張振華，張彥彥

(陜西未來(lái)能源化工有限公司 陜西榆林 719000)

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多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化與GE水煤漿氣化的對(duì)比

張振華，張彥彥

(陜西未來(lái)能源化工有限公司 陜西榆林 719000)

介紹了GE水煤漿氣化工藝和多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化工藝的氣化爐結(jié)構(gòu)和工藝流程，通過(guò)對(duì)比得出了2種氣化工藝間的不同。2種氣化工藝是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛、最可靠的水煤漿氣化工藝技術(shù)，其差別主要集中在流場(chǎng)、激冷方式、氣體初步凈化系統(tǒng)和渣水處理系統(tǒng)。

水煤漿氣化 氣化爐 工藝流程 對(duì)比

水煤漿氣化是以純氧和水煤漿為原料，采用氣流床反應(yīng)器，在加壓非催化條件下進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，生成含CO和H2的粗煤氣的氣化技術(shù)，其中GE水煤漿氣化工藝(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GE氣化工藝)和多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化工藝(以下簡(jiǎn)稱(chēng)多噴嘴氣化工藝)是水煤漿氣化工藝技術(shù)中最重要的2種工藝。1989年，兗礦魯南化肥廠(chǎng)最早引進(jìn)了德士古(Texaco)水煤漿氣化技術(shù)；2004年，美國(guó)通用電氣公司(GE)收購(gòu)德士古公司氣化部，德士古(Texaco)氣化技術(shù)成為GE氣化技術(shù)。多噴嘴氣化技術(shù)是國(guó)家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目；“十五”期間工業(yè)放大，即日處理千噸煤級(jí)工業(yè)示范裝置的建設(shè)和運(yùn)行(863課題)；“十一五”期間大型化，即日處理2 000 t煤級(jí)工業(yè)裝置的建設(shè)運(yùn)行(863課題)。

1 氣化爐結(jié)構(gòu)

氣化爐是氣化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，2種氣化技術(shù)的氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

(1)GE水煤漿氣化爐(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GE氣化爐)和多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐(以下簡(jiǎn)稱(chēng)多噴嘴氣化爐)都由上部的氣化室(燃燒室)和下部的洗滌冷卻室(激冷室)2個(gè)部分組成。氣化室和洗滌冷卻室的高度比基本一致，多噴嘴氣化爐的高徑比略大于GE氣化爐。多噴嘴氣化爐的氣化室筒體和洗滌冷卻室筒體直徑相同，而GE氣化爐洗滌冷卻室的筒體直徑要大于氣化室的直徑。2種氣化爐的氣化室都筑有3層耐火磚保護(hù)筒體，最里層是直接接觸熔渣和高溫氣體的向火層，為鉻鋁鋯磚，氧化鉻含量約86%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，氧化鋯含量約7%，俗稱(chēng)高鉻磚；中間層是背襯層，為鉻鋁磚，氧化鉻含量約12%，氧化鋁含量約87%，俗稱(chēng)低鉻磚；最外層是保溫層，主要是含氧化鋁的空心球磚，氧化鋁含量約98%。

(2)2種氣化爐工藝燒嘴均由中心氧通道、環(huán)氧通道和水煤漿通道組成，高溫狀態(tài)下工作的燒嘴設(shè)有冷卻水裝置，但燒嘴安裝位置、數(shù)量和燒嘴口部結(jié)構(gòu)(圖2)不同。GE氣化爐采用預(yù)混式燒嘴，單噴嘴安裝在氣化爐的正上方，燒嘴口中心氧管位置較深，水煤漿與氧氣在燒嘴中充分混合、霧化后進(jìn)入GE氣化爐燃燒室；運(yùn)行時(shí)，水煤漿與氧氣的混合物從氣化爐頂部往下噴射，形成單噴嘴受限射流場(chǎng)。多噴嘴氣化爐有4只預(yù)膜式工藝燒嘴，安裝在氣化室中上部，4只工藝燒嘴均布在同一水平面上，相鄰燒嘴軸線(xiàn)夾角為90°；燒嘴出口的氧氣流股與水煤漿流股進(jìn)行動(dòng)量交換，煤漿被霧化，混合物料發(fā)生對(duì)噴撞擊，進(jìn)而形成對(duì)噴撞擊流場(chǎng)。

圖1 2種氣化技術(shù)的氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 2種氣化技術(shù)工藝燒嘴口部結(jié)構(gòu)

