多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和對(duì)引進(jìn)煤氣化技術(shù)的剖析

1、多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和對(duì)引進(jìn)煤氣化技術(shù)的剖析于廣鎖1，周志杰1,劉海峰1，王亦飛1,王輔臣1，龔欣1,于遵宏1，孫卓慶2,楊樹(shù)青2,祝慶瑞2，朱敏2,孫永奎2（ 1.華東理工大學(xué)，上海200237兗礦國(guó)泰化工有限公司，山東滕州277527）2006-01-11摘 要闡述了多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的工藝特點(diǎn)，介紹了該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用于兗礦國(guó)泰化工有限公司、山東華魯恒升化工股份有限公司的運(yùn)行狀況。并剖析了引進(jìn)煤氣化技術(shù)的特點(diǎn)和存在的問(wèn)題。隨著多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將扭轉(zhuǎn)我國(guó)煤氣化 技術(shù)長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的局面。關(guān)鍵詞煤氣化；水煤漿；多噴嘴對(duì)置式；氣流床煤炭氣化，即在一定

2、溫度、壓力條件下利用氣化劑（02、H2O或CQ）與煤炭反應(yīng)生成潔凈合成氣（CO HL的混合物），是對(duì)煤炭進(jìn)行化學(xué)加工的一個(gè)重要方法，是實(shí)現(xiàn)煤炭潔凈利用的關(guān)鍵。氣流床煤氣化技術(shù)代表著發(fā)展趨勢(shì)，是現(xiàn)在最清潔的煤利用技術(shù)之一，主要包括：以水煤漿為原料的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)、GE（Texaco）氣化技術(shù)、Global E-Gas氣化技術(shù)，以干粉煤為原料的Shell氣化技術(shù)、Prenflo氣化技術(shù)、GSP氣化技術(shù)。煤氣化技術(shù)是發(fā)展煤基化學(xué)品（氨、甲醇、二甲醚等）、煤基液體燃料、先進(jìn)的IGCC發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫、燃料電池等過(guò)程工業(yè)的基礎(chǔ)，是這些行業(yè)的共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和龍頭技術(shù)。據(jù)專(zhuān)家估計(jì)，我國(guó)

3、“十一五”末期年氣化用煤估計(jì)約1X108t。以煤間接液化為例，規(guī)模為5Mt/a的生產(chǎn)裝置，氣化用煤在 2225Mt/a。國(guó)內(nèi)在建的甲醇裝置、合成氨裝置、煤制油裝置和處于籌建中的煤制烯烴裝置、煤制油裝置、甲醇裝置等，已展現(xiàn)了對(duì)煤氣化技術(shù)的強(qiáng)勁需求?！熬盼濉逼陂g華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國(guó)天辰化學(xué)工程公司承擔(dān)了國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)課題“新型（多噴嘴對(duì)置）水煤漿氣化爐開(kāi)發(fā)”，進(jìn)行了多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐的中試研究。有關(guān)部門(mén)組織的鑒定和驗(yàn)收認(rèn)為“填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白”和“國(guó)際領(lǐng)先”?！笆濉逼陂g多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)示范階段?！靶滦退簼{氣化技術(shù)”已獲“十五”國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863

4、計(jì)劃）立項(xiàng)，由兗礦集團(tuán)有限公司、華東理工大學(xué)承擔(dān)，在兗礦國(guó)泰化工有限公司建設(shè)多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐及配套工程，進(jìn)行多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的工業(yè)示范。在國(guó)家發(fā)改委的支持下，山東華魯恒升化工股份有限公司大氮肥國(guó)產(chǎn)化工程建設(shè)一臺(tái)多噴嘴對(duì)置式水煤漿 氣化爐（6.5MPa，日處理煤750t）。現(xiàn)兩套多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化工業(yè)示范裝置均已進(jìn)入正常工業(yè)運(yùn)行。1多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化過(guò)程及特點(diǎn)水煤漿氣化壓力為3.06.5MPa，溫度約1300C。在此高溫下化學(xué)反應(yīng)速率相對(duì)較快，而氣化過(guò)程速率為傳遞過(guò)程控制。為此，采取的技術(shù)對(duì)策是：通過(guò)噴嘴配置、優(yōu)化爐型結(jié)構(gòu)及尺寸，在爐內(nèi)形成撞擊流，以強(qiáng)化混合（熱質(zhì)傳遞）

