第37卷第4期化工设计通讯
2011年8月Chem ical Engineering Design Com munications
多喷嘴对置式水煤浆气化装置的优化与改进
朱 敏,孙永奎,马廷卫,孙西英
(兖矿国泰化工有限公司,山东滕州 277527)
收稿日期:2011 04 06
作者简介:朱 敏(1968-),男,山东滕州人,工艺工程师,兖矿国泰化工有限公司气化车间主任。
摘 要:介绍兖矿国泰多喷嘴对置式水煤浆气化装置在气化炉带压连投、预热口封堵砖、工艺烧嘴头部的保护、振动筛换型、过滤机换型等方面所进行的优化和改进。
关键词:多喷嘴对置式气化炉;水煤浆气化;优化与运行
中图分类号:T Q 223 12+1;T Q546 2 文献标志码:B 文章编号:1003 6490(2011)04 0065 04
Optimization and Modification of the Coal S lurry Gasification With Opposed Multi Burners
ZH U Min,S UN Yong kui,MA T ing w ei ,S UN X i y ing
(Yanco n Cathay Coal Chemical Co.,Ltd.,Teng zhou Shandong 277527,China)
Abstract:Intr oduce optim ization and mo dification of the g asification system in Yancon Cathay Co mpany ,including continuo us feeding the gasifier under pr essure,blocking brick for preheating outlet seal,pr otecting of the burner nozzle heads,changing of the ty pe o f vibr ation sieve and the filter etc.
Key words:g asifier w ith opposed multi burners;co al w ater slur ry gasification;optim ization and operation
兖矿国泰化工有限公司日处理1000t 煤多喷嘴对置式水煤浆气化炉配套240kt/a 甲醇、71 8M W 燃气发电工程项目,是多产品联合生产系统示范工程,该项目包含了两个国家 863 计划课题,即 新型水煤浆气化技术 和 煤气化发电与甲醇联产系统关键技术的研发与示范 。该项目于2003年8月1日正式开工建设,2005年10月试生产。
气化装置采用具有自主产权的多喷嘴对置式水煤浆气化技术。气化炉直径3 4m,二开一备,气化压力4 0M Pa,单炉日处理1000t 精煤。气化装置于2005年7月23日一次化工投料成功。作为多喷嘴对置式水煤浆气化技术的首次成套示范装置,在气化炉运行初期遇到了拱顶耐火砖寿命短、烧嘴拆卸困难等问题,该气化装置在近5年的运行过程中进行了内容丰富的优化和改进,技术水平日臻完善,现在原型设计的气化炉拱顶耐火砖寿命已突破6300h,工艺烧嘴寿命一般可超过3个月。由于受后系统产能的限制,气化炉维持在90%的负荷运行。本文介绍国泰公司多喷嘴气化炉投入运行后所开展的优化和改进。
1 气化流程介绍
氧气和煤浆经过四个工艺烧嘴雾化后在炉内进行部分氧化反应,生成的粗合成气、熔渣及未
完全反应的炭,经过渣口和洗涤冷却水一起进入气化炉洗涤冷却室,粗合成气被冷却和初步洗涤后出气化炉。出气化炉的粗合成气经过混合器、旋风分离器、水洗塔洗涤除尘后送下游的变换、净化系统。熔渣经冷却固化定期排出系统,由捞渣机捞出,装入渣车运到储存界区。气化及初步净化流程示意见图1。
