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
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
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。
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。
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：
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
- - 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
新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业化应用 路文学(水煤浆气化及煤化工国家工程中心，山东滕州277527) 2007-01-23 兖矿集团有限公司与华东理工大学在煤气化、多联产关键技术的研究中，成功开发出具有自主知识产权的新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术，打破了国外跨国公司对水煤浆气化技术的垄断，为我国能源和煤化工市场提供了新的具有自主知识产权的技术。本文主要从工业化应用方面阐述了新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术。 1 多喷嘴对置式气化炉简介 1.1 气化流场 在实验室以φ1 000 mm×4 000 mm的大型冷模对置气化炉有机玻璃模型对气化炉流场进行了探讨。研究结果表明流场可划分为：射流区、撞击区、撞击流股区(上下2股)、回流区(共6个)、折返流区和管流区，撞击区是气化炉内物流间混合最为剧烈的区域。如图1所示。 1.2 气化反应机理 水煤浆、氧进入气化室后，相继进行雾化、传热、蒸发、脱挥发分、燃烧、气化等6个物理和化学过程，前5个过程速度较快，而气化反应除在上述前5个区中发生外，主要在管流区中进行。 煤浆颗粒在气化炉内的气化过程经历了以下步骤：颗粒的湍流弥散、颗粒的振荡运动、颗粒的对流加热、颗粒的辐射加热、煤浆蒸发与颗粒中挥发分的析出、挥发产物的气相反应、煤焦的多相反应、灰渣的形成等。 通过实验室对气化炉的大型冷模、小型热模、雾化性能以及合成气初步净化研究，并在鲁南化肥厂进行中试，中试装置采用集散控制系统，研究结果表明该设备生产运行平稳、安全，工艺先进；在相同的煤种与煤浆浓度条件下，中试装置比鲁南化肥厂引进的Texaco装置有效气(CO+H2)体积分数高1.5％～2.0％；碳转化率高2.0％～3.0％；节省氧气2.0％～7.0％；有效气成分、碳转化率、比氧耗、比煤耗等技术指标均有明显提高。 2 工业化实践 2.1 应用概况
多喷嘴气化装置灰水处理工段运行问题探讨 步建军 (江苏索普集团公司，江苏镇江212006) 摘要：重点阐述了灰水处理系统运行以来出现的一些问题，并对问题进行了分析，从工艺优化及设备操作方面提出了一系列的改进方法与措施。 关键词：气化炉，多喷嘴，灰水处理，运行问题 1. 前言 多喷嘴对置式水煤浆气化技术由华东理工大学和兖矿集团有限公司共同开发，于2006年1月8日通过中国石化协会组织的专家鉴定，具有完全自主知识产权，已实现产业化，可以与国际任何先进煤气化技术相竞争。 江苏索普(集团)有限公司日处理1500吨煤的多喷嘴对置式新型气化炉装置，与引进的GE水煤浆气化装置相比，最大的区别之一在于闪蒸-灰水处理系统上：多喷嘴的第一级闪蒸系统蒸发热水塔采用直接换热方案回收黑水余热，热传递效率高，闪蒸汽大多数在上塔被冷却回到系统；GE采用的是间接换热方案回收黑水余热，换热器易结垢堵塞。多喷嘴对置式新型气化炉装置自2009年9月在索普投料运行至今，灰水处理系统总体运行平稳，但也暴露了一些问题，对气化装置的长周期运行存在影响。 图1 多喷嘴气化灰水处理工序示意流程图 1-蒸发热水塔；2-低压闪蒸罐；3-真空闪蒸罐；4-澄清槽；5-灰水槽
2. 灰水处理工序工艺流程简述 灰水处理工序的作用是将多喷嘴对置式气化及煤气初步净化工序产生的黑水所含的固体和溶解的气体分离出来，并将黑水所含的热量加以回收。 来自气化炉洗涤冷却室、旋风分离器及水洗塔底部的黑水，分别经过减压送入蒸发热水塔下部蒸发室。蒸发热水塔蒸发室中，一部分水蒸发为蒸汽，连同少量溶解气体，进入蒸发热水塔上部热水室，与低压灰水泵来的灰水直接接触，加热灰水，自身大部分冷凝。热水室的热水流入高温热水罐，经高温热水泵进入水洗塔中部。热水室未冷凝的蒸汽经换热、冷凝、分离后，气相至火炬放空，冷凝液进入灰水槽。蒸发热水塔蒸发室底部被浓缩的黑水经液位调节由底侧部排出，进入低压闪蒸罐。黑水被再次减压，产生的低压蒸汽送往脱氧槽，黑水进入真空闪蒸罐。来自渣池的含渣水经渣池泵也送入真空闪蒸罐。真空闪蒸罐内进行真空闪蒸，大量溶解的气体释放出来，黑水进一步浓缩，含固量增大，温度进一步降低。真空闪蒸汽经换热、冷凝、分离，出分离器顶部的不凝性气体，送往水环式真空泵。真空闪蒸罐底部的黑水经液位控制泵送至静态混合器，与絮凝剂混合后流入澄清槽。澄清槽上部设置一台缓慢转动的刮渣机，将沉降的固体推到澄清槽底部出口，澄清槽上部澄清水溢流至灰水槽。为了防止管道和设备结垢，在灰水槽中加入分散剂，再分别经低压灰水泵和锁斗冲洗水/废水泵，送至蒸发热水塔和锁斗冲洗水罐、渣池、废水处理使用。澄清槽底部的细渣和水经澄清槽底流泵，送往压滤机处理，滤饼送出界区外，滤液进入研磨水槽。 3. 运行过程中出现的问题 3.1 闪蒸系统各角阀磨损严重(LV1304、LV1306、LV1307、PV1304、PV1305、PV1306及阀后放大筒和底板) 气化装置运行1600h后停车，检查时发现气化炉至蒸发热水塔黑水压力调节阀PV1304缓冲罐底部冲击盲板磨损严重，表面的碳化钨涂层几乎完全剥落，在缓冲罐根部有约10cm高的环带，表面碳化钨涂层被冲击成蜂窝状的小坑。这种情况在其他引进水煤浆加压气化装置的厂家也很普遍。 分析其原因主要有：(1) 黑水经过PV1304减压后，节流后的黑水以很高的速