新型多喷嘴对置式气化炉激冷室的改造1

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。

多喷嘴对置式气化技术优势介绍通过5年多的工业应用，投入运行的多喷嘴对置式水煤浆气化装置数量不断增加，运行周期不断延长，运行指标不断优化，与同类技术相比，显示出了突出的技术优势，优势如下：1、适合规模大型化根据多喷嘴对置式水煤浆气化炉结构特点，在同一水平面上布置四只喷嘴，每只喷嘴仅需分担相对较小的负荷，便可达到整炉较大的处理能力，在规模大型化方面具有明显的优势，特别是在1500吨以上的气化炉投资及运行优势突出。

单喷嘴气化炉仅有一只工艺喷嘴，在操作压力确定的情况下，加大生产能力需要增加喷嘴间隙，而较大的喷嘴间隙会影响雾化效果，造成碳转化率降低，因而提高气化负荷会受到限制。

目前国内投用的单喷嘴水煤浆加压气化炉单炉日投煤量超过1500吨的数量很少，而已运行的1500及1500以上吨级的多喷嘴气化炉已达到11台，其中单炉能力2000吨/天的气化炉有5台，另有14个装置49台（套）日处理煤量1500吨以上的气化炉在建设或运行，建设中最大的气化炉日投煤量达到2500吨。

目前单炉日投煤量3000吨的气化炉工艺软件包正在编制过程中。

2、有效气体成分（CO+H2）高，碳转化率高影响碳转化率的因素很多。

气化炉炉型确定后，气化炉的操作炉温、入炉煤浆粒度分布、工艺喷嘴的雾化效果、物料在炉内停留时间等成为主要因素，其中喷嘴的雾化效果和物料停留时间对其影响较大。

多喷嘴对置式气化炉采用预膜、外混式三通道喷嘴，三股物流射出喷嘴，煤浆的内外侧为高速流动的氧气，氧气通过高速剪切、振动等方式使煤浆实现初级雾化，初级雾化的物料再相互撞击形成二次雾化，增强了雾化效果，提高了物料在炉内停留时间，避免了部分物料从喷嘴口直接运动到渣口形成短路，增强了气化炉内介质的传质传热，有利于气化反应的进行，煤气中的有效气成份高，最高可达84%,渣中可燃物含量低，一般在〜5%以下。

而单喷嘴顶喷气化炉由于垂直下喷，物料在炉内停留时间相对较短，如煤浆颗粒较大或气化炉负荷过高（雾化不好），部分原料煤来不及完全转化便通过渣口排出燃烧室外，因此碳的转化率会相对低一些，炉渣中残碳含量会相对高些，一般在20〜30%。

世界单个最大多喷嘴对置式水煤浆气化炉投料成功9月7日，内蒙古汇能煤制天然气二期工程世界单个最大多喷嘴对置式水煤浆气化炉投料一次成功！该项目合同额3.2亿元，2019年4月21日正式开工，承建方十一化建项目部保质保量完成了气化装置主体封顶、气化炉吊装、气化装置整体一次性中交、有机污水装置中交、一次性投料成功等一系列重大节点，确保了业主最终的投料计划。

内蒙古汇能煤化工有限公司煤制天然气项目二期12亿m³/a项目气化装置，采用6.5 MPa、直径4 000 mm多喷嘴对置式水煤浆气化炉3台，其中配套煤浆制备3系列、气化3系列、煤气洗涤3系列、渣水处理3系列、灰水槽1台、澄清槽2台、真空过滤2系列，是目前世界单炉产气量最大的气化炉，是唯一一家采用水煤浆气化技术用于煤制天然气。

一期4亿m³/a单喷嘴气化装置规模单炉有效气（CO+H2）产量：100 000 m³/h，装置有效气（CO+H2）产量：200 000 m³/h，气化炉2开1备。

二期12亿m³/a多喷嘴气化装置规模单炉有效气（CO+H2）产量：247 500 m³/h，装置有效气（CO+H2）产量：495 000 m³/h，气化炉2开1备。

项目概况内蒙古汇能煤电集团公司煤制天然气项目位于内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗圣圆煤化工基地，项目以煤为原料生产合成天然气及液化天然气，是全国首家由民营企业投资建设的煤制天然气示范性项目。

项目建设共分两期：一期工程投资约70亿元，于2014年10月试车投产，4亿m³天然气全部液化；二期工程天然气液化项目（LNG）属于负荷型天然气液化工厂，项目计划投资120亿元，具体建设包括天然气净化、液化、液化天然气存储、运输以及相关配套设施，新增煤制天然气生产规模16亿m³并全部液化，处理天然气270万m³/d，2021年投产。