黑水减压后进入蒸发热水塔,闪蒸出的蒸汽与灰水直接接触换热,酸性气经气液分离后送火炬燃烧。经蒸发热水塔、真空闪蒸浓缩的黑水进澄清槽进行固液分离,含固较低的灰水循环使用。底部含固较高的黑水经压滤系统处理,滤饼运出界外,滤液制备煤浆。流程示意见图2。为保证系统安全运行,装置设有一套安全联锁逻辑控制系统来保证整个生产装置的安全运行。装置运行时,当由于某种原因危及系统安全,安全联锁系统触发停车动作,气化炉按照原设定
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化工设计通讯第37卷
的程序自动停车;若有一对或一支烧嘴的工艺参数变化到联锁值时,气化炉一对烧嘴跳车,另一对
烧嘴正常运行,后系统减负荷运行。跳车烧嘴故障消除后进行带压连投,
后系统恢复高负荷生产。
图1 多喷嘴对置式水煤浆气化及
初步净化流程简图
图2 含渣水处理流程简图
2 所开展的优化和改进
2 1 气化炉带压连投
(1)改进前的情况
多喷嘴对置式气化装置在运行初期,经常出现非烧嘴原因造成一对烧嘴跳车,只能将气化系统降压到0 6M Pa 以下运行(此时气化炉一对烧
嘴运行,一对烧嘴停车),下游工序变换、净化、合成系统切气停车。在跳车故障消除后将跳车的一对喷嘴再投入运行,气化系统再次升压,出气化工序的煤气压力、温度合格后向后系统送气,变换、净化、合成系统再接气开车。在此过程中,气化炉虽然没有完全退出运行,但后系统因为压力低必须切气停车,煤气大量放空,影响了
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第4期 朱敏等:多喷嘴对置式水煤浆气化装置的优化与改进
后系统的稳定生产和公司的经济效益。
(2)改进措施
为了保证在一对烧嘴退出运行的情况下另一对烧嘴的投料成功,必须提高气化炉投料物料???氧气、煤浆的压力,并对停运烧嘴进行保护:在煤浆循环和氧气放空管线上增加煤浆、氧气提压阀,提高投料介质的压力,避免气化炉内高压、高温煤气窜入氧气和煤浆管线而发生意外事故;当气化炉一对烧嘴停车后,对停运烧嘴进行保护,防止高温辐射烧蚀烧嘴,保证烧嘴出口不被熔渣堵塞。
(3)改进效果
兖矿国泰化工有限公司于2006年11月29日首次成功进行带压连投。2007年10月28日17:05C#气化炉因为煤浆波动一对烧嘴跳车, 17:31气化炉带压连投成功,用时仅26min。现在,国泰公司已成功进行多次带压连投,其中有5次因为气化炉安全系统阀门动作故障没有成功,阀门故障消除后,二次带压连投气化炉成功并入系统运行,成功率100%。
2 2 预热口封堵砖
(1)改进前的情况
气化炉顶部预热口封堵砖是气化炉耐火砖中最薄弱的环节,此封堵砖的使用寿命直接影响气化炉拱顶砖寿命。原设计的封堵砖为圆柱体,依靠其支撑端面与B砖承托平台接触式密封,密封面小,气化炉在投料初期和运行过程中易出现封堵砖破损脱落情况,且B砖蚀损后承托能力降低,封堵砖易脱落,从而造成气化炉顶部法兰超温。国泰公司多喷嘴气化炉预热口封堵砖改进前运行周期较短,曾出现过气化炉运行过程中封堵砖脱落事件,由于发现及时没有发生恶性事故。气化炉预热口封堵砖制约着气化炉的安全、稳定、长周期运行。
(2)改进措施
针对气化炉封堵砖寿命短的情况,重新设计了封堵砖,将封口砖的形状由圆柱凸台形变更为圆锥凸台形,将密封形式由固定式改为自由沉降式,增加了密封面积,防止了串气现象的发生。新设计的封堵砖将承托平台上移至上层A1砖,并将与B砖的接触面改成圆锥面,封堵砖可以根据密封圆锥孔的实际情况上下调整,增大了密封面积,达到了较好的密封效果。
(3)改进效果
兖矿公司设计的封堵砖在2006年第二季度投入使用,封堵砖的寿命现在已超过2000h。图3为封堵砖使用1905h后的照片,从图中可看出,该封堵砖还可以继续使用较长的时间。封堵
砖对气化炉的长周期运行已不存在影响。
图3 气化炉顶部封堵砖图片(使用1905h后)
2 3 工艺烧嘴头部的保护
(1)改进前的情况
