良好的雾化特性，能稳定着火，并有较好的燃烧特性和较高的燃烧效率；具有良好的防堵性能，能长期连续运行；具有较长的使用寿命；具有较低的气耗率；合适的雾化角和射程；负荷调节性能好，在一定的负荷变化范围内，喷嘴仍然维持较好的雾化性能。 水煤浆的雾化喷嘴在国内外已开发出了10多种，按结构形式分，有Y型、旋流型、撞击型、转杯型、对冲式等；按混合方式分，有内混型和外混型。我国研究的水煤浆喷嘴主要有三种类型，即低压旋流内混型、Y型组合喷嘴和撞击式多级雾化喷嘴。其中北京宇明洋高新技术有限公司最新开发的撞击式多级雾化喷嘴，喷嘴容量达0.3 ～1.5t/h之间变动，雾化细度SMD小于75 微米，喷嘴寿命达到1500小时以上。 2．水煤浆燃烧器： 水煤浆燃烧器又称为配风器，是水煤浆燃烧的又一个关键设备。水
煤浆着火热的主要来源是依靠高温烟气的回流，这就需要对燃烧配风的进行合理的组织，以使煤浆雾炬得到有效地加热，能够及时着火。同时，合理的配风是加强燃烧室内湍动，提高水煤浆燃烧速度和燃烬度的关键。合理的配风还将影响到污染物的排放，分段送风可控制NOx的生成和排放。另外，一二次风混合适时适量，可保证燃烧的稳定性和经济性。总之，炉膛中的燃烧工况主要是通过燃烧器的结构及其布置来决定的。燃烧器按其空气动力学特性可分为旋流式和直流式。旋流型燃烧器是利用旋转气流产生合适的回流区，用回流的高温烟气来加热燃料，保证其稳定地着火和燃烧。直流燃烧器是利用射流及其组合来实现燃料燃烧的。 我国已经完成了工业锅炉（2t/h、4t/h、6t/h、10t/h、20t/h、35t/h、60t/h）、电厂锅炉(220t/h)、工业窑炉（轧钢加热炉、退火炉、煅烧炉、隧道式干燥窑、陶瓷喷雾干燥塔热风炉）等多种锅炉和炉窑燃用水煤浆的工程试验和建设。 燃烧水煤浆具有良好的经济和社会效益。 （1）代油效益：山东白杨河电厂锅炉应用水煤浆表明，2t水煤浆替代1t重油，每替代1t重油可节省燃料费1800元。另外节省的油进行深加工，可产生每吨800元效益。 （2）环境效益：首先水煤浆为洗选后精煤制成，含灰、硫、有害物质等远低于常规动力煤和其它工业用煤，相同容量机组的灰场容量仅为燃煤机组的25%。其次由于水煤浆为煤水混合物，其燃烧温度比烧油和煤粉低（约100℃），可大大减少SO2的析出和NOx的生成。
水煤浆气化装置灰水系统除硬技术探究 摘要：近年来，随着我国经济的不断发展和社会的不断进步，各个领域都有了 一定上的技术提升。这些化肥生产的公司也在生产的装置上，以及技术上进行了 相应的改变。随着我国节能环保的不断推出，以及绿色发展的不断进行水煤浆气 化系统结垢装置方面存在的问题，严重的干扰的相关企业的正常发展。下面将结 合河南的某化肥公司进行水煤浆气化装置中灰水槽的钙含量以及硬度进行相应的 分析，同时，针对三种除应技术进行对比，分别包括电絮凝除硬技术、酸性气除 硬技术以及膜吸收除硬技术，通过对比后最终选用的处理技术为酸性气除硬技术。关键词：水煤浆；灰水系统；除硬技术 引言：用于水煤浆气化工艺可以更好地利用资源，为企业创造更多的经济效益， 因此备受关注。但是在水煤浆气化灰水系统的运行中发现，水煤浆企划装置系统 存在着严重的结垢问题。为了更好地解决存在的污垢问题，维持系统的长时间稳 定运转，提高企业的经济效益，就要对灰水系统的除硬技术进行研究，在原有的 雏鹰基础上进行相应的提升，降低水煤浆气化装置长时间的结垢难题。下面将对 水煤气化装指灰水系统除应技术进行相应的研究和分析，并提出自己的观点，以 供相关企业参考。 