End。

新型气化炉工艺烧嘴损坏原因及改进措施郝守昌;闫鲁忠【摘要】介绍了新型水煤浆加压气化炉工艺烧嘴的使用情况，分析了烧嘴损坏原因，提出了改进措施，改进后使用效果较好。

【期刊名称】《石油和化工设备》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】3页(P76-78)【关键词】气化炉;工艺烧嘴;损坏原因;分析;改进【作者】郝守昌;闫鲁忠【作者单位】兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州277527;兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州277527【正文语种】中文工艺烧嘴是水煤浆气化装置的核心设备，是影响水煤浆气化炉长周期运行的主要因素之一。

新型多喷嘴对置式水煤浆加压气化炉工艺烧嘴由于安装在气化炉筒体部位，在气化炉运行过程中，烧嘴头部受到炉内高温气流冲刷、高温热辐射及合成气中硫、氢等腐蚀性气体的共同作用，在使用中出现烧嘴盘管损坏、外氧喷头龟裂、外氧管及冷却水盘管腐蚀等现象，造成非计划停车，不仅影响气化炉长周期运行，还给气化炉运行带来严重安全隐患。

1 工艺烧嘴简介水煤浆工艺烧嘴结构形式为同心三套管预膜外混形式，从里到外分别为中心氧管、煤浆管、外环氧管。

为使喷嘴免受高温影响，外氧喷头的头部（向火面）采用夹层冷却，冷却水直接进入向火面冷却室，冷却向火面金属，自冷却室出来的水流沿喷嘴旋转8周经法兰流出炉外，三个喷头均设计成缩口形式，目的是对氧气及水煤浆进行加速。

其中工艺介质氧气纯度≥99.6 %、压力为6.0 MPa，水煤浆浓度60 %、压力为4.0 MPa。

由于工艺烧嘴工作在高温、高冲刷、高腐蚀性环境中，其本体及喷头部位均采用耐高温、耐腐蚀的特种材料制做，喷头材质为Co50，本体及冷却盘管材质为Inconel600。

功能是通过烧嘴的水煤浆及氧气的再加速和充分混合，在同一水平面上向中间对喷，形成由射流区域、撞击区域、撞击流股、回流区域、折返流区域和管流区域组成的气化炉燃烧室内部流场结构。

2 工艺烧嘴损坏现象及原因分析2.1 烧嘴安装拆卸困难烧嘴安装时，烧嘴无法与烧嘴室保持水平、居中，造成烧嘴安装倾斜，烧嘴头部盘管与烧嘴室壁接触，安装困难。

科技成果——多喷嘴对置式水煤浆气化技术适用范围化工行业煤制合成气行业现状同等产量条件下常压固定床技术：比氧耗380Nm3O2/kNm3（CO+H2）；有效气成分CO+H2含量60%-70%；碳转化率78%；年消耗71万tce。

成果简介1、技术原理水煤浆、氧气进入气化室后，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，煤浆颗粒在气化炉内经过湍流弥散、振荡运动、对流加热、辐射加热、煤浆蒸发与挥发份的析出和气相反应等，最终形成以CO、H2为主的煤气及灰渣。

产生的合成气经分级净化达到后序工段的要求，同时采用直接换热式渣水处理系统。

2、关键技术多喷嘴对置式水煤浆气化技术采用四喷嘴撞击流、预膜式喷嘴，加强混合，强化热质传递。

关键技术设备包括：（1）由喷淋床与鼓泡床组成的复合床高温煤气洗涤冷却设备；（2）合成气“分级”净化。

由混合器、分离器、水洗塔组成的高效节能型煤气初步净化系统；（3）直接换热式含渣水处理系统；（4）预膜式长寿命高效气化喷嘴；（5）结构新颖的交叉流式洗涤水分布器；（6）国内首次成功实施停运气化烧嘴在线带压投料的操作技术。

3、工艺流程通过喷嘴对置、优化炉型结构及尺寸，在炉内形成撞击流，以强化混合和热质传递过程，并形成炉内合理的流场结构。

主要包括煤浆制备、输送单元，多喷嘴对置式水煤浆气化单元，煤气初步净化单元和含渣水处理单元，其中关键单元为气化、煤气初步净化和含渣水热回收。

图1 多喷嘴对置式水煤浆气化工艺流程图主要技术指标与引进的水煤浆气化技术相比，采用该技术可使比氧耗降低7.9%，比煤耗降低2.2%。

以北宿煤为原料，合成气有效气成分（CO+H2）含量84.9%，比氧耗309Nm3O2/1000Nm3（CO+H2），降低7.9%；比煤耗535kg/1000Nm3（CO+H2），降低 2.2%；碳转化率98.8%，提高2%-3%；产气率2.20Nm3/kg；有效气成分提高2%-3%；CO2含量降低2%-3%。

