關(guān)于水煤漿氣化技術(shù)的簡介

1、水煤漿氣化技術(shù)簡介 一、流場分布 二、氣化爐結(jié)構(gòu) 三、工藝噴嘴,多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝原理簡圖,1、流場結(jié)構(gòu)劃分,流場結(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。,射流區(qū),管流區(qū),回流區(qū),撞擊區(qū),撞擊流股,折返流區(qū),濃度60.5%的水煤漿通過煤漿給料泵加壓與高壓氧氣（純度99.6%）通過四個對稱布置在氣化爐中上部同一水平面的工藝噴嘴對噴進(jìn)入氣化爐燃燒室。,60.5%煤漿,99.6%氧氣,對噴撞擊后形成6個特征各異的流動區(qū)，即射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)和管流區(qū)。 利用煤的部分氧化釋放出熱量，維持在該煤種灰熔點(diǎn)溫度以上進(jìn)行氣化反應(yīng)。爐內(nèi)溫度1350，反應(yīng)過程非

2、常迅速，一般在410秒內(nèi)完成。,氣化爐內(nèi)的熱平衡： 煤的部分氧化放出的熱量熱 等于氣化反應(yīng)說吸收的熱量,（1）射流區(qū)： 流體從噴嘴以較高速度噴出后，由于湍流脈動，射流將逐漸減弱，直至與相鄰射流邊界相交。同時受撞擊區(qū)較高壓力的作用，射流速度衰減加快，射流擴(kuò)張角也隨之加大，此后為撞擊區(qū)。 （2）撞擊區(qū)： 當(dāng)射流邊界交匯后，在中心部位形成相向射流的劇烈碰撞運(yùn)動，該區(qū)域靜壓較高，且在撞擊區(qū)中心達(dá)到最高。此點(diǎn)即為駐點(diǎn)，射流軸線速度為零，由于相向流股的撞擊作用，射流速度沿徑向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，徑向速度（即沿設(shè)備軸向速度）逐漸增大。撞擊區(qū)內(nèi)速度脈動劇烈，湍流強(qiáng)大、混合作用好。,（3）撞擊流股： 四股流體撞擊后，流體

3、沿反應(yīng)器軸向運(yùn)動，分別在撞擊區(qū)外的上方和下方形成了流動方向相反，特征相同的兩個流股。在這個區(qū)域中，撞擊流股具有與射流相同的性質(zhì)，即流股對周邊流體也有卷吸作用，使該區(qū)域?qū)挾妊剌S向逐漸增大，軸向速度沿徑向衰減，直至軸向速度沿徑向分布平緩。 （4）回流區(qū)： 由于射流和撞擊流股都具有卷吸周邊流體的作用，故在射流區(qū)邊界和撞擊流股邊界，出現(xiàn)在回流區(qū)。,（5）折返流區(qū)： 沿反應(yīng)器軸線向上運(yùn)動的流股對拱頂形成撞擊流，近爐壁沿著軸線折返朝下運(yùn)動。 （6）管流區(qū)： 在爐膛下部，射流、射流撞擊、撞擊流股，射流撞擊壁面等特征消失，軸向速度沿徑向分布保持不變，形成管流區(qū)。,水煤漿、氧氣進(jìn)入氣化室后，相繼進(jìn)行霧化、傳熱、

4、蒸發(fā)、脫揮發(fā)份、燃燒、氣化等六個物理和化學(xué)過程，前五個過程速度較快，已基本完成，而氣化反應(yīng)除在上述五區(qū)中進(jìn)行外，主要在管流區(qū)中進(jìn)行。,2、煤漿顆粒在氣化爐內(nèi)的氣化過程,煤漿顆粒在氣化爐內(nèi)的氣化過程 經(jīng)歷了以下步驟：,顆粒的湍流彌散,顆粒的振蕩運(yùn)動,顆粒的對流加熱,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,來自火焰、爐內(nèi)壁、高溫氣體、固體物等,湍流脈動,裂解產(chǎn)物、揮發(fā)份及其他易燃組分,煤焦、CH4等與H2O、CO2,煤的熱裂解,氣化反應(yīng)是串并聯(lián)反應(yīng)同時存在的極為復(fù)雜的反應(yīng)體系，可分為一次反應(yīng)與二次反應(yīng)： 1、一次反應(yīng)區(qū)(燃燒區(qū)) 進(jìn)入該區(qū)的反應(yīng)

5、物有工藝氧、煤漿以及回流流股和折返流流股中CO、H2等。這個過程進(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。,2、二次反應(yīng)區(qū) 進(jìn)入二次反應(yīng)區(qū)的組分有煤焦、CO2、CH4、H2O以及CO、H2等組分。這時主要進(jìn)行的是煤焦、CH4等與H2O、CO2發(fā)生的氣化反應(yīng)，生成CO和H2。這是有效氣成分的重要來源。二次反應(yīng)主要發(fā)生在管流區(qū)。,想一想：進(jìn)入一次反應(yīng)區(qū)和二次反應(yīng)區(qū)的物質(zhì)組成有什么區(qū)別？,3、一次與二次反應(yīng)共存區(qū) 多噴嘴對置氣化爐中射流區(qū)與撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)共存，不時進(jìn)行物質(zhì)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)

