水煤浆的雾化技术

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。

水煤浆技术介绍核心提示：水煤浆技术是煤炭清洁高效利用的关键技术之一。

关键词：水煤浆一、水煤浆技术介绍(一)推广水煤浆技术的现实意义习近平总书记在今年6月中央财经领导小组第六次会议上强调，推动能源供给革命，大力推进煤炭清洁高效利用。

国务院《2014-2015年节能减排低碳发展行动方案》提出严控煤炭消费总量，降低煤炭消费比重，加快推进煤炭清洁高效利用，在大气污染防治重点区域地级以上城市大力推广使用型煤、清洁优质煤及清洁能源，限制销售灰分高于16%、硫分高于1%的散煤。

水煤浆技术是煤炭清洁高效利用的关键技术之一。

重庆市是以煤为主要能源的城市，煤炭消费占总能耗的65%以上，其中4t/h及以上工业和中小电(热电)站燃煤锅炉耗煤量占全市煤炭消费总量的16.2%，年总耗煤量约940万吨标煤，年排放烟尘约1.4万吨、二氧化硫约2.6万吨、氮氧化物约3.8万吨，是我市煤炭消耗产生的主要大气污染源之一。

利用水煤浆技术在我市实施燃煤锅炉的高效洁净燃烧技术改造并辅以相匹配的烟气治理设施，可实现年节约标煤约84.4万吨，减排二氧化硫219.4万吨，减排烟尘约7521吨，减排二氧化硫、氮氧化物的排放总量分别为17156吨和16810吨，分别占“十二五”减排目标总量的43.8%、41.3%。

水煤浆锅炉运行成本略高于燃煤、是燃油的40%、是燃气的60%和电锅炉的27%。

重庆市能源生产和供应及消费情况表明：煤炭在我国及我市国民经济中是既排拆又依赖的基础能源，煤炭使用将长期占据主体地位。

因此，实现煤炭的清洁高效利用是满足我市当前节能减排形势和实现空气质量防治目标的迫切需求，对于促进我市能源与环境协调发展，满足我市经济快速稳定发展需要，具有重要的战略意义。

(二)国家推广水煤浆技术的相关政策国务院《节能减排“十二五”规划》第三部分第(二)条推动能效水平提高中提出，发展煤炭地下气化、脱硫、水煤浆、型煤等洁净煤技术。

国家发改委《产业结构调整指导目录(2011)》(修正)将型煤及水煤浆技术开发与应用列入煤炭行业鼓励类目录。

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。

常压富氧水煤浆气化技术我国矿物能源以煤为主，到2010年，一次能源消费结构中煤占60％左右。

大力发展洁净煤技术，高效清洁地利用我国煤炭资源，对于促进能源与环境协调发展，满足国民经济快速稳定发展需要，具有极其重要的战略意义。

煤气化作为洁净煤技术的重要组成部分，具有龙头地位。

它将廉价的煤炭转化成为清洁煤气，既可用于生产化工产品，如合成氨、甲醇、二甲醚等，还可用于煤的直接与间接液化、联合循环发电(IGCC)和以煤气化为基础的多联产等领域。

迄今为止，世界上已经商业化的IGCC大型电站，均采用气流床技术，最具有代表性的是以干煤粉为原料的Shell气化技术和以水煤浆为原料的Texaco气化技术。

Shell气化技术即将被引进中国建于洞庭，显现其碳转化率高，冷煤气效率高的优势。

相比之下，水煤浆气化技术在中国引进得早，实践时间长，研究开发工作也做得更深入。

经过十多年的实践探索，中国在水煤浆气化技术方面，积累了丰富的操作、运行、管理与制适经验，气化技术日趋成熟与完善。

经过长期科技攻关，在水煤浆气化领域，形成了完整的气化理论体系，研究开发出拥有自主知识产权，达到国际领先水平的水煤浆气化技术。

一、Texaco水煤浆气化技术的引进与完善为了充分利用我国丰富的煤炭资源发展煤化工，自80年代至今，我国相继引进了4套Texaco水煤浆气化装置，用于生产甲醇与合成氨。