5、過(guò)程并形成合理的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到良好的工藝與工程效果：有效氣成分高、碳轉(zhuǎn)化率高、耐火磚壽命長(zhǎng)。1.1氣化過(guò)程及技術(shù)特點(diǎn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化示范裝置的技術(shù)特點(diǎn)是：多噴嘴對(duì)置的水煤漿氣流床氣化爐及復(fù)合床煤氣洗滌冷卻設(shè)備；分級(jí)凈化的煤氣初步凈化工藝；蒸發(fā)分離直接換熱式含渣水處理及熱回收工藝。也応 MB AU化叢般p罰血凈化r-|圖1多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)工藝流程1 磨煤機(jī)；2煤漿槽；3 多噴嘴對(duì)置式氣化爐；4 鎖斗；5水洗塔；6蒸發(fā)熱水塔；7真空閃蒸器；8 澄清槽；9 灰水槽(1) 多噴嘴對(duì)置式氣化及煤氣初步凈化煤漿經(jīng)隔膜泵加壓，通過(guò)四個(gè)對(duì)稱(chēng)布置在氣化爐氣化室中上部同一水平

6、面的工藝噴嘴，與氧氣一起對(duì)噴進(jìn)入氣化爐。對(duì)置氣化爐的 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)由射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)和管流區(qū)組成。煤漿顆粒在氣化爐內(nèi)的氣化過(guò)程經(jīng)歷以下步驟：顆粒的湍流彌散、顆粒的振蕩運(yùn)動(dòng)、顆粒的對(duì)流加熱、顆粒的輻射加熱、煤漿蒸發(fā) 與顆粒中揮發(fā)分的析岀、揮發(fā)產(chǎn)物的氣相反應(yīng)、煤焦的多相反應(yīng)、灰渣的形成等。氣化反應(yīng)是串并聯(lián)反應(yīng)同時(shí)存在的極為復(fù)雜的反應(yīng)體系，可分為一次反應(yīng)與二次反應(yīng)： 一次反應(yīng)區(qū)(燃燒區(qū))進(jìn)入該區(qū)的反應(yīng)物有工藝氧、煤漿以及回流流股和折返流流股中CO HL等。水煤漿入爐后，首先進(jìn)行霧化，同時(shí)接受來(lái)自火焰、爐內(nèi)壁、高溫氣體、固體物等的輻射熱，以及回流流股及折返流流股的熱量。煤漿瞬間蒸

7、發(fā)，煤粉發(fā)生熱裂解并釋放岀揮發(fā)分。裂解產(chǎn)物、 揮發(fā)分及其他易燃組分在高溫、高氧濃度下迅速完全燃燒，放岀大量熱。這個(gè)過(guò)程耗時(shí)相當(dāng)短，主要發(fā)生在射流區(qū)與撞擊區(qū)中，其結(jié)束的 標(biāo)志是氧消耗殆盡。 二次反應(yīng)區(qū)進(jìn)入二次反應(yīng)區(qū)的組分有煤焦、CQ、CH、H2O以及CO HL等組分。這里主要進(jìn)行的是煤焦、CH等與H2O CQ發(fā)生的氣化反應(yīng)，生成CO和H2。這是有效氣的重要來(lái)源。二次反應(yīng)主要發(fā)生在管流區(qū)。 一次與二次反應(yīng)共存區(qū)多噴嘴對(duì)置氣化爐中射流區(qū)與撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)共存，不時(shí)進(jìn)行質(zhì)量交換，再加湍流的隨機(jī)性，射流區(qū)的反應(yīng) 組分及產(chǎn)物都有可能進(jìn)入撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)，導(dǎo)致這些區(qū)域既進(jìn)

8、行一次反應(yīng)，也進(jìn)行二次反應(yīng)。岀氣化室?jiàn)A帶熔融態(tài)灰渣的高溫合成氣，在復(fù)合床結(jié)構(gòu)的洗滌冷卻室內(nèi)完成合成氣的洗滌冷卻和熔渣的初步分離。采用混合器、旋風(fēng)分離器和水洗塔相結(jié)合的節(jié)能高效煤氣初步凈化系統(tǒng)，使煤氣中灰、渣的含量降到最低，并且減少壓力損失。(2) 含渣水的處理氣化爐及煤氣初步凈化系統(tǒng)來(lái)的含渣水分別減壓后導(dǎo)入含渣水處理系統(tǒng)，含渣水首先進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室。蒸發(fā)室內(nèi)含渣水大量 汽化，溶解在水中的酸性氣體一起解吸。蒸發(fā)室產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入熱水室與循環(huán)灰水直接接觸換熱，使灰水得到最大程度的升溫。蒸發(fā)室底 部增濃的液相再進(jìn)行真空閃蒸，進(jìn)一步降低含渣水溫度和濃縮渣，將酸性氣體完全解吸。1.2與引進(jìn)水煤漿氣化技

9、術(shù)的區(qū)別 弓I進(jìn)水煤漿氣化技術(shù)為單噴嘴，流場(chǎng)為受限射流，停留時(shí)間分布寬，碳轉(zhuǎn)化率低，射流以較大速度沖刷耐火磚。多噴嘴對(duì)置式 水煤漿氣化技術(shù)采用撞擊流，旨在加強(qiáng)混合，強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞。實(shí)踐證明氣化效果優(yōu)于引進(jìn)水煤漿氣化技術(shù)。（2）引進(jìn)水煤漿氣化技術(shù)采用文氏管與篩板塔組合初步凈化煤氣，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)采用混合器、分離器、泡罩塔組合 方案，采用“分級(jí)”凈化，屬高效、節(jié)能型凈化工藝。（3）引進(jìn)水煤漿氣化技術(shù)采用間接換熱方案回收黑水余熱，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)采用直接換熱方案回收黑水熱量，有利于 解決換熱器結(jié)垢堵塞問(wèn)題，提高熱傳遞效率。（4）具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)專(zhuān)利費(fèi)將