一、水煤浆气化灰水系统 1.1水煤浆气化灰水系统中存在的问题 由于我国能源分布存在着缺少石油天然气，但存在着丰富的煤的特点，因此，基 于我国的能源分布更好地利用煤炭资源，降低在使用过程中的污染问题，是现阶 段符合我国国情发展以及能源多元化的重要手段，利用一定的技术进行煤炭资源 的清洁利用处理，是推动我国能源更好地利用以及经济发展的重要手段。这其中 最常出现的就是水煤浆气化灰水系统的使用。但水煤浆气化灰水系统的应用过程 中还存在着大量的问题。由于在水煤浆系统运行的初期所需要的补水量非常大， 系统经过一次脱盐用的水量高达每小时125立方米，这个过程中，造成氨水的量 消耗的极大，同时，在废水排除系统外管道出现了严重的腐蚀和结垢现象。这些 问题主要表现在以下几个方面： （1）水煤浆系统的系统补水和系统的各处冲水所需要用的水量巨大。在进行拖 延补水的过程中，大量高品质的水被补入灰水系统内，造成了高品质水的浪费。（2）高压闪蒸系统在实际的运行中达不到所要求的设计参数。由于达不到实际 工作所需，因此水中的酸性物质在高压闪蒸的过程中，不能被有效地处理，因此 导致设备的运行期间都处于酸性状态，对设备造成了一定的腐蚀性。 （3）灰水系统的处理中，排水过程没有相应的设置工艺指标。在进行灰水系统 的工艺指标设计时，是根据相关设备的液体位置进行分析来调整灰水系统的高低，没有根据相应的指标进行设计，因此导致灰水系统存在着浓缩性倍数整体较低的 情况。 （4）灰水系统中所使用的水质情况不够稳定。由于回水系统中的水质不够，稳定，存在着波动较大的情况，因此导致药剂的浓度波动也偏大，不能够更好地处 理水中的钙和镁离子美的聚集情况，对后期的管道和设备出现结垢的情况创造了 一定条件。 （5）灰水系统的水资源利用率较低。在实际运行的过程中，由于系统的补水量 消耗大，因此导致对水资源的利用率较低。例如在实际应用的过程中一吨安的取 水情况约为15立方米，而排出的水则达到七立方米，因此，在系统的应用过程
主流煤气化技术及市场情况系列展示（之一） 多喷嘴对置式水煤浆气化技术 技术拥有单位：兖矿集团有限公司、华东理工大学 编者按：煤气化装置是煤化工的龙头，选择适合的煤气化技术直接关系到整个煤化工装置的安全稳定运行和经济效益，煤气化技术的选择是煤化工装置和煤化工企业的关键点之一。 为了帮助煤化工企业合理地选择气化技术，从本期起，本刊将陆续介绍目前国内主要煤气化技术，从技术特点、主要技术参数、煤种适应性、研发过程、市场开发、典型运用案例、最新动态等方面，全面地展示各种煤气化技术的特点。 此次气化技术展示的所有材料，由相关企业提供，均不代表本刊倾向和观点。 山东兖矿国拓科技工程有限公司是由兖矿集团控股，会同国内著名科研机构、院校、勘察设计单位和企业组建的化工技术研发、推广和技术服务的高科技企业，依靠兖矿集团良好的企业形象、强大的技术研发和技术服务能力，主要从事化工技术开发、技术服务、技术转让、化工工程勘察、设计、施工等业务。公司立足兖矿自身化工技术的研发与工业化装置，依托华东理工大学、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心、中国天辰工程公司等科研和设计机构，团队具有一流理论水平和实践经验，是典型的产、学、研结合运作模式。 山东兖矿国拓科技工程有限公司与华东理工大学一起向业界推广多喷嘴气 化技术，并提供技术理论和工程技术服务支持，公司自2010年7月成立以来，已签订多喷嘴气化技术转让合同15家，与国内外煤化工企业达成合作意向10 余项，另与国外多家科研机构和化工企业达成合作意向。 具有完全自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化技术由华东理工大学和兖矿 集团共同研发，八五期间华东理工大学建立了多喷嘴气化技术数学模型，进行了实验室小试，九五期间兖矿集团承担了多喷嘴气化技术中试，并在兖矿国泰化工有限公司建设多喷嘴气化技术示范工程，2005年第一台千吨级多喷嘴对置式煤