(3)2種氣化爐都需熱備爐，即氣化爐開(kāi)車(chē)前需烘爐預(yù)熱。GE氣化爐的預(yù)熱燒嘴和工藝燒嘴處于同一位置，氣化爐預(yù)熱完成后，將預(yù)熱燒嘴更換為工藝燒嘴。多噴嘴氣化爐預(yù)熱燒嘴位于氣化爐的正上方，氣化爐預(yù)熱完成后直接將上部法蘭口盲死，大大節(jié)省了開(kāi)車(chē)時(shí)間。

(4)GE氣化爐洗滌冷卻室利用冷卻下降管與導(dǎo)氣管共同對(duì)氣固混合物進(jìn)行冷卻和分離，操作過(guò)程中有騰涌現(xiàn)象，煤氣易帶水和帶灰，且洗滌冷卻室液位難以控制。多噴嘴氣化爐則采用洗滌冷卻管和氣泡分割器(圖3)對(duì)氣固混合物進(jìn)行冷卻和分離，煤氣經(jīng)洗滌冷卻管下端進(jìn)入鼓泡床，床層設(shè)置的氣泡分割器共設(shè)有4層破泡條，每層由若干根截面呈三角形鋸齒狀長(zhǎng)條組成，相鄰2層破泡條相互垂直，能夠有效破除氣體沖破水浴后在上升過(guò)程中所產(chǎn)生的氣泡，運(yùn)行時(shí)無(wú)騰涌和帶水、帶灰現(xiàn)象，且液位容易控制。

圖3 多噴嘴氣化爐氣泡分割器

(5)GE氣化技術(shù)采用破渣機(jī)直接對(duì)燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的大塊爐渣進(jìn)行強(qiáng)制破碎。多噴嘴氣化技術(shù)在洗滌冷卻室的底部設(shè)置了1臺(tái)靜態(tài)破渣器，粒徑大于Φ150 mm的灰渣在重力和水的湍動(dòng)作用下沿靜態(tài)破渣器斜面向下滾動(dòng)，利用靜態(tài)破渣器的棱角和水的湍動(dòng)將灰渣破碎。

2 工藝流程

GE氣化工藝和多噴嘴氣化工藝都屬于氣流床氣化工藝，主要包括水煤漿氣化、煤氣洗滌(初步凈化)和渣水處理。GE氣化工藝流程示意見(jiàn)圖4，多噴嘴氣化工藝流程示意見(jiàn)圖5。

圖4 GE氣化工藝流程示意

圖5 多噴嘴氣化工藝流程示意

(1)GE氣化工藝中文丘里管與多噴嘴氣化工藝中混合器的結(jié)構(gòu)和作用相同，主要目的是使煤氣中夾帶的固體顆粒完全濕潤(rùn)，以便在后系統(tǒng)中能快速去除。

(2)GE氣化工藝中的碳洗塔與多噴嘴對(duì)置式氣化工藝中的水洗塔均是為了洗滌除去煤氣中的細(xì)灰，使煤氣中水氣比控制在1.4～1.6、含塵質(zhì)量濃度控制在<1 mg/m3；但兩者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)略有不同，洗滌方式也不相同。

在GE氣化工藝中，從文丘里洗滌器出來(lái)的氣液混合物進(jìn)入碳洗塔，沿下降管進(jìn)入塔底的水浴中。煤氣向上穿過(guò)水層，大部分固體顆粒沉降至塔底部與氣體分離。上升的煤氣沿下降管和導(dǎo)氣管的環(huán)隙向上穿過(guò)沖擊式塔板，與洗滌液逆向接觸，洗滌除去固體顆粒。氣體在洗滌塔頂部經(jīng)絲網(wǎng)除沫器除去夾帶的霧沫，然后離開(kāi)碳洗塔進(jìn)入變換工序。

在多噴嘴氣化工藝中，來(lái)自旋風(fēng)分離器的煤氣通過(guò)水洗塔內(nèi)部開(kāi)口向下的進(jìn)氣管進(jìn)入水洗塔，上升的煤氣經(jīng)固閥塔盤(pán)和泡罩塔盤(pán)與洗滌液逆流接觸以除去剩余的固體顆粒。氣體在水洗塔頂部經(jīng)旋流板除去夾帶的霧沫，然后離開(kāi)水洗塔進(jìn)入變換工序。