10、比引進(jìn)技術(shù)大大降低，僅為引進(jìn)技術(shù)的 1/3 左右。2 建于兗礦魯南的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化工業(yè)裝置 兗礦集團(tuán)有限公司、 華東理工大學(xué)共同承擔(dān)“十五”國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 （863 計(jì)劃 ）重大課題“新型水煤漿氣化技術(shù)”的研究， 在山東魯南 （ 兗礦國(guó)泰化工有限公司 ）建設(shè)多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)工業(yè)裝置及配套工程，總投資16 億元，采用兩臺(tái)日處理 1150t 煤多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐（4.0MPa）配套生產(chǎn)240kt/a甲醇、聯(lián)產(chǎn)71.8MW發(fā)電，進(jìn)行多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的工業(yè)示范?？辗盅b置由 中國(guó)華陸工程公司設(shè)計(jì)，氣化裝置由中國(guó)天辰化學(xué)工程公司設(shè)計(jì)。示范裝置于2003年 5月 1

11、 日正式開(kāi)工建設(shè)，由中國(guó)化學(xué)工程第三建設(shè)公司負(fù)責(zé)氣化裝置、空分裝置的建設(shè)。氣化爐由哈爾濱鍋爐廠制造，耐火磚由洛陽(yáng)耐火材料研究院高耐廠、新鄉(xiāng)耐火材料廠生產(chǎn)，60km3/h 空分裝置由杭氧液空有限公司生產(chǎn)。該氣化裝置于 2005 年 7 月 21 日一次投料成功，一次打通整個(gè)工藝流程，并按計(jì)劃完成 80h 連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。在空分裝置具備條件 正式投運(yùn)后，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置于2005年 10月 16日13:08 投料成功， 10月 17 日1:52 打通全部工藝流程，生產(chǎn)出甲醇。至今（2005年11月25日）B#氣化裝置累計(jì)運(yùn)行約1000h，運(yùn)轉(zhuǎn)率約90%運(yùn)行期間由于其他系統(tǒng)的問(wèn)題，氣化裝置

12、共進(jìn)行了十余次開(kāi)停車(chē)，并進(jìn) 行多次連投，均未出現(xiàn)任何異常。A*氣化裝置也于近期投入運(yùn)行。工業(yè)運(yùn)行證實(shí)，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：裝置開(kāi)車(chē)方便、操作靈活、負(fù)荷增減自如，操作的方便程度優(yōu)于引進(jìn)的水煤漿氣化裝置；自動(dòng)化程度高，全部采用集散控制系統(tǒng)（DCS）控制，特別是氧煤比投自動(dòng)串級(jí)控制，氣化爐操作簡(jiǎn)單方便；整個(gè)氣化系統(tǒng)運(yùn)行狀況穩(wěn)定；工藝技術(shù)指標(biāo)極為先進(jìn)；洗滌冷卻室液位可控，無(wú)帶水帶灰現(xiàn) 象發(fā)生；合成氣中細(xì)灰含量低；含渣水系統(tǒng)熱回收效率高，灰水溫度得到最大程度提高。該氣化裝置當(dāng)前正處于正常工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)中。2005年11月30日，在一對(duì)燒嘴運(yùn)行、系統(tǒng)壓力3.0MPa的條件下，A*氣化裝置成功

13、地進(jìn)行了另一對(duì)燒嘴的帶壓連投，這極大豐富了多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的操作經(jīng)驗(yàn)，為提高整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性、連續(xù)性等奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 兗礦國(guó)泰的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置以北宿精煤為原料，基于對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行的分析，初步統(tǒng)計(jì)的工藝技術(shù)指標(biāo)為：煤漿流量 （ 總 ）46m3/h煤漿濃度61.9%氧氣流量 （ 總 ）23100m3/h操作壓力3.6MPa操作溫度1260C有效氣 (CO+H2)84%渣中含碳量5%碳轉(zhuǎn)化率 98%有效氣 （CO+H2） 比氧耗365m3/km 3有效氣 （CO+H2） 比煤耗545kg /km3 在山東華魯恒升的應(yīng)用通過(guò)專(zhuān)利實(shí)施許可的方式，并在國(guó)家發(fā)改委“十五”重大技術(shù)