水煤浆气化炉分析 水煤浆常压气化炉分析 水煤浆气化根据气化炉内压力分常压和高压两种气化方法，其中Texaco水煤浆气化技术是开发成功并最早实现工业化生产的第二代煤气化工艺技术，它是一种以水煤浆为进料、氧气为气化剂的加压气流床气化工艺，属于气流床湿法加料、液态排渣的加压煤气化技术。现有资料显示了Texaco水煤浆加压气化的优越性，但并没有否定常压气化的可行性。 高温高压气化的优点: 1、采用高压气化制造合成气，大大减少了气体净化的投资，因此所有现代化的气化方法都在压力下操作。 2、总能耗大大减少。例如，在低于6Mpa的煤加压气化中，甲醇的压缩消耗会从常压气化的700kWh/t降到约100kWh/t，其中氧气压缩所增加的费用仅为 100kWh/t，此外氧的增加的费用也可以通过降低氧纯度再进一步减少。 3、大大提高单位体积和单位时间的产品质量，气化炉的容积得到了充分利用。采用高压时，炉内反应物、生成物的浓度都较常压气化提高，从而提高了反应速度。 4、高温下水煤浆的水产生热分解促进气化反应进行。在高温气化中，水煤浆中的水通过热分解被分成氧和氢。这样，一方面可以减少用于自然气化所必需的由外部供给的氧气的数量，另一方面可以得到富氢合成气。 常压气化的优点: 1、投资少，运行、维修成本低。 由于采用常压气化，设备不属于压力容器，减少了设备投入;炉内温度不会太高，因此烧嘴砖和耐火材料的使用寿命延长，维护
费用降低。 2、安全性提高。 由于采用常压，不仅降低了事故的危害性和事故发生的次数，而且对操作人员的业务要求有所降低，便于大范围推广。 3、对环保的促进。 由于现在拥有大量粉煤的企业一般为中小型企业，通过对水煤浆常压气化炉的使用，对粉煤的再利用将有很大的好处，从而减少由于粉煤闲置造成的环境污染和能源浪费。 常压气化存在的问题: 1、反应能否进行问题。 任何反应能够不断进行是因为能达到热量平衡。气化剂采用30%左右的富氧空气及常压操作炉内各物质浓度较低，反应的剧烈程度将远低于Texaco加压气化，因此C+O=CO+Q 和 22C+O=2CO+Q 的反应速度将下降，从而产生的热量减少。 2 富氧空气的加入加大了生成物中非可燃气的含量，由煤气带出热量的损失也加大了。 水煤浆中约三分之一的水气化，需吸收大量的热量。 由于存在以上几个方面的热量损失，不仅不利于 C+HO=CO+H-Q 的进行，而且能否维持反应的持续进行将是一22 个很突出的问题。 2、研发的经济性问题。 由于产生热量少和热损失较大，气化炉内能否达到高温，使水产生热分解将成为一个问题。假如水不产生热分解，大量水蒸汽将随煤气排出炉体并将在管道沉积，不仅造成大量能源浪费，而且单位体积的产气量将减少，设备的利用率降低，装置的热效率大大降低，气化的经济性将受到极大质疑。 3、耐火砖问题。
第4期(总第143期)煤化工N o．4(T ot al N o．143) 2009年8月C oal C hem i cal I ndus t ry A ug．20(0 新型多喷嘴对置式气化炉激冷室的改造 杨其成许敬刚王丽君胡大华 (山东兖矿国泰化工有限公司，滕州277527) 摘要介绍了新型多喷嘴对置式气化炉激冷室工艺流程以及在工艺、设备内部结构上的优点．同时结合国泰公司四喷嘴气化炉激冷室运行情况，总结了静态破渣器、鼓泡床、托砖盘法兰及冲洗水、合成气出口挡板等内部件改造及应用情况，经过改造后，提高了气化炉激冷室运行周期，达到了集渣畅通、破泡条运行周期长、锅底温度可控等良好效果。 