工艺烧嘴是气化系统的关键设备,其运行状况影响着气化装置的效益和气化炉的安全。烧嘴的工作环境非常恶劣,烧嘴喷头一方面受到炉内高温辐射及合成气中硫、氢、富氧等气体腐蚀作用,同时还受到高速介质的冲刷,寿命一般较短。为了保护烧嘴,一般在其头部设置冷却水系统。国泰公司新型气化炉投产初期,烧嘴方面遇到三个问题:#烧嘴寿命短;?烧嘴冷却水盘管腐蚀;%烧嘴拆卸困难。工艺烧嘴使用20d 左右其水室端盖龟裂严重,影响烧嘴的雾化;水室端盖和冷却水盘管连接处角焊缝出现裂纹或外漏;冷却水盘管和外氧管腐蚀较重;气化炉停车后拆卸烧嘴困难,烧嘴室塞满细灰,经常拉坏烧嘴冷却水盘管。
(2)改进措施
在烧嘴头部包裹材料,这样安装及使用过程中不易破碎,寿命较长,其尺寸可根据烧嘴室的尺寸调节,保证烧嘴装入烧嘴室后,烧嘴头部和耐火砖基本没有缝隙,可有效防止飞灰塞入间隙,也可隔绝炉内腐蚀性气体对烧嘴本体及盘管的腐蚀。
将烧嘴冷却水进水盘管由1 5圈改为0 5圈,减少烧嘴安装和拆卸过程中的阻力,防止水室端盖角焊缝受外力损伤;在水室端盖角焊缝处设置一挡板,防止角焊缝因撞击而受伤,在烧嘴
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投入使用后阻挡炉内高温辐射对烧嘴的影响。
(3)改进后的效果
工艺烧嘴改进后,烧嘴使用寿命逐步延长,2010年烧嘴平均寿命72d,最长使用周期为121d 。2 4 水洗塔、旋风分离器、蒸发热水塔的黑水出口管线
(1)改进前的情况
气化系统的三台主要设备???旋风分离器、水洗塔、蒸发热水塔的下部黑水管线原开孔位置在设备的筒体(直筒段)下部,其锥底部分为水流死区。系统运行过程中,大量灰渣会沉积在锥底部分,形成非常坚硬的灰垢,这些灰垢停车后清理非常困难,气化炉开停车过程中曾多次堵塞黑水出口管线,造成气化炉被迫停车或降压后疏通,除增加停车次数外,还带来严重的安全隐患。
(2)改进措施
将旋风分离器、水洗塔、蒸发热水塔的黑水管线出口位置,由筒体下部改到锥底。正常生产及开停车时,筒体下部旁路阀处于关闭状态;系统开停车出现锥底堵塞时,打开导淋,排放出大垢片和颗粒,疏通后黑水走锥底的正常流程;如不能疏通则打开锥底上部旁路阀,黑水走旁路维持正常运行,系统停车后进行清理疏通。改进前后的流程示意如图4
。
图4 旋风分离器、水洗塔、蒸发热水塔黑水出口管线改进
(3)改进后的效果
旋风分离器、水洗塔、蒸发热水塔的黑水出
口管线于2008年相继进行改进,改进后使用效果较好,没有因为黑水管线堵塞影响系统运行,系统检修时没有发现锥底积存大量固态颗粒,减少了系统检修清理工作量。2 5 气化炉托砖盘加喷淋水
(1)改进前的情况
新型气化炉在实际运行中,由于托砖盘附近
的气体流速较低,托砖盘底部(俗称 锅底 )存在积灰现象,造成托砖盘散热不好,温度升高,锅底的设计温度为425&。这给气化炉的安全运行带来较大的影响,检修清理较困难。
(2)改进措施
将高温变换冷凝液(从变换工序水煤气废锅返回的冷凝液)引至气化框架,从气化炉底部高压氮气管线(闲置未用)进入气化炉内,冷凝液经环形分布器均匀喷淋到气化炉锅底,洗涤锅底飞灰,防止飞灰积聚。
(3)改进后的效果
气化炉锅底加入喷淋水后,较大程度地防止了气化炉锅底积灰现象,锅底温度得到了控制,消除了锅底超温现象。由于是在设备上进行改造,设备原口较小,喷淋水较小(受管径限制),没能完全防止气化炉锅底温度上升,在气化炉运行过程中,随着气化炉运行时间的延长,锅底温度有时会从220&升高到260&。2 6 振动筛换型
(1)改进前的情况
工艺设计中,选择煤浆振动筛作为保障煤浆质量的最后一道屏障。原设计选用的煤浆振动筛,开车后运行一直不稳定。因煤浆中含有较大颗粒,造成高压煤浆泵跳车10余次,导致气化炉3次停车。由于煤浆振动筛在设计、制造中的不足,造成该设备频繁损坏,主轴断裂5根,弹簧板断裂,仅备件一年就需要30余万元。煤浆振动筛运行不稳定严重制约气化炉的稳定运行。
(2)改进措施和改造后的效果
经与兄弟厂家交流,将振动筛变更为运行稳定的回转筛。煤浆振动筛换型后,彻底消除了因煤浆质量造成气化炉停车和煤浆波动的现象。滚筒筛运行稳定,投入运行的第一年未进行大的修理。随着运行时间的延长,发现滚筒筛内支架焊口开裂,筛网有破损现象。这有待在今后的生产运行中进一步完善。2 7 过滤机换型