14、裝備研制項(xiàng)目的支持下，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)應(yīng)用于山東華魯恒升化工股份有限公司大氮肥國(guó)產(chǎn)化工程，建設(shè)了一臺(tái)多噴嘴撞擊流氣化裝置（6.5MPa，處理煤750t /d）。圖1為該氣化爐燒嘴平臺(tái)。氣化裝置由中國(guó)華陸工程公司設(shè)計(jì)，氣化爐由哈爾濱鍋爐廠制造，噴嘴由航天部十一所（北京）制造，耐火磚由新鄉(xiāng)耐火材料廠生產(chǎn)。裝置于2004年底建成，并于2004年12月1日一次投料成功圖2多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐的燒嘴平臺(tái)(山東華魯恒升化工股份有限公司)經(jīng)過(guò)調(diào)整和優(yōu)化，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐于2005年6月初正式投入運(yùn)行。優(yōu)化后的首次運(yùn)行為 2005年6月2日7:40至2005年6月5日15:45，該氣化爐

15、在連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn) 80h后計(jì)劃停車(chē)。自2005年6月初正式投入運(yùn)行至今(2005年11月25日)，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置已進(jìn)行多次投料，其中也進(jìn)行了多次連投。導(dǎo)致停車(chē)的因素均與氣化工藝本身無(wú)關(guān)，主要為斷電、前系統(tǒng)動(dòng)設(shè)備故障、儀表空氣壓力低、計(jì)劃停車(chē)等。該氣化裝置當(dāng)前正處于正常工 業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)中。基于對(duì)運(yùn)行狀況的分析，可以得岀以下結(jié)論。(1) 優(yōu)化后多噴嘴對(duì)置式氣化爐已累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)2000h以上(截至11月25日)，已經(jīng)歷了較長(zhǎng)生產(chǎn)周期的考核。最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間488h。(2) 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐開(kāi)、停車(chē)方便，簡(jiǎn)單易行，不存在任何問(wèn)題。在正常運(yùn)行過(guò)程中，氣化爐運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)異常情況， 運(yùn)行情況良好。(3)

16、 運(yùn)行80h計(jì)劃停車(chē)后，進(jìn)爐檢查發(fā)現(xiàn)：爐內(nèi)情況良好，燒嘴室無(wú)燒損痕跡，燒嘴室向火面磚完好；整個(gè)向火面耐火磚無(wú)任何異 常情況；耐火磚挺拔如初，棱角分明，掛渣均勻；爐內(nèi)情況表明，不存在火焰燒損對(duì)側(cè)耐火磚的情況；爐內(nèi)構(gòu)件良好，激冷環(huán)、下降管、破泡條等均完好無(wú)損；各個(gè)工藝燒嘴完好，無(wú)任何磨損、燒蝕情況。2005年7月2日拆檢發(fā)現(xiàn)，四個(gè)工藝燒嘴無(wú)任何異常，燒嘴室狀況良好。2005年11月下旬入爐檢查，爐內(nèi)耐火磚狀況良好。 運(yùn)行實(shí)踐證實(shí)，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐早期出現(xiàn)的問(wèn)題已得到根本克服和解決， 工程上不存在問(wèn)題。據(jù)此，完全有理由相信，爐內(nèi)耐火磚將有理想的使用壽命。(4) 在工藝指標(biāo)方面，多噴嘴對(duì)置式氣

17、化爐展現(xiàn)了較大優(yōu)勢(shì)。6月22日7月1日的運(yùn)行工藝指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值如下。多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐操作負(fù)荷30.5m3/h。多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐有效氣比煤耗581.34kg /km3，單噴嘴頂置式氣化爐比煤耗630.80kg /km3，降低約8.5%。考慮到多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐的碳洗塔出口溫度平均比單噴嘴頂置式氣化爐約低4.04 C,比煤耗實(shí)際上應(yīng)更低。多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐合成氣中有效氣(CO+H)含量約為83.51%，單噴嘴頂置式氣化爐約 83.05%。多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐中的H含量呈現(xiàn)普遍高于單噴嘴頂置式氣化爐的趨勢(shì)，平均約高1個(gè)百分點(diǎn)左右。H含量高是水蒸氣分解率高的結(jié)果，意味著發(fā)氣

18、量大，印證了比煤耗降低的結(jié)論。灰渣中殘?zhí)己考s為 2.21%，表明碳轉(zhuǎn)化率應(yīng)大于 98%在提高操作負(fù)荷和裝置生產(chǎn)能力方面，多噴嘴對(duì)置式氣化爐有很大的潛力，這是源于其撞擊流的技術(shù)原理和先進(jìn)的工藝技術(shù)。4 對(duì)引進(jìn)煤氣化技術(shù)的剖析我國(guó)自上世紀(jì)80年代就開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外的煤氣化技術(shù)，包括早期引進(jìn)的Lurgi固定床氣化、U-gas流化床氣化、Texaco氣流床水煤漿氣化，以及近期新一輪引進(jìn)和擬引進(jìn)的BGL固定床氣化、Shell氣流床粉煤氣化、GSP氣流床粉煤氣化和仍處于強(qiáng)勁引進(jìn)勢(shì)頭中的Texaco氣流床水煤漿氣化等。世界上所有的氣化技術(shù)在我國(guó)幾乎都有應(yīng)用，世界上也只有我國(guó)使用如此眾多種類(lèi)的煤氣化技術(shù)。據(jù)不完

