水煤浆技术

水煤浆技术 水煤浆气化技术在中国的应用及其发展 1 Texaco水煤浆气化技术的引进与完善（1）

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、管理与制造经验，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。 1 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、水煤浆进料易控制安全、单炉生产能力大等特点。引进装置情况表：

地点 气化炉(台) 处理煤量(吨/天)font> 气化压力(Mpa) 产品 投产时间 技术来源 鲁南 2 350 ～3.0 氨 1987.7 Texaco专利许可证、工艺软件包;原化工部第一设计院设计

吴泾 4 1500 4.0 甲醇 1995.5 Texaco专利许可证、工艺软件包;原化工部第一设计院设计

渭河 3 1500 6.5 氨 1996.2 Texaco专利许可证日本宇部承包

淮南 3 1500 4.0 氨 2000.7

Texaco专利许可证日

本宇部承包

针对引进装置运行中出现的各类问题，国内有关专家和技术人员在实践中积极探索，完成了多项技术改造。

1.1煤种试烧

西北化工研究院、原鲁南化肥厂分别建立了日处理24-35吨煤和15吨煤、8．5MPa的Texaco水煤浆气化中试装置，并在中试装置上进行了多样煤种的试烧研究，为水煤浆气化技术在国内的成功应用打下了基础。 1.2调整煤种 鲁南化肥厂的原料煤由原设计的"七五"煤(t3，温度-1510℃)改为落陵、北宿、井亭和级索混配煤(t3，温度-1280℃)、渭河化肥厂经过实践摸索，原料煤由原设计的黄陵煤更换为华亭煤，从而实现了降低气化温度，减少氧耗，延长气化炉耐火砖使用寿命的目的。 1 Texaco水煤浆气化技术的引进与完善（2）

1.3解决有关工程技术问题 我国工程技术人员对引进装置中出现的诸如文氏管堵塞、黑水管线堵塞、气化炉激冷 环堵塞、气化炉壳体局部过热、闪蒸系统管道磨损等工程问题，采取了积极有效的技术对策，使问题得到及时解决，保证了装置长周期、稳定运行。 1.4设备国产化 水煤浆气化喷嘴已由国产喷嘴替代美国引进喷嘴，使用寿命约为2个月；气化炉用耐 火砖已由国产洛耐砖替代进口法国砖，价格比为0.5：1。另外，我国已具备以下一些设备的设计制造能力，如磨煤机、气化炉、激冷环、锁渣斗、捞渣机、高、低压煤浆泵、灰水泵、 文氏管等。兖矿鲁南化肥厂的设备国产化率达到90％以上。 总之，通过对引进技术的消化吸收，我国不仅积累了丰富的水煤浆气化技术工程经验， 掌握了先进技术的运作规律，同时在实践中不断进行技术调整与完善，进一步推动了我国水煤浆气化技术的发展。以兖矿鲁南化肥厂为例，气化装置的生产能力比设计值提高-20％，氧耗下降-10％，详见下表：

项目 单位 设计值 运行值 气化压力 Mpa 4.0 2.7-3.0 氧气流量 Nm3/h 10000 11500 氧气成份 % 99.5 99.8 煤种 - "七五" 北宿、落陵、井亭级索 煤浆浓度 固体% 63±1 65±1

气化炉负荷 m3/h(煤浆)t/h 18.6 14.6 22．0 17．6 煤气成份 - - - CO % 45.3 47．2 H2 % 35.1 35．4 CO2 % 18.53 17．3

N2+Ar % 0.14 0．1 碳转化率 % - ～96 合成气产率 Nm3/h 27262 33234 气化炉开工率 % 85 ～97 中国水煤浆技术进入产业化推广阶段 我国水煤浆技术已经进入产业化推广阶段，这对一大批为环保问题困扰的中小企业来说是一个好消息。 记者日前从"水煤浆锅炉及其应用技术暨产品发布会"上获悉，水煤浆是上个世纪80年代发展起来的一种低污染、高效率、流动性强的新型流体燃料。它是由煤炭、水和添加剂通过物理加工成的浆体燃料，具有像油一样的易于装卸储存及直接雾化燃烧的特点。 经过"六五"、"七五"期间重点科技攻关，我国的水煤浆技术已经取得突破性的进展，并进入产业化阶段。实践证明，水煤浆在锅炉和窑炉中的燃烧效率可高达95％－98％，而燃用水煤浆的运行成本仅仅占成本的1／3。 目前水煤浆已经在国内电站、钢厂、炼化等大中型企业有所应用，但限于实用型燃烧设备的技术没有及时跟进，中小企业对此应用甚少。据会议主办者介绍，目前这一难题已基本得到解决。北京天融环保设备中心开发出一套完整的水煤浆锅炉及燃烧器的设计、生产、制造技术，并通过了有关部门的专家评审。 据悉，我国现有10万吨以下的锅炉约70万台，而因烟尘排放不符合环保标准和运行效率低下，将停用、更换和改造的锅炉高达50％以上。仅在现有锅炉本体不变的情况下，改燃水煤浆，就可为国家节约数百亿元固定资产投资。 2 中国水煤浆气化技术的研究与开发