(1)改进前的情况
压滤机是一种固液分离设备,在气化装置中用来处理澄清槽底部排出的含固5%~20%的黑水,是渣水处理的关键设备,对气化装置的环保排放有较大影响。国泰公司原设计的过滤机为
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第37卷第4期化工设计通讯
2011年8月Chem ical Engineering Design Com munications
DNQ2000型带式浓缩压榨过滤机,其在运行过程中需要加入大量的絮凝剂,并且经常出现滤布跑偏现象,出口滤饼含水量高,维修量和生产维护劳动强度大,无法满足连续生产的需要。
(2)换型情况和使用效果
2006年根据生产情况将带式浓缩压榨过滤机更换为真空过滤机,几年来的运行表明,基本可以满足生产要求,滤饼含水量一般低于20%。由于是在原基础上进行改造,较清洁的滤液和滤布冲洗水汇合,造成滤液含固量较高,随着使用时间的延长,出现了真空过滤机机架腐蚀,滤布跑偏、打皱现象。
3 总 结
兖矿国泰化工有限公司的多喷嘴对置式水煤浆气化装置已经运行了近5a 时间,经过工程上
的优化和完善,进一步丰富了多喷嘴对置式水煤浆气化技术的内涵,也为新建的多喷嘴对置式水煤浆气化装置提供了宝贵的实践经验。但由于国泰公司气化炉是第一套大型对置式四喷嘴气化装置,在设计、施工、生产管理上存在不足,目前仍然存在以下问题:
(1)捞渣机链条在运行过程中易出现链条一边拉长的现象,造成捞渣机刮板倾斜;
(2)水洗塔塔盘结垢,灰垢主要由磷酸盐组成,现在使用的化学清洗方法较难处理,一般采用物理清理的办法处理,清理劳动强度较大。目前,该气化装置整体处于良好的运行状态,工艺指标先进,系统运行安全稳定,操作控制手段先进灵活,取得了良好的经济效益,从实践角度充分证实了多喷嘴对置式水煤浆气化技术的先进性、成熟性和可靠性。
甲醇合成塔床层超温原因分析
李雪冰,闫国富
(中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司,内蒙古包头 014010)
收稿日期:2011 04 08
作者简介:李雪冰(1973-),女,黑龙江佳木斯人,化工工艺工程师,先后从事合成氨及甲醇工艺技术管理工作。
摘 要:介绍了DA V Y 公司设计的大型甲醇合成流程,探讨了甲醇合成塔的内件结构,从催化剂的装填、催化剂还原后的沉降、工艺操作等方面对现运行的甲醇合成塔催化剂上部床层局部热点超温现象进行了分析。
关键词:甲醇合成塔;催化剂;床层温度
中图分类号:T Q 223 12+1 文献标志码:B 文章编号:1003 6490(2011)04 0069 04
Analysis of Reasons for C atalyst Bed Overheat in Methanol Synthetic Tower
L I X ue bing ,YA N Guo f u
(Baotou Branch Com pany o f China Shenhua Coal to Liquid and Chemical Co.,Ltd.,
Baotou Inner Mo ng olia 014010,China)
Abstract:Introduce the large scale methanol synthesis process designed by DAVY Company,discuss the internals structure of methanol synthetic tower,analyze the reasons for catalyst upper partial bed overheat fro m these aspects:catalyst loading,catalyst settlement after reductio n,pro cess oper ation etc.