19、全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)引進(jìn)的煤氣化裝置每天消耗煤量約58000 t，主要包括：引進(jìn)Texaco水煤漿氣化技術(shù)的廠家約有11家（如山東魯南、上海焦化、陜西渭河、安徽淮南、黑龍江伊春、江蘇金陵、江蘇南化、陜西神木、山東鄒城、陜西榆林等） ，正洽談的有數(shù)家，煤氣化裝置的處理煤量總規(guī)模約 28000t/d ；引進(jìn) Shell 粉煤氣化技術(shù)的廠家約有 12家（如湖南岳陽(yáng)、湖北枝江、安徽安慶、湖北應(yīng)城、廣西柳 州、云南安寧、云南曲靖、河南永城、河南中原大化、河南開(kāi)洋化工、神華煤制油等） ，煤氣化裝置的處理煤量總規(guī)模約 23000t/d ；引進(jìn)加壓Lurgi煤氣化技術(shù)（山西天脊）的處理煤量規(guī)模約2000 t/d ;處

20、于引進(jìn)中的GSP粉煤氣化技術(shù)的處理煤量總規(guī)模約5000 t/d 。據(jù)此估算，引進(jìn)煤氣化技術(shù)的專(zhuān)利實(shí)施許可費(fèi)約 2 億多美元，花費(fèi)了我國(guó)巨額外匯。這還不包括昂貴的專(zhuān)有設(shè)備費(fèi)和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)費(fèi)等。據(jù)估計(jì)，專(zhuān) 有設(shè)備耗費(fèi)外匯也高達(dá)數(shù)億美元。另外需要特別指出的是，對(duì)帶廢鍋流程粉煤氣化技術(shù)的引進(jìn)帶有很大的盲目性，在尚未有一套該類(lèi)氣化裝置開(kāi)車(chē)的情況下，卻連續(xù) 引進(jìn)了十余套。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)必然會(huì)經(jīng)歷一段消化吸收與實(shí)踐摸索的過(guò)程，為此肯定要付出一定的代價(jià)，實(shí)際上昂貴的 投資已讓相關(guān)廠家難以承受。煤氣化技術(shù)早期的引進(jìn)，的確對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了推動(dòng)作用，但引進(jìn)的煤氣化技術(shù)并不都是完善的技術(shù)，使我國(guó)成

21、為了國(guó)外氣化技術(shù)的試驗(yàn)場(chǎng)，讓我們付出了很大的代價(jià)。例如投資數(shù)億元建于上海的世界上唯一具有工業(yè)規(guī)模的U-gas引進(jìn)氣化裝置已于 2003年退出歷史舞臺(tái)。引進(jìn)的其他氣化技術(shù)存在如下諸多問(wèn)題。十多年的生產(chǎn)實(shí)踐表明，引進(jìn)的水煤漿氣化技術(shù)不足之處在于：氣化噴嘴壽命較短;氣化效率有待進(jìn)一步提高;不適于大型化;黑 水系統(tǒng)結(jié)垢影響長(zhǎng)周期運(yùn)行;氣化爐帶水限制了操作負(fù)荷的提高等。引進(jìn)的帶廢鍋流程的氣化技術(shù)有更多的弊端：氣化爐及廢熱鍋爐結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，加工難度大，主要設(shè)備全部依賴(lài)進(jìn)口，投資遠(yuǎn)大于水煤漿氣化技術(shù)；投資過(guò)高導(dǎo)致無(wú)法備爐，這也是今后生產(chǎn)廠家即將面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題；由于技術(shù)原因，氣化壓力不超過(guò)4.0MPa,這無(wú)法

22、滿足等壓生產(chǎn)甲醇的要求;除塵用陶瓷過(guò)濾器需每年更換，每次費(fèi)用約500萬(wàn)元;該技術(shù)目前世界上僅有一套，而且是用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，尚無(wú)生產(chǎn)合成氣的經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)沒(méi)有技術(shù)支撐；國(guó)內(nèi)引進(jìn)該技術(shù)的企業(yè)均為生產(chǎn)合成氨與甲醇等化工產(chǎn)品，采用廢熱鍋爐流程明顯不合理。原定 2004年開(kāi)車(chē)的企業(yè)由于諸多原因現(xiàn)已推遲到 2006 年。擬引進(jìn)的另一粉煤進(jìn)料氣流床加壓氣化技術(shù)自 1989年至 2002年其擁有權(quán)頻繁變動(dòng)過(guò)三次，這勢(shì)必影響該技術(shù)的完善與發(fā)展。唯一 一套氣化煤粉的黑水泵廠工業(yè)氣化裝置于 15年前就不再氣化煤粉了，應(yīng)該說(shuō)，技術(shù)擁有者近期對(duì)此技術(shù)的研究較少。另外，該技術(shù)氣化爐 的結(jié)構(gòu)尺寸也比較特別，高徑比僅為1.75