多喷嘴对置式煤气化技术一、背景我国能源结构的特点是富煤、缺油、少气。

我国以煤为主的能源结构和国际能源市场形势，决定了我国必须立足国情，大力发展洁净煤技术，以此支持国民经济的快速发展，缓解油品供应紧张，保障**。

煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液体燃料、IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术（如图1所示），对发展经济和保障**具有重要的战略意义。

国内在建的和处于筹建中的甲醇装置、合成氨装置、煤制油装置，已展现了对煤气化技术的强劲需求。

图1 煤气化技术重要地位简图我国自上世纪80年代开始引进国外煤气化技术，多年来一直依赖进口、受制于人。

据此估算，引进煤气化技术的专利实施许可费已高达2亿多美元，这还不包括昂贵的专有设备费和现场技术服务费等。

据估计，专有设备耗费外汇也高达数亿美元。

在国家有关部委的支持下，华东理工大学洁净煤技术研究所（煤气化教育部重点实验室）于遵宏教授带领的科研团队经过20多年的研究攻关，和兖矿集团有限公司合作，成功开发了具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，并成功地实现了产业化，在国内外产生了重大影响。

多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工艺原理如图2所示，主要包括多喷嘴对置式水煤浆气化工序、分级净化的合成气初步净化工序、直接换热式含渣水处理工序。

图2多喷嘴对置式水煤浆气化技术工艺原理简图二、技术研发历程多喷嘴对置式水煤浆气化技术是由华东理工大学洁净煤技术研究所（煤气化教育部重点实验室）于遵宏教授带领的科研团队历经“九五”、“十五”和“十一五”科技攻关开发成功。

“九五”期间，华东理工大学、鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司共同承担了国家“九五”科技攻关项目“新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉开发”，并完成了22吨煤/天规模的中试实验。

在原国家石油和化学工业局的主持下，现场考核专家组于2000年10月11日上午9时22分起对多喷嘴对置式水煤浆气化中试装置进行了现场72小时考核。

鲁化煤气化技术应用与研发作者/来源：潘荣高宪国(兖矿鲁南化肥厂，滕州木石277527) 日期：2008-12-26一、简介鲁南化肥厂建于六十年代，是全国第一批八家中型氮肥厂之一，设计年产合成氨6万吨，设计原料为焦炭，后改用无烟煤，气化技术采用固定层造气制取半水煤气。

八十年代中期我厂即开始调研洁净煤气化技术，1987年经化工部、国家计委批准，引进美国德士古水煤浆加压气化技术，建设我国第一套水煤浆加压气化装置，用于生产合成氨。

该装置是在仅引进了工艺软件包(PDP)和进口少数关键设备(煤浆泵、工艺烧嘴、关键仪表阀)以及仪表控制系统的基础上，立足国内，依托老厂，联合国内部分高等院校和化工研究院所共同开发的。

整套装置由化工部第一设计院为主进行工程设计，由四化建进行工程建设和安装。

该装置设计建有两台气化炉、一套渣水处理系统、一台煤磨机，国产化率达到90%，设计生产能力为8万吨氨/年。

装置于1993年建成，93年4月11日在德士古和贝克特公司专家的指导下A炉投料成功，同年5月12日B炉也成功地组织投料；94年元月达到了设计生产能力，94年3月完成了化工部组织的72小时满负荷考核，94年6月通过了化工部专家组的技术鉴定，并获得了化工部1994年科技进步一等奖；1995年生产运行突破了设计能力(全年生产合成氨82103吨)，获得国家科技进步一等奖。

1998年续建工程开工建设，配套生产10万吨甲醇，2000年实现了双炉运行(没有备炉)，2002年建设安装第三套气化炉，2003年6月C炉一次投料成功，并实现了第一次投料就连续运行36天的记录，2004年气化系统配套建设了第三套闪蒸，实现了三台气化炉、三套渣水处理一一对应。

目前，我厂气化装置运行工况良好，消耗在国内同类型装置中处于领先地位，气化炉运行周期不断提高，气化炉一个运行周期平均达到6000小时，2003年创造了单炉连续运行101天最长周期，2006年有两次实现了连续两个月双炉无停车；2007年初工艺烧嘴又创造出连续运行151天的记录。