Key words:methano l synthetic tow er;cataly st;bed temperature
0 引 言
神华包头煤制烯烃项目甲醇合成装置引进英
国Johnson Matthey/Davy 公司大规模甲醇合成技术,日产MT O 级甲醇5500t (100%甲醇)。
该套装置生产能力居世界首位。自装置试开车以
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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
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
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。
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
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
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
华东理工大学科技成果——多喷嘴对置式水煤浆气 化技术 项目简介 煤炭气化，即在一定温度、压力下利用气化剂与煤炭反应生成洁净合成气（CO、H2的混合物），是实现煤炭洁净利用的关键，可为煤基化学品（合成氨、甲醇、烯烃等）、整体煤气化联合循环发电（IGCC）、煤基多联产、直接还原炼铁等系统提供龙头技术，为现代能源化工、冶金等行业的技术改造和节能降耗提供技术支撑。 多喷嘴对置式水煤浆气化技术是世界上最先进的气流床气化技术之一。水煤浆经四个对置的喷嘴雾化后进入气化炉内，与氧气反应生成含CO、H2和CO2的合成气，从气化炉出来的粗合成气经新型洗涤冷却室、混合器、旋风分离器和水洗塔等设备的洗涤和冷却后进入后序工段；气体洗涤设备内的黑水则经高温热水塔进行热量回收和除渣后成为灰水再返回气体洗涤设备内，全气化系统基本实现零排放。 该技术工艺指标先进，与同类技术相比，合成气有效成分高2-3个百分点、碳转化率高2-3个百分点、比氧耗降低7.9%、比煤耗降低2.2%等，生产强度大，又减少了专利实施许可费。 所属领域化工、能源 项目成熟度产业化 应用前景 多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化成功，打破了国外技术在气化领域的垄断地位，标志着我国自主的大型煤气化技术已处于国际
领先地位。目前有33台多喷嘴对置式水煤浆气化装置处于工业运行、建设和设计中，同时该技术已走出国门，为美国一家石化公司提供气化技术。 知识产权及项目获奖情况 与多喷嘴对置式水煤浆气化技术相关的有二十余项发明专利和实用新型专利。拥有自主的知识产权。 项目曾得到国家“九五”科技攻关、“十五”和“十一五”“863”课题、“973”计划的支持。所获主要奖励有：2007年国家科学技术进步二等奖；第十届中国专利奖优秀奖；2006年中国石油和化学工业科技进步特等奖；2006年中国高校-企业合作创新十大案例；2006年中国高校十大科技进展；2005年上海市科技进步三等奖。 合作方式主要以专利（实施）许可和技术转让的模式合作。
GE水煤浆气化操作规程 编写：陈广庆冯长志赵旭清 审核：李美喜仇庆壮 审定：董忠明 批准：石集中 新能能源公司气化车间 二○○八年十二月 目录 第一章：工艺说明 4 一、岗位任务 4 二、岗位管辖范围 4 三、工艺原理7 四、工艺流程8 五、联锁说明15 第二章：工艺参数34 一、重要设计数据34 二、正常操作数据38 三、仪表报警值及联锁值38 第三章：操作规程39 一、开车39 1原始开车（第一套气化系统开车）39 2正常开车（第二套气化系统开车）64 3倒气化炉系统65 4短期停车后开车65 5长期停车后开车65 二、正常操作65 1正常维护操作65 2加减负荷操作66 三、停车67 1 正常停车（第一套气化系统停车）67 2 正常停车（第二套气化系统停车）74 3长期停车（大修停车）76