23、1.83（同類(lèi)型氣化爐為34），這樣導(dǎo)致物料平均停留時(shí)間偏短，停留時(shí)間分布過(guò)寬，短路出爐的物料量可能大，勢(shì)必影響碳的轉(zhuǎn)化率。而且其單噴嘴也不適于大型化?；茨厦涸诘聡?guó)5MW中試氣化爐上的試燒情況如下：下渣口易堵，氣化爐壓差易波動(dòng)；輸送煤粉的Nb量過(guò)大，合成氣中Nb含量高達(dá)15% 19%另外，該氣化技術(shù)在煤氣初步凈化工藝和渣水處理工藝方面工程經(jīng)驗(yàn)匱乏。5 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)亟待扶持 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化成功標(biāo)志著我國(guó)擁有了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)，從此告別長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口、受制于人 的時(shí)代。 相對(duì)引進(jìn)煤氣化技術(shù)， 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)： 與引進(jìn)的水煤漿氣化技

24、術(shù)相比， 技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)， 易于大型化 （可 日處理煤 20003000t） ；與引進(jìn)的帶廢鍋流程的氣化技術(shù)相比，工藝更加合理，設(shè)備投資大大降低。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)現(xiàn)在正處于進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵階段，需要國(guó)家各方面的大力培育和支持，使其為 我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮更大的作用。這關(guān)系著國(guó)計(jì)民生，關(guān)系著我國(guó)的能源安全。 我們呼吁國(guó)家大力支持我們自己的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的推廣應(yīng)用，希望國(guó)家鼓勵(lì)和支持企業(yè)使用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)內(nèi)技術(shù)，如在立項(xiàng)、國(guó)撥資金、銀行貸款貼息、減稅和其他的政策（如電能的上網(wǎng)）等方面給予支持，為多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)推廣創(chuàng)造優(yōu)惠條件。同時(shí)希望國(guó)家叫

25、停國(guó)外技術(shù)的重復(fù)引進(jìn)。這樣既可促進(jìn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)盡早付諸大規(guī)模應(yīng)用，并拉動(dòng)相關(guān)民族產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，又可省去巨額專(zhuān)利費(fèi) （如果至2010年新增煤氣化用煤的50%采用引進(jìn)技術(shù)的裝置氣化，則至少還需專(zhuān)利費(fèi)3億美元）。多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)及其在大氮肥國(guó)產(chǎn)化工程中的應(yīng)用于遵宏1,于廣鎖1，周志杰1,劉海峰1,王亦飛1，陳雪莉1,王輔臣1，2005-09-16煤炭氣化，即在一定溫度、壓力條件下利用氣化劑（02、HO或CO）與煤炭反應(yīng)生成潔凈合成氣（CO、H2的混合物），是對(duì)煤炭進(jìn)行化學(xué)加工的一個(gè)重要方法，是實(shí)現(xiàn)煤炭潔凈利用的關(guān)鍵。氣流床煤氣化技術(shù)代表著發(fā)展趨勢(shì)，是現(xiàn)在最清潔的煤利用技

26、術(shù)之一，主要包括：以水煤 漿為原料的GE（Texaco）、Global E-Gas氣化爐，以干粉煤為原料的Shell、Prenflo、Noell氣化爐。在新型煤化工和能源轉(zhuǎn)化技術(shù)中，煤氣化都起有重要作用，特別在我國(guó)，煤氣化同時(shí)具有作原料氣和燃料氣的市場(chǎng)需求，被廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械、建材等工業(yè)行業(yè) 和生產(chǎn)煤氣的企業(yè)，社會(huì)需求很大，近幾年內(nèi)在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面將有巨大的發(fā)展?！熬盼濉逼陂g華東理工大學(xué)、水煤漿氣化及煤化工國(guó)家工程研究中心（兗礦魯南化肥廠）、中國(guó)天辰化學(xué)工程公司承擔(dān)了國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“新型（多噴嘴對(duì)置）水煤漿氣化爐開(kāi)發(fā)”，中試裝置（日投煤 22t）的運(yùn)行結(jié)果表明在水煤漿氣化領(lǐng)域達(dá)到

27、了國(guó)際領(lǐng)先水平。通 過(guò)專(zhuān)利實(shí)施許可的方式，并在國(guó)家發(fā)改委“十五”重大技術(shù)裝備研制項(xiàng)目的支持下，四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)成功應(yīng)用于山東華魯恒 升化工股份有限公司大氮肥國(guó)產(chǎn)化工程，建設(shè)了一臺(tái)投煤750t/d、氣化壓力6.5MPa的煤氣化裝置，現(xiàn)該裝置運(yùn)行狀況良好。1 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)1.1 大型冷模研究實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。大型冷模對(duì)置氣化爐直徑 1m=采用激光多普勒三維粒子動(dòng)態(tài)分析儀（ Dual PDA）熱線風(fēng)速儀（Streamline 4）、畢托管等研究測(cè)試氣化爐內(nèi)的撞擊射流湍流速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、停留時(shí)間分布等，獲得氣化爐內(nèi)的流動(dòng)與混合規(guī)律，為氣化爐的研 究開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)