该技术具有气化炉结构简单、煤种适应较广、水煤浆进料易控安全、单炉生产能力大等特点。

基础上，先实施电力、甲醇、合成气联产，以后随着经验的增加和资金改善，逐步扩大联产内容，这个起步点的选择可以成为开发大西北的一个重要内容，亦为今后更完善的多联产系统的推广起示范作用；二是在加工高硫原油的石化企业附近，建立以石油焦或是高含硫渣油为气化原料的多联产系统，以排除高硫原油炼制所带来的困难。

(5)结合我国在气化方面己取得的、具有自己知识产权的成果(中国水煤浆气化与煤化工程研究中心和上海华东理工大学合作)，联合我国在煤气化和煤化工领域的优势单位，在多联产系统方面走出自己的路子。

多喷嘴水煤浆气化技术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。

水煤浆气化技术水煤浆气化技术是一项从水煤浆中提取液体烃及其他有用物质的技术。

它利用液体烃和其他有用物质，可以提供液体烃、汽油和柴油等一系列产品。

水煤浆是指随着煤炭精细加工的发展，用水对煤炭进行加工，分离出的细小的煤粉和悬浮性的水煤浆。

水煤浆的物理和化学性质是煤炭进行生物、化学和物理加工后的残渣，它是有机物混合物，包括烃醚、脂肪、酯、烷、醚和硫等有机物及硅酸盐、氧化物和碱类物质等无机物组成。

水煤浆气化技术主要有以下几种：热气化、热裂解和加氢气化等。

气化是将水煤浆供入高温加热炉内，经过高温激发，水煤浆中的有机物质进行表面加氢反应和裂解反应，使有机物的碳氢键分解，实现有机物的气化，去除气化物中的碳，提取气态及液态烃。

热裂解是将水煤浆用高温进行热裂解，就是把有机物质分解成烃分子，通过水煤浆蒸馏可以把水分和有机分子分离，提取出有机液体烃。

加氢气化是将水煤浆和氢气混合，加热到高温，氢气会和碳元素结合在一起，形成新的碳氢分子，也就是氢化烃，提取出液态和气态烃。

此外，水煤浆气化技术的应用还有热快速气化技术、催化气化技术和其他一些配套技术，如冷凝分离技术、蒸发分离技术、湿法活性炭吸附技术、低温精分技术等。

结合水煤浆气化技术的催化剂，也可以合成出一定成份的液体烃，如柴油、润滑油、炼焦油、燃料油等，以满足市场对石油类产品的需求。

同时，水煤浆气化技术还可以制造出高价值的化工产品，如烯烃、环烃、芳香以及烧碱(Caustic)、硫酸(Sulphuric acid)、硝酸(Nitric acid)等。

水煤浆气化技术具有节能环保、兼容性强等优势，可以把原始煤炭加工出高品质的液体烃和气态烃，并具有良好的应用前景。

当前，我国正加快推进水煤浆气化技术的应用，深化煤炭加工领域气化技术的探索，以期在未来更好地满足市场需求。

总之，水煤浆气化技术是当前我国煤炭行业发展的热点，有待继续深入研究。

政府及相关部门应大力支持煤炭气化技术的发展，以提高企业的生产效率，提升煤炭加工行业发展水平。

新型水煤浆气化技术“新型水煤浆气化技术”是基于国家“九五”重点科技攻关课题“新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉中试研究”的基础上，“十五”期间，兖矿集团有限公司、华东理工大学共同承担的国家高技术研究发展计划(863计划)重大课题，于2006年1月完成了多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化研究，形成的具有我国自主知识产权的新型煤气化技术。

（一）应用领域我国煤炭资源极其丰富，以煤为原料生产油品、烯烃、甲醇、二甲醚等大宗化学品在国内掀起热潮。

其中最为关键和重要的是将煤炭洁净、高效地转化为合成气(CO+H2)，即煤的气化技术。

煤气化技术关系着国计民生，关系着我国的能源安全。

我国气化技术多年来一直依赖引进，没有自己的煤气化技术。

本成果开发成功的具有完全自主产权的、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，在水煤浆气化领域居于国际领先水平，建设的工业示范装置成功实现产业化，使我国第一次拥有了自己的大型化煤气化技术，在我国煤气化史上具有里程碑意义。