4紧急停车76 四、事故处理78 第四章：安全与环保91 一、人身安全91 二、设备安全92 三、环保92 附录：92 表1.设备一览表92 表2.安全阀一览表92 表3.工艺参数控制报警连锁一览表92 图1.GE水煤浆气化工艺流程图 129 第一章工艺说明 一、岗位任务 气化岗位是把煤浆制备工序生产的合格水煤浆与空分装置生产的氧气（纯度＞99.6%）在一定的工艺条件下进入气化炉内进行部分氧化反应，生成以CO、H2、CO2为主要成份的合成气，经增湿、降温、除尘后送入下游变换工序；同时，将系统中产生的黑水送入闪蒸、沉降系统处理，以达到回收热量及灰水再生、循环使用的目的，产生的粗渣及细渣送出界区外。二、岗位管辖范围 岗位的管辖设备： 序号设备名称设备位号数量（台）备注 1 气化炉R1201A/B/C 3 2 洗涤塔T1201A/B/C 3 3 研磨水槽V1105 1 4 烧嘴冷却水槽V1201 1 5 烧嘴冷却回水分离罐V1202A/B/C 3 6 事故烧嘴冷却水罐V1203 1 7 激冷水过滤器V1204A～F 6 8 气化炉密封水罐V1205A/B/C 3 9 消音器水封罐V1206A/B/C 3 10 锁斗冲洗水罐V1207A/B/C 3 11 锁斗V1208A/B/C 3 12 渣池V1209A/B/C 3 13 高压氮气贮罐V1210A/B 2 14 集渣池V1211 1 15 高压闪蒸罐V1301A/B/C 3 16 高压闪蒸分离器V1302A/B/C 3 序号设备名称设备位号数量（台）备注 17 低压闪蒸罐V1303A/B/C 3 18 真空闪蒸罐V1304A/B/C 3 19 第一真空闪蒸分离器V1305A/B/C 3 20 第二真空闪蒸分离器V1307A/B/C 3 21 除氧器V1309 1 22 沉降槽V1310 1
多喷嘴对置式煤气化炉用耐火材料的研制及应用 石凯 吴忠阳 (河南省伯马股份有限公司，河南新乡，453000) 摘要 为满足多喷嘴对置式煤气化技术的需要，研制高性能的铬锆材料，经ZrO 2增韧、纳米增韧，改善材料的抗热震性；加入稀土元素及其氧化物促进烧结，增加材料的高温抗折强度；通过降低气孔直径，提高材料的抗渣侵蚀性。研制生产的铬锆产品具有较好的高温性能，工业应用表明，产品满足多喷嘴对置式煤气化技术的使用要求。 关键词 多喷嘴对置式煤气化炉 铬锆材料抗热震性高温强度 抗侵蚀性 高效洁净的煤气化技术是当前我国煤化工行业研究的热点问题，为了研究开发先进的具有自主知识产权的煤气化技术，由国家发改委组织，中国石油和化学工业协会主持了“十五”国家重大技术装备——大型化肥成套设备研制项目，项目依托山东华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥国产化技术改造项目，河南省伯马股份有限公司承担了该项目子专题——耐火材料研制，成功开发了适合多喷嘴对置式煤气化技术使用要求的高性能铬锆材料。本文简要介绍了该产品的研究开发和使用情况。 1 高性能铬锆材料的研究 随着多喷嘴对置式煤气化技术的开发，对气化炉炉衬材料提出了新的要求，与顶喷煤气化技术相比，多喷嘴对置式煤气化技术炉衬有如下特点：①喷嘴附近炉内温度场分布的不均匀程度增大，炉衬表面的温度波动更频繁，其波动值也更 大；②喷嘴附近炉衬的表面将经受更强烈的介质冲刷磨损；③在炉衬结构上增加了托砖板结构，托砖将承受较大的剪切力。因此对炉衬材料提出了新的要求：①更优良的抗热震性；②更高的高温抗折强度；③较好的抗侵蚀性。 1.1 提高铬锆材料的抗热震性研究 高纯氧化铬材料的熔点较高，难以获得高强度的材料，且其热膨胀系数较大，因此抗热震性较差，不能满足气化炉温度频繁波动的工况条件，必须提高其抗热震性。通过加入ZrO2微粉和α-A120 纳米粉对材料进行增韧。 1.1.1 ZrO 2含量对材料抗热震性的影响 氧化锆有3种晶相，加热氧化锆时，约在 ll00~C 由单斜相(m ．ZrO 2)向四方相(t-ZrO 2) 转变，并产生约3％ 一5％的异常体积变化， 这一变化是加热时收缩、冷却时膨胀。在Cr 203 材料中加入ZrO 2 ，在烧结的冷却过程中由四 方相向单斜相转变时，产生体积膨胀，可导致： 在z 晶体与Cr 203晶体之间产生微裂纹；使Cr 2O 3 晶体表面受压应力。可起到缓冲应力或阻止裂纹扩展的作用，从而提高材料的抗