28、。流場(chǎng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，可劃分為：射流區(qū)（I）、撞擊區(qū)（II）、撞擊流股（山，上下兩股）、回流區(qū)（W,共六個(gè)）、折返流區(qū)（V）、管流區(qū)（W）。1冷模氣化爐；2噴嘴；3 鼓風(fēng)機(jī)；4流量計(jì)；5 水泵；6示蹤劑；7Dual DA測(cè)試系統(tǒng)；8 停留時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)圖1大型冷模實(shí)驗(yàn)流程圖2 四噴嘴對(duì)置氣化爐流場(chǎng)結(jié)構(gòu)1.2 小型熱模試驗(yàn)在小型熱模實(shí)驗(yàn)裝置上（如圖3示）研究了對(duì)置式熱態(tài)模式氣化爐內(nèi)的火焰特性與溫度分布，獲得操作參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)與流動(dòng)混合狀 態(tài)對(duì)氣化反應(yīng)結(jié)果及溫度分布的影響規(guī)律。1熱模氣化爐；2 噴嘴；3 貯槽；4泵；5 流量計(jì)；6氧氣 鋼瓶；7氣體質(zhì)量流量計(jì)；8冷卻室；9數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖3 熱模試驗(yàn)流程1

29、.3 霧化性能研究基于大型冷態(tài)模型（ 1500X4500mm）借助激光衍射顆粒測(cè)試儀（Malvern），以水、甘油及水煤漿為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，對(duì)不同幾何結(jié)構(gòu)與1冷模氣化爐；2噴嘴；3 Malvern測(cè)試儀；4 鼓風(fēng)機(jī)；5流量計(jì)；6泵；7 貯槽；8 過(guò)濾器；9 引風(fēng)機(jī)；10 計(jì)算機(jī)尺寸的噴嘴進(jìn)行霧化性能研究，開(kāi)發(fā)與氣化爐結(jié)構(gòu)尺寸相匹配、霧化性能優(yōu)越的氣化噴嘴（預(yù)膜式燒嘴）。實(shí)驗(yàn)流程圖如圖4所示。圖4 噴嘴霧化實(shí)驗(yàn)流程2 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化過(guò)程及特點(diǎn)水煤漿氣化壓力為3.06.5MPa,溫度約1300C。在此高溫下化學(xué)反應(yīng)速率相對(duì)較快，而氣化過(guò)程速率為傳遞過(guò)程控制。為此，采 取的技術(shù)對(duì)策是：通過(guò)噴嘴配置

30、、優(yōu)化爐型結(jié)構(gòu)及尺寸，在爐內(nèi)形成撞擊流，以強(qiáng)化混合（熱質(zhì)傳遞）過(guò)程并形成爐內(nèi)合理的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到良好的工藝與工程效果：有效氣成分高、碳轉(zhuǎn)化率高、耐火磚壽命長(zhǎng)。煤漿經(jīng)隔膜泵加壓，通過(guò)四個(gè)對(duì)稱(chēng)布置在氣化爐氣化室中上部同一水平面的工藝噴嘴，與氧氣一起對(duì)噴進(jìn)入氣化爐。對(duì)置氣化爐的 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)由射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)和管流區(qū)組成。煤漿顆粒在氣化爐內(nèi)的氣化過(guò)程經(jīng)歷了以下步驟：顆粒的湍流彌散、顆粒的振蕩運(yùn)動(dòng)、顆粒的對(duì)流加熱、顆粒的輻射加熱、煤漿蒸 發(fā)與顆粒中揮發(fā)分的析出、揮發(fā)產(chǎn)物的氣相反應(yīng)、煤焦的多相反應(yīng)、灰渣的形成等。氣化反應(yīng)是串并聯(lián)反應(yīng)同時(shí)存在的極為復(fù)雜的反應(yīng)，可分為一次反應(yīng)區(qū)與二