(3)多噴嘴氣化工藝在混合器和水洗塔之間設(shè)置了1臺(tái)旋風(fēng)分離器，其目的是借助離心力最大限度地除去煤氣中的液態(tài)水和細(xì)灰，使氣化爐激冷水的水質(zhì)大大提高，有利于延長(zhǎng)激冷環(huán)的使用壽命，同時(shí)降低水洗塔的洗滌負(fù)荷。GE氣化工藝中沒(méi)有類(lèi)似功能的設(shè)備。

(4)GE氣化工藝采用換熱器間接換熱回收熱量，即：閃蒸器閃蒸后的黑水經(jīng)渣水處理系統(tǒng)處理后成為灰水，返回的灰水與閃蒸的酸性氣在灰水換熱器中回收熱量，使灰水升溫。

多噴嘴氣化工藝采用蒸發(fā)熱水塔實(shí)現(xiàn)熱量回收。蒸發(fā)熱水塔由蒸發(fā)室與熱水室組成，協(xié)同完成黑水熱量的回收，使返回的灰水升溫，并通過(guò)蒸發(fā)方式回收部分黑水(蒸汽)補(bǔ)入返回的灰水中，使溶解于黑水中的酸性氣和不凝氣被脫除。

3 結(jié)語(yǔ)

作為國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛、最可靠的2種氣化工藝技術(shù)，多噴嘴氣化工藝和GE氣化工藝都采用水煤漿供料、液態(tài)排渣，氣化爐內(nèi)壁襯有多層耐火磚，水煤漿和氧氣從燒嘴高速連續(xù)噴入氣化室內(nèi)并迅速完成氣化過(guò)程。通過(guò)對(duì)2種氣化技術(shù)的氣化爐結(jié)構(gòu)和工藝流程對(duì)比，其不同點(diǎn)總結(jié)如下。

(1)氣化爐結(jié)構(gòu)及流場(chǎng)不同。GE氣化爐為單噴嘴受限射流場(chǎng)，單噴嘴工作負(fù)荷受限，霧化混合效果受限；多噴嘴氣化爐為多噴嘴撞擊流場(chǎng)，處理負(fù)荷大，霧化撞擊混合效果好。

(2)激冷方式不同。GE氣化爐激冷室采用上升管和下降管激冷方式，有騰涌和氣體帶水、帶灰現(xiàn)象；多噴嘴氣化爐采用噴淋和鼓泡復(fù)合床激冷方式，無(wú)騰涌現(xiàn)象，避免了氣體帶水、帶灰。

(3)氣體初步凈化系統(tǒng)不同。GE氣化技術(shù)采用文丘里管與碳洗塔組合的方式，細(xì)灰顆粒只在1臺(tái)塔內(nèi)洗滌，洗滌效果較差，黑水含固量高；多噴嘴氣化技術(shù)采用混合器、旋風(fēng)分離器和水洗塔組合的方式，采用先粗分、再精分的分級(jí)凈化，洗滌效果較好，黑水水質(zhì)好。

(4)渣水處理系統(tǒng)不同。GE氣化技術(shù)采用高壓閃蒸和間接換熱的工藝，換熱器容易結(jié)垢、堵灰，長(zhǎng)周期運(yùn)行后換熱效果下降；多噴嘴氣化技術(shù)采用蒸發(fā)熱水塔工藝，黑水在蒸發(fā)熱水塔內(nèi)閃蒸和直接換熱，無(wú)結(jié)垢、堵灰現(xiàn)象，換熱效果好。

Comparison of Multinozzle Opposed Coal- Water Slurry Gasification with GE Coal- Water Slurry Gasification

ZHANG Zhenhua1, ZHANG Yanyan1

(Shaanxi Future Energy Chemical Co., Ltd. Shaanxi Yulin 719000)

An introduction is made of the gasifier structures and process flows of GE coal-water slurry gasification process and multinozzle opposed coal-water slurry gasification process, by comparison, the differences of two gasification processes are obtained. The two gasification processes are the most widely used in China and the most reliable coal- water slurry gasification technologies, the differences mainly concentrate on flow field and chilling method, gas preliminary purification system and slag water treatment system.

coal- water slurry gasification gasifier process flow comparison

張振華(1982—)，男，本科，工程師，從事化工技術(shù)管理工作；zzh_cto@163.com。

TQ546.2

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2014- 04- 03)