2 中国水煤浆气化技术的研究与开发 中国的水煤浆气化技术是在对引进技术吸收消化过程中发展起来的，尤其是通过"七 五"、"八五"和"九五"国家重点科技攻关，结合引进技术的工业实践，逐步形成了一套 创新的研究开发方法，建立起系统的水煤浆气化理论，成功地开发出具有中国特色的水煤 浆气化技术。

2.1水煤浆制备技术 根据中国煤种特点，中国科学院山西煤炭化学研究所从煤化学角度研究了煤炭成浆性 能的影响因素，中国矿业大学通过试验与生产实践，提出了评价烟煤成浆性难度指标的经 验公式。这些研究成果，为中国水煤浆制备技术发展提供了有益的指导。目前，中国已有 多个水煤浆用添加剂和水煤浆生产厂家。根据煤种不同，选用不同品种与系列的添加剂制 备水煤浆，气化用水煤浆浓度为60~65％。 2.2研究开发方法与气流床气化理论

水煤浆气化涉及高温、高压、非均相、流动、传递与化学反应等复杂化学物理过程， 难以在实验室中进行工业条件下的过程研究。对此，华东理工大学在化学工程与工艺相关 理论指导下，结合多年研究开发中积累的方法与经验，在对气化过程进行深刻、全面分析基础上，提出了正确把握各种影响因素间关系的层次机理模型。对复杂的气化过程进行合理分解，实现了研究课题的命题转化，开创了一套适用于研究气流床气化过程的科学研究开发方法。即在冷模装置上研究流体流动规律、雾化与混合规律；借鉴工程经验，在计算机上综合迭代的一步转化方法。 采用国际先进的三维激光多谱勒粒子动态分析仪(DualPDA)和Mafiven测粒仪，在大型冷模装置上研究气流床内流体的速度分布、浓度分布、停留时间分布、雾化粒径及其分布等，分别建立了流动与反应三区模型、速度分布、浓度分布、停留时间分布、雾化粒径及其分布等数学模型，由此形成了系统的气流床水煤浆气化理论与专利技术，为该领域的技术创新奠定了基础。

2.3新型气化喷嘴与耐磨气化喷嘴 喷嘴是水煤浆气化技术的核心。喷嘴性能好坏，将直接影响气化反应结果、耐火砖及其喷嘴自身的使用寿命。华东理工大学在多年科技攻关基础上，与原鲁南化肥厂、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心合作，研制出新型水煤浆气化喷嘴，实现了技术创新与工业应用。

新型喷嘴为内旋式喷嘴和预膜式喷嘴，其中内旋式喷嘴已获国家发明专利。1995年，新型喷嘴在原鲁南化肥厂Texaco气化装置上进行了工业试验考核。新型喷嘴各项技术指标均超过Texaco喷嘴，比Texaco喷嘴节煤～2.6％，节氧2-5％，碳转化率提高-2个百分点等，七项指标创当时生产新记录。由原化工部科技司主持的专家鉴定为：填补国内空白，形成了中国水煤浆气化技术特色，达到国际领先水平。该项目获1998年上海市科技进步一等奖，

水煤浆气化喷嘴由于受到煤浆中煤颗粒对材料的快速冲刷，喷嘴材料极易磨损，引进喷嘴的使用寿命仅为3个月，喷嘴的使用寿命直接影响着气化装置的长周期稳定运行。华东理工大学圆满完成了"九五"国家重点攻关项目《气化炉关键部件的研究与开发》，研究开发出新型耐磨水煤浆气化喷嘴。该喷嘴在兖矿鲁南化肥厂的工业应用表明，使用寿命达半年以上。

2．4新型(多喷嘴对置式)水煤浆气化炉 为了节省外汇，形成自主知识产权的煤气化技术，在原化工部科技司主持下，1996年10月原国家计委批准立项，由华东理工大学、原鲁南化肥厂、原化工部第一设计院联合承担"新型(多喷嘴对置式)水煤浆