多喷嘴对置式水煤浆加压气化炉系统操作开车规范及优化 赵学圣曲红宾 （恒力炼化煤制氢） 摘要：根据多喷嘴对置式水煤浆加压气化装置投料的操作流程，总结开车操作的具体优化方法，本文中简述了开车程序的整个流程，主要讲述了开车过程中需要注意的一些问题。 关健词：气化炉烘炉置换投料升压查漏切水并气 恒力炼化煤制氢气化车间采用多喷嘴对置式水煤浆加压气化装置，自开车以来不断优化开车流程，通过总结经验和技术攻关，目前装置运行稳定。 一．系统开车前准备工作 1.1 公用工程、生产辅助系统开车 1.2 添加剂系统开车 将添加剂加入添加剂槽，建立液位，启动搅拌器,待用。 1.3 絮凝剂系统开车 将絮凝剂加入絮凝剂槽，建立液位，启动搅拌器，待用。 1.4 分散剂系统开车 将分散剂加入分散剂槽，建立液位，启动搅拌器，待用。 1.5 煤浆制备系统开车 (1) 煤运系统提前开车，将煤破碎后送入煤仓。 (2) 打开磨煤机出料槽至磨煤机出料槽泵主管线上的阀门及磨煤机出料槽泵出口至二级滚筒筛主管线上的所有阀门，关闭导淋阀。 (3) 按单体设备操作法启动磨煤机。按单体设备操作法启动煤机给水泵，向磨煤机送水。 (4) 按单体设备操作法启动煤称重进料机送煤进磨煤机。 (9) 按单体设备操作法启动磨煤机出料槽泵向排放池送煤浆，当煤浆符合标准后，切换至二级滚筒筛送至大煤浆槽。当大煤浆槽液位完全覆盖到煤浆槽搅拌器的最底部浆叶时启动煤浆槽搅拌器。合格煤浆存于槽内待用。 注意：在运行期间，所有煤浆制备系统阀门必须处于全关或全开位置，严禁偏离。冲洗水总阀和各个分支阀应确保关到位、不泄漏，冲洗水总管导淋阀全开。对部分关键的冲洗水阀门要挂禁动标志牌。 1.6 气化炉耐火砖的烘炉预热，建立预热水循环。 (1) 倒气化炉黑水管线至澄清槽盲板至通路，打开电动阀。 (2) 倒通低压灰水至气化炉激冷水管线盲板，打开前后手阀，关闭中间导淋，供预热水到激冷环。 (3) 启用激冷水流量调节阀，控制流量不低于180m3 /h，控制激冷室液位在烘炉液位 (5)预热水循环路线：
- - 452010年第36期（总第171期）NO.36.2010 （CumulativetyNO.171） 摘要：多喷嘴对置式水煤浆气化技术的预膜式喷嘴克服了传统煤浆喷嘴易磨损、雾化效果差等缺点，取得了良好的经济效益。文章对预膜式烧嘴在使用过程中的注意事项进行了阐述，结合已有的文献报道和操作经验，对烧嘴结构、安装以及工艺条件等方面进行了分析。 关键词：多喷嘴对置；工艺烧嘴；水煤浆气化中图分类号：TQ546 文献标识码：A 文章编号：1009-2374 （2010）36-0045-02 1 气流床水煤浆气化技术简介 气流床水煤浆气化技术作为煤的一种洁净高效利用技术，在国内外已得到了广泛的应用。由华东理工大学和兖矿集团有限公司共同承担的国家“863”项目，建设日处理1150吨煤的多喷嘴对置式水煤浆气化工业示范装置于2005年7月21日投产，至今已推广至15家国内外用户。神华宁煤集团年产83万吨二甲醚项目一期工程的多喷嘴对置式水煤浆气化装置于2010年3月18日一次投料成功。该项目建设了三套多喷嘴对置式水煤浆气化装置，单炉设计气化规模2000吨煤/天，气化压力4.0MPa，配套年产甲醇75万吨。该气化装置也是目前国内在运行的气化规模最大的装置之一。 气流床水煤浆气化过程是一个极度复杂的物理、化学变化耦合的多相过程。煤浆经泵送至气化炉喷嘴，在烧嘴的作用下，煤浆与氧气流进行动量交换，被雾化为细小的颗粒，雾化后的颗粒吸收热量进行蒸发、干燥、热解、燃烧与气化等过程，最终产生可用于化工合成的有效气体(CO+H 2)。整个气化过程中，烧嘴起到了极为重要的作用，国内许多研究者一直从事有关烧嘴的试验研究和数值模拟工作。周夏分析了水煤浆加压气化用三流道内外混工艺烧嘴的结构特点和工作原理等，并对影响工艺烧嘴的火焰长度的因素进行了初步探讨。屠伟龙等采用数值模拟的方法，对水煤浆气化炉内热态温度场及喷嘴头部温度分布进行了分析，结果表明，采用冷却水旋流流动后，烧嘴头部温度降低，热应力集中的现象得到缓解。李波等简述了改进后的新型三通道烧嘴在山东兖矿鲁南化肥厂气化装置上的应用情况。在这些研究的基础上，如何更有利于延长烧嘴使用寿命，提高运行周期，对于工程实际而言显得更为重要。 