关键词多喷嘴对置式气化炉激冷室改造 文章编号：1005—9598(2009)一04—0048—03中图分类号：T Q54文献标识码：B 1多喷嘴对置式气化炉激冷室工艺流程 兖矿国泰化工有限公司采用的多喷嘴对置式气化炉(简称“四喷嘴气化炉”)是具有自主知识产权的先进水煤浆加压气化技术炉型，也是煤气化装置中的核心设备，分为燃烧室和洗涤冷却室(俗称“激冷室”)，采用激冷流程的工艺流程如下： 洗涤水进入分布环．经一排孔与环缝喷出。环缝洗涤水沿管壁流下，以保护洗涤冷却管不致超温；一排孑L轴线与洗涤冷却管中心线呈45度相交，水股与来自气化室下渣口的粗煤气进行混合．以强化热质传递。 相继．煤气经洗涤冷却管下端扩口进入鼓泡床，床中设有气泡横向分隔单元，进一步实现煤气的洗涤、降温、增湿的目的。绝大部分灰渣转移到水相，沉降。煤气经洗涤冷却室上部挡板，分离其中的雾沫与携带水分后．再经出口进入下游工序。 进入洗涤水中的灰渣其粒度各异，凡粒径小于150r am者．穿过静态破渣器栅格空间进入其下部，其绝大部分或沉降或为锁斗循环水带至锁斗，小部分(含固量约为1％)随黑水经出口进入蒸发热水塔。凡粒径大于150r am的灰渣将借助重力和水的湍动，沿静 收稿日期：2009—05—21 作者简介：杨其成(1972一)，男，2008年毕业于山东理工大学机械没计制造及其自动化专业，助理工程师，现从事多喷嘴气化炉设备管理和检修等工作。 态破渣器格栅斜面(与水面呈500交角)向下滚动，在滚动过程中，由于水的湍动和静态破渣器的菱角将会被破碎，不被破碎者将堆积于静态破渣锥的底部，为格栅拦截，检修时将其清除。一般而言，这种大块渣(含耐火砖)不会很多。 在洗涤冷却管与静态破渣器之间的渣水因受气泡的扰动，而湍动得相当剧烈。借助渣水的流动可以达到如下两个目的：其一，松散堆积在静态破渣器格栅上的细渣集团，使其下沉；其二，使大渣不断扰动，在与菱锥碰撞中破碎。 2多喷嘴对置式气化炉激冷室工艺优点及结构特点 2．1工艺优点 与德士古气化炉型相比较。多喷嘴对置式气化炉的复合床洗涤冷却室采用了喷淋床与鼓泡床的复合床型．在工艺方面的优点是： (1)洗涤冷却水的喷淋流动既保护洗涤冷却管免受高温合成气的热辐射，又增加了热质传递的有效界面积。 (2)出洗涤冷却管的粗合成气进入液相主体，鼓泡上升，通过设置的多层分隔板，实现了气泡的破碎，增加了热质传递面积，有利于解决合成气的带水带灰问题，增加了操作的稳定性。 2．2在设备内部结构上的特点 (1)采用独特的破泡条代替上升管．洗涤冷却室共设有4层破泡条，每层由若干根截面呈三角型锯齿
多类水煤浆气化炉的基本概况比较 一、Texaco水煤浆气化 1945年美国德士古公司在洛杉矶蒙特贝洛建成第一套中试装置，20世纪70年代开发并推出具有代表性的第二代加压水煤浆气化技术，80年代投入工业化生产。 该水煤浆气化炉采用单喷嘴下喷式的进料方式，壁炉为耐火砖，采用水激冷流程净化除尘，在发电项目中采用废锅流程回收热量。单炉目前最大日投煤量可达2000t操作压力有4Mpa、6.5Mpa和8.4Mpa，操作温度为1350左右，有效气体成分（CO+H2）含量为82%左右，它的主要优点流程简单、煤种适应性广、压力较高、气化强度高、有利于环保、技术成熟、投资较低（但专利转让费用高15.9元/kNm3）。我国最早引进该技术的是山东鲁南化肥厂，于1993年投产，现在为多家企业所使用。不足之处是该技术对煤质有较严格的限制（灰熔点<1250℃）、气化效率和碳转化率相对较低、比氧耗高、总能耗略高、耐火砖寿命短不足两年、喷嘴运行一般为50天左右，不足三个月要维护或更换，黑水管线易堵塞、结垢、磨蚀，激冷环、激冷室易出问题等。 为了提高经济性，得到较高的气化效率及较好的合成气组分，要求水煤浆浓度（58%—65%）且稳定性和流动性（黏度<1200mpa.s）较好。