这标志着我国已拥有了完全自主知识产权的煤气化技术，完全具备了与国外气化技术竞争的实力，从此告别了长期依赖进口、受制于人的时代。

本成果作为产业化技术，应用于以水煤浆为原料制备合成气和燃料气，是发展煤基化学品(如甲醇、氨、二甲醚等)、煤基液体燃料、先进的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。

本成果属完全自主创新的技术，整套技术均具有知识产权。

创造性包括：多喷嘴对置式气流床气化炉；交叉流式洗涤水分布器；复合床高温合成气冷却洗涤设备；预膜式长寿命高效气化喷嘴；高效、节能型合成气初步净化系统；直接换热式含渣水处理系统；并已获得一系列专利。

（二）技术原理3.1 多喷嘴对置式水煤浆气化关键技术水煤浆气化压力～4.0MPa，温度～1350℃。

在此高温下化学反应速率相对较快，气化过程由～900℃的化学反应控制、～1100℃的化学反应与传递共同控制(900～1100℃为固定床、流化床的通常温度范围)跃升为传递控制，气化过程速率为传递过程控制。

水煤浆锅炉雾化燃烧原理 :水煤浆与空气经燃烧器以射流方式进入炉膛 , 通过紊流扩散的外回流风以及旋转射流或钝体稳燃器产生的内回流卷吸周围的高温烟气 , 促使煤浆气流与炽热烟气产生强烈混合 , 水分迅速蒸发 ; 同时水煤浆气流又受到炉膛四壁和高温火焰的辐射 , 而将悬浮在气流中的煤颗粒迅速加热 , 水煤浆颗粒获得了足够的热量并达到了一定的温度就开始着火燃烧。

其着火热随燃料的性质和运行工况的变化而变化 , 锅炉负荷降低时 , 炉膛平均烟温降低 , 燃烧器区域的烟温也将降低 , 这对水煤浆的着火是不利的。

所以雾化燃烧固态排渣水煤浆锅炉最低运行负荷在 50% 左右 , 否则 , 就将危及着火的稳定性 , 甚至熄火。

此燃烧方式供浆压力为 1.3MPa, 雾化蒸汽压力为 1.6MPa。

特点及优势：最大限度地吸取了燃煤和燃油锅炉的优势，即类似燃煤的锅炉运行成本，类似燃油设备的方便工作方式，解决了传统燃煤锅炉容易污染环境的问题和燃油锅炉运行成本昂贵的问题；高效环保特点：烟气含硫量、含尘量、CO、氮氧化物等环保指标均优于国家标准水煤浆锅炉热效率高，在同等热值下，大大节省了燃料的消耗量水煤浆锅炉与燃煤锅炉相比，渣量大幅度减少。

水煤浆锅炉与燃煤锅炉相比，水煤浆系密封运输，减少了燃料的占地面积。

流化悬浮燃烧水煤浆锅炉（一）水煤浆流化悬浮高效洁净燃烧锅炉工作原理：循环流化床锅炉的燃烧室下部是由石英砂和石灰石构成床料，燃烧时床料的温度在850-950℃左右，滴状水煤浆投入炽热、悬浮的流化床中，在炽热的流化床料的加热下迅速完成水分析出、挥发分析出并着火燃烧、焦碳燃烧的过程。

在流化状态下，大的水煤浆颗粒团进一步解体为细颗粒，被热烟气带出密相区进入悬浮室继续燃烧，直至完全燃尽。

燃烧室的出口设有分离回输装置，被热烟气带出的媒体物料和较大的水煤浆颗粒团，被分离器分离、捕捉，通过分离器下部设置的回输通道，返回燃烧室下部密相区；这样，既减少了媒体物料的损失，又实现了水煤浆颗粒团的循环燃烧，从而获得很高的燃尽率。