2 预膜式工艺烧嘴 烧嘴的结构形式很多，在气流床水煤浆气化炉中较为常用的是三通道气流式雾化烧嘴。烧嘴是煤气化技术的核心设备之一，烧嘴性能的好坏、寿命的长短直接影响到整个装置的运行状况。华东理工大学研制的预膜式喷嘴在多喷嘴对置式水煤浆气化炉中的应用，克服了传统煤浆喷嘴易磨损、雾化效果差等缺点，取得了良好的经济效益。 目前，GE 气化炉烧嘴采用的是三流道预混式气流雾化烧嘴，其头部示意图如图1，中心氧通道与外氧通道端面距离d 约几十毫米，由于中心氧通道和煤浆通道是内混形式，中心氧与煤浆在该腔室内混合，并将煤浆加速，致使金属磨蚀严重，一个生产周期后，烧嘴壁磨得很薄，寿命明显缩短。 图1 GE 烧嘴头部示意图 图2 预膜式烧嘴头部示意图 为改进雾化效果和延长喷嘴使用寿命，提出的三流道预膜式、外混气流雾化喷嘴，如图2，三个通道下端面基本在同一水平面上，中心氧通道与外氧通道端面距离d 仅几个毫米，由于形成了可控煤浆膜厚，比预混式有更好的雾化性能。同时预膜式烧嘴在氧气通道的射流角度上均做了相应调整，雾 多喷嘴对置式水煤浆气化工艺烧嘴的使用与维护 丁 磊 （神华宁夏煤业集团煤炭化学工业公司生产技术部，宁夏 灵武 750041）
多喷嘴对置式气化炉与单喷嘴水煤浆气化炉 实际运行数据的比较与相关分析 陆新华1 ，胡 瑾1 ，张 彦2 (1. 南京化工职业技术学院应用化学系 2. 宁波万华聚氨酯有限公司) 摘 要：目前关于多喷嘴气化炉和GE 单喷嘴水煤浆气化炉工艺的优劣存在争议，特别是对运行效率问题，众说纷纭。本文通过实际生产中所测数据的对比，利用相对有效产气率这一概念，试图解决存在的争论，给出分析煤气化效率的一个有效思路。 关键词：多喷嘴对置式气化炉；单喷嘴气化炉；运行效率；有效产气率；水煤浆气化 煤气化技术是发展煤基化学品(如甲醇、氨、二甲醚) 、煤基液体燃料、先进的IGCC 发电技术、多联产系统、制氢、燃料电池、直接还原炼铁等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术，可以说是工业领域许多行业发展的“引擎”。长期以来，国内企业靠的是引进国外煤气化技术，引进技术昂贵，而且引进的技术有明显缺陷，其换热器容易堵塞，一堵塞就要停工两三天，损失可观。华东理工大学基于对置撞击射流强化混合的原理，提出了多喷嘴对置的水煤浆气化炉技术方案，在气流床煤气化技术的应用基础研究和产业化方面取得了重要进展，先后完成了多喷嘴对置水煤浆和粉煤中间试验，建设了多喷嘴对置水煤浆气化工业装置。多喷嘴对置式水煤浆气化技术在国际上与GE 、Shell 、Siemens 的煤气化技术并驾齐驱，引起了国际煤气化领域的关注。 但是目前很多资料对多喷嘴对置式水煤浆气化炉和GE 水煤浆气化炉工艺的争论很多，其实际情况如何? 下面根据多喷嘴和单喷嘴气化炉的实际运行结果，对照气化考核需要测试的数据，逐条进行分析。 1 生产流程介绍 某公司运行的水煤浆气化炉有2 种工艺、3 种规格，分别是多喷嘴对置式气化炉， 燃烧室直径Ф2800，单喷嘴水煤浆气化炉，直径分别为Ф2800 、Ф3200 。压力都是6.5 MPa 。这些条件对于比较多喷嘴气化炉和单喷嘴气化炉工艺来说，具有很强的说服力。 1.1 多喷嘴(四喷嘴) 对置式水煤浆气化工艺流程 水煤浆由煤浆振动筛过筛后进入煤浆槽，出煤浆槽后经2 台水煤浆给料泵加压后通过4 个工艺烧嘴从侧面对喷进入气化炉，以下简称A 炉。 空分来的高压氧气进氧气缓冲罐，经调节流量后分别进入 4 个工艺烧嘴的中心管和外环管。在气化炉中煤浆与氧发生如下主要反应： CmHnSr + m/ 2O2 ——mCO + (n/ 2 - r) H2 + rH2S CmHnSr —— (m/ 4 - r/ 2) CH4 + (m - n/ 4 + r/ 2) C + H2S C + O2—— CO2 C + CO2 ——2CO C + H2O ——CO + H2 CO + H2O ——H2 + CO2 反应在6.5 MPa ( G) 、1350～1400 ℃下进行。 气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成CO 、H2 、CO2 、H2O 和少量CH4 、H2S c w m