1、典型的工艺技术数据： （1）气化压力： 2.7—6.5Mpa （2）气化温度：1300—1500℃ （3）煤浆浓度：60%以上，粒度分布70%以上大于200目 (4) 原料煤消耗：610（kg/kNm3有效气） (5) 氧耗：400（Nm3/kNm3有效气） (6) 碳转化率：95%—99% (7) 冷煤气效率：72% (8) 煤气组分：有效成分（CO+H2）78%—82% 2、煤炭质量要求： （1）发热量：大于25MJ/kg （2）灰分：小于15%，最好小于12% （3）挥发分：大于25% （4）水分：内水≤8% （5）灰熔点：1300℃以下，最好小于1250℃ （6）可磨性要好 二、多喷嘴对置式水煤浆气化 多喷嘴对置式水煤浆气化技术是华东理工大学研究开发，是对Texaco气化炉技术的改进，通过四个对称布置在气化炉中上部同一水平的工艺喷嘴将煤浆与氧气混合喷入炉内，使颗粒产生湍流弥散、震荡运动、对流加热、辐射加热、煤浆蒸发、颗粒中
多喷嘴煤气化装置：中国走在世界前列 关键词：多喷嘴煤气化8月13日,由兖矿集团和华东理工大学主办、山东兖矿国拓科技工程有限公司（以下简称为兖矿国拓）、华东理工大学洁净煤研究所、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心承办的“全国多喷嘴煤气化装置优秀运行奖暨耐火砖使用经验交流会”在山东省滕州市举行，兖矿鲁南化肥厂（以下简称为兖矿鲁化）因创造了同类煤气化装置拱顶耐火砖使用时间超过一万小时的国家纪录，获得“多喷嘴煤气化装置优秀运行奖”。此举表明具有我国自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化技术，走在了世界前列。 自主创新：全面提升气化装置水平 兖矿国拓董事长丁辉介绍，多喷嘴对置式水煤浆气化技术作为国家“十五”、“十一五” 期间的重大研究课题，被列为“国家863重点攻关项目”。该技术历经基础理论研究、实验室研发、中试、工业示范和工业应用各个阶段的发展和完善，已经走向成熟，积累了完整的理论基础和工业运行经验，随着投入运行数量的不断增加，运行周期不断延长，运行指标不断优化，各项性能指标都已超过单喷嘴水煤浆气化技术，达到世界领先水平。 该技术2001年获“九五”国家重点科技攻关计划优秀成果奖；2006年获中国石油和化学工业协会科技进步特等奖；2007年获国家科技进步二等奖；2009年以多喷嘴对置式气化炉为建设主体的兖矿国泰化工有限公司（以下简称为兖矿国泰）获“新中国成立六十周年百项经典暨精品工程”称号。 丁辉 曾被认为是多喷嘴对置式气化技术“短板”的拱顶耐火砖寿命经过几年的攻关，目前已获得突破性进展：江苏索普、江苏灵谷等多家运行装置气化炉拱顶耐火砖使用寿命已突破7000小时，兖矿国泰耐火砖寿命运行时间超过了9000小时，截止到2011年8月中旬，兖矿鲁化多喷嘴气化炉累计使用寿命已超过10800小时，且还在稳定运行；多喷嘴气化炉耐火砖短板部位运行时间远远超过了单喷嘴耐火砖短板部位——锥底砖的使用寿命。耐火砖使用寿命的延长提高了气化炉的开工率，为企业节省了大量的维修费用。 在兖矿国泰建设的第一套千吨级工业示范装置，经过不断地攻关、创新，开发出装置带压联投和无波动倒炉特有技术，实现煤气化技术上的重大突破，大大降低了气化炉停车几率，提高了气化炉的有效生产时间。带压连投技术目前已普遍使用在多喷嘴气化装置中。 在兖矿鲁化运行的装置，其核心设备多喷嘴对置式水煤浆气化炉下拱顶耐火砖运行时间