31、次反應(yīng)區(qū)。 一次反應(yīng)區(qū)（燃燒區(qū)）進(jìn)入該區(qū)的反應(yīng)物有工藝氧、煤漿以及回流流股和折返流流股中的CO Hb等。水煤漿入爐后，首先進(jìn)行霧化，同時(shí)接受來(lái)自火焰、爐內(nèi)壁、高溫氣體、固體物等的輻射熱，以及回流流股及折返流流股的熱量。煤漿瞬間蒸發(fā)，煤粉發(fā)生熱裂解并釋放出揮發(fā)分。裂解產(chǎn)物、 揮發(fā)分及其他易燃組分在高溫、高氧濃度下迅速完全燃燒，放出大量熱。這個(gè)過(guò)程進(jìn)行得相當(dāng)短促，主要發(fā)生在射流區(qū)與撞擊區(qū)中，其結(jié) 束的標(biāo)志是氧消耗殆盡。 二次反應(yīng)區(qū)進(jìn)入二次反應(yīng)區(qū)的組分有煤焦、CQ、CH、H2O以及CO H等組分。這時(shí)主要進(jìn)行的是煤焦、CH等與H2O CQ發(fā)生的氣化反應(yīng)，生成CO和H。這是有效氣成分的重要來(lái)源。二次反

32、應(yīng)主要發(fā)生在管流區(qū)。 一次與二次反應(yīng)共存區(qū)多噴嘴對(duì)置氣化爐中射流區(qū)與撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)共存，不時(shí)進(jìn)行質(zhì)量交換，再加湍流的隨機(jī)性，射流區(qū)的反應(yīng) 組分及產(chǎn)物都有可能進(jìn)入撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)，導(dǎo)致這些區(qū)域既進(jìn)行一次反應(yīng)，也進(jìn)行二次反應(yīng)。二次反應(yīng)以吸熱為主，致使發(fā)生二次反應(yīng)的區(qū)域溫度較低，相對(duì)地起到保護(hù)耐火磚的作用。在氣化爐中主要進(jìn)行以下化學(xué)反應(yīng)：2斗扌寺 (i- k)OQt + gHjO+kOJS+QqUSk + yQ 一iOO 十煜-k)Hj+ kH;S*Q口昭一 (|KhU + (i* 詩(shī)心kH?S r QC+GQt *2CO-QC + Q g + QC+HjO*C

33、D+H?-QC+ 2H2O 2% + g -QCH+HzO 一陽(yáng)丁 + 0O*QHj + OJtH20+00Q(HC+2Hi-Q00+ yChCQt + QHj + *Q *H|0+QCH( +2Qr 2HQ + 0QJ + uCH*i GQj *2H2 七 2(XJ- Q同時(shí)還町愜發(fā)生耳下別反應(yīng)：Na ?H; + 2C*2HCNHCN + 3H；NN, + CH(NHj*N2+ |h3C0+H.0 HCOOFiCOS+H.HjS + UU岀氣化室?jiàn)A帶熔融態(tài)灰渣的高溫合成氣，在復(fù)合床結(jié)構(gòu)的洗滌冷卻室內(nèi)完成合成氣的洗滌冷卻和熔渣的初步分離。3 在山東華魯恒升化工股份有限公司的工程化應(yīng)用通過(guò)專(zhuān)利實(shí)

34、施許可的方式，并在國(guó)家發(fā)改委“十五”重大技術(shù)裝備研制項(xiàng)目的支持下，四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)應(yīng)用于山東華魯恒升化工股份有限公司大氮肥國(guó)產(chǎn)化工程，建設(shè)了一臺(tái)多噴嘴撞擊流氣化裝置(6.5MPa，投煤750t/d)。圖5為該氣化爐燒嘴平臺(tái)。氣化裝置由中國(guó)華陸工程公司設(shè)計(jì)，氣化爐由哈爾濱鍋爐廠制造， 噴嘴由航天部十一所(北京)制造，耐火磚由新鄉(xiāng)耐火材料廠生產(chǎn)。 裝置于2004年底建成，并于2004年12月1日一次投料成功。經(jīng)過(guò)調(diào)整和優(yōu)化，四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置于2005年6月初正式投入運(yùn)行。圖5四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐的燒嘴平臺(tái)優(yōu)化后的首次運(yùn)行為2005年6月2日7:40至2005年6月5日15:

35、45，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)80h后按計(jì)劃停車(chē)。自2005年6月初正式投入運(yùn)行至今(2005年7月12日),四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置已進(jìn)行6次投料，其中2次為連投。導(dǎo)致停車(chē)的原因均與氣化裝置本身無(wú)關(guān)，主要為斷電、前系統(tǒng)動(dòng)設(shè)備故障、儀表空氣壓力低、計(jì)劃停車(chē)等。基于對(duì)運(yùn)行狀況的分析，可看岀以下幾點(diǎn)。(1) 優(yōu)化后四噴嘴對(duì)置式氣化爐已累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)500h以上(截至7月12日)，已經(jīng)歷了較長(zhǎng)生產(chǎn)周期的考核。最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間 204h(2005年6月22日2005年7月1日，扣除連投的準(zhǔn)備時(shí)間)。(2) 四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐開(kāi)、停車(chē)方便，簡(jiǎn)單易行，不存在任何問(wèn)題。在正常運(yùn)行過(guò)程中，氣化爐運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)異常情況， 運(yùn)行情況良好。(3) 運(yùn)行80h按計(jì)劃停車(chē)后，進(jìn)爐檢查發(fā)現(xiàn)：