多喷嘴对置式水煤浆气化技术及其优越性 刘永操 （中国矿业大学化工学院江苏徐州 221116） 摘要：介绍了我国自主研发、拥有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发及工业化应用，多喷嘴对置式气化炉流场结构及多喷嘴进料的特点，技术特点及工艺指标，对比单喷嘴气化炉，阐述多喷嘴对置式水煤浆气化技术的优势，并指出多喷嘴存在的问题和发展方向。 关键词：多喷嘴对置式水煤浆气化技术流场结构工艺特点技术优势 1.简介 气流床气化技术因煤种适应范围比较广，气化温度、压力高，易于大型化，成为煤气化技术的发展方向。目前国际上应用较多的气流床气化技术主要有，以水煤浆为原料的多喷嘴对置式水煤浆气化技术、GE(Texaco) 气化技术和Global E-Gas 气化技术，以干煤粉为原料的Shell 气化技术、Prenflo 气化技术和GSP 气化技术。其中多喷嘴对置式水煤浆气化技术是我国自主创新、自主知识产权的煤气化技术，该技术的成功开发和产业化，为我国大规模开展的煤化工事业提供了关键的气化技术，同时标志着我国在水煤浆气流床气化技术方面达到国际领先水平。 2. 多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发及工业化应用 2.1技术开发 多喷嘴对置式新型水煤浆气化技术是由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂( 水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心)、中国天辰化学工程公司共同承担的“九五”国家重点科技攻关项目，并已申请了国家专利。多喷嘴对置式水煤浆气化技术在兖矿鲁南化肥厂进行了中试研究。该技术于2000年1月通过了专家鉴定，专家对新型水煤浆气化炉技术给予了高度的评价。认为所开发的新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉技术性能优于德士古气化炉，已经达到国际领先水平，并可望在以下方面发挥作用：推进化肥领域的技术进步；促进动力燃料及大宗化学品原料路线由油基向煤基的转换；促进煤清洁利用产业的发展。以多喷嘴对置式水煤浆气化工艺为核心技术, 由国家发改委重大技术装备研究项目资金支持建设的山东华鲁恒升300kt/a合成氨装置于2005年6月建成投产,目前运行平稳。该建设项目获得了2006年中国石油和化学工业协会科技进步特等奖。 2.2工业化应用 已经投入运行的生产装置有；兖矿国泰化工有限公司甲醇、醋酸装置 2 台Φ3 4 00 mm 日处理原煤 1 150 t的气化炉；山东华鲁恒升化工股份有限公司 3 00 k t / a合成氨装置 1 台Φ2 800 mm日处理原煤 750 t的气化炉。正在建设的装置有；兖矿国泰化工公司甲醇装置 1 台Φ3 4 00 mm 日处理原煤 1 150 t 的气化炉；兖矿鲁南化肥厂合成氨装置 1 台 3 400 mm 日处理原煤Φ1 150 t 的气化炉；江苏灵谷化工有限公司合成氨装置 2 台Φ3 880 mm 日处理原煤 1 800 t的气化炉；江苏索普集团化工有限公司醋酸装置 3 台Φ3 400 mm日处理原煤 1 500 t的气化炉；山东滕州凤凰化肥有限公司合成氨装置 2 台Φ3 40 0 mm 日处理原煤 1 500 t的气化炉。 3. 多喷嘴对置式气化炉流场结构 四喷嘴气化通过烧嘴的物料(水煤浆及氧气)在同一水平面上向中间对喷，物料撞击后形成由射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区组成的