6、、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，相對地起到保護(hù)耐火磚的作用。,3、氣化爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),在氣化爐中主要進(jìn)行以下化學(xué)反應(yīng)：,同時還可能發(fā)生 以下副反應(yīng)：,二、氣化爐結(jié)構(gòu),工業(yè)上有各種各樣的爐子如氣化爐、冶金爐、窯爐和焚燒爐等。 想一想：以上各種爐子有什么共同點(diǎn)？ 一般都具有用耐火材料包圍的爐膛，利用熱介質(zhì)或燃料燃燒產(chǎn)生的熱量將物質(zhì)（固體或流體）加熱，使?fàn)t膛內(nèi)物質(zhì)發(fā)生物理或化學(xué)變化。,氣化爐耐火材料整體可分為三部分：錐底、拱頂和筒體。耐火材料從里到外分為若干層，分別是：向火面耐火磚、絕熱層耐火磚和保溫層耐火磚。,凡是耐

7、火度不低于1580，有較好的抗熱沖擊和化學(xué)侵蝕的能力、導(dǎo)熱系數(shù)低和膨脹系數(shù)低的非金屬材料都可稱之為耐火材料。,想一想：什么是耐火材料？,耐火材料的分類 ： 耐火材料通常按耐火度、形狀尺寸、燒制方法、耐火材料基體的化學(xué)礦物質(zhì)組成等進(jìn)行分類。 （1）按耐火度分類有 普通耐火材料，耐火度為15801750； 高級耐火材料，耐火度為17502000； 特級耐火材料，耐火度為20003000。 （2）按重量、形狀和尺寸分類可分為 標(biāo)準(zhǔn)型、普通型、異型和特異型。 （3）按制造工藝方法可以分為 天然巖石鋸泥漿澆筑、可塑成型、半干壓成型、熱壓成型、搗打成型、熔鑄成型等制品。 （4）按燒制方法可以分為 不燒磚、

8、燒制磚和熔鑄磚等。,（5）按耐火材料基體的化學(xué)礦物質(zhì)組成分類,（6）按外觀形態(tài)分為定型、不定型耐火材料和耐火纖維制品。 不定型耐火材料也稱散狀耐火材料，是由合理級配的耐火骨料和粉料、結(jié)合劑或另摻外加劑等，以一定比例組成的混合物，可直接使用或加適當(dāng)?shù)囊后w混合后使用。 耐火纖維材料是一種既能耐高溫又隔熱的纖維狀耐火材料，這種材料導(dǎo)熱系數(shù)低，體積密度小，富有彈性，抗機(jī)械震動性能好。,為什么要進(jìn)行烘爐操作？ 爐襯材料含有水分，在爐墻砌筑完畢后，其水分含量很高，如果不經(jīng)烘烤直接投入使用，由于爐膛溫度很高，濕爐墻由于溫度上升過快，爐墻中的水分迅速蒸發(fā)成氣體，容易使?fàn)t墻產(chǎn)生裂縫，造成爐墻密封性能降低。,為了

9、保護(hù)爐體和延長爐子的使用壽命，對于新建爐子在投用之前或檢修后開工時，也必須按規(guī)定的烘爐曲線進(jìn)行烘爐。烘爐得當(dāng)，可提高爐子的使用壽命。 要將爐墻烘烤干燥，必須得有熱源。作為烘爐用的熱源主要有燃料油、燃料氣、熱風(fēng)、蒸汽4種，具體采用哪一種熱源應(yīng)視現(xiàn)場的條件而定，如果有氣體燃料，用氣體燃料烘爐最方便。,新安裝的爐子在設(shè)計技術(shù)文件中均應(yīng)有詳細(xì)的烘爐說明。用途不同，加熱介質(zhì)不同，操作工藝條件不同的爐子，烘爐的操作要求是不完全相同的。,三、工藝噴嘴,噴嘴也稱燒嘴,其作用是將水煤漿充分霧化。使水煤漿與氧氣均勻混合。它與氣化爐一樣也是水漿氣化工藝的核心設(shè)備。,工藝燒嘴,由圖可見，工藝燒嘴系三流通道，氧分為兩路

10、： 一路為中心氧，由中心管噴出，水煤漿由內(nèi)環(huán)道流出，并與中心氧在出燒嘴口前已預(yù)先混合。 另一路為主氧通道，在外環(huán)道燒嘴口處與煤漿和中心氧再次混合。,水煤漿未與中心氧接觸前，在環(huán)隙通道為厚達(dá)十余毫米的一圈膜，流速約2m/s。中心氧占總氧量的15%20%，流速約80m/s。環(huán)隙主氧占總氧量的80%85%，氣速約120m/s，氧氣在燒嘴入口處的壓力與爐壓之比1.21.4。,燒嘴頭部最外側(cè)為水冷夾套。冷卻水入口直抵夾套，再由纏繞在燒嘴頭部的數(shù)圈盤管引出。當(dāng)噴嘴冷卻水供應(yīng)量不足時，氣化爐會自動停車。 燒嘴的材料為Inconel600，夾套頭部材料為Haynes188，燒嘴頭部煤漿通道上都在主材表面堆焊一層Stellite6耐磨層。,工藝燒嘴主要是藉高速氧氣流的動能，將水煤漿霧化并充分混合，在爐內(nèi)形成一股有一定長度黑區(qū)的穩(wěn)定火焰，為氣化創(chuàng)造條件。 操作要點(diǎn)： 1、要控制好霧化角，防止火焰直接噴射到爐壁上，或者火焰過長，燃燒中心向出渣口方向偏移，使煤燃燒不完全。 2、水煤漿與氧氣混合的好壞，直接影響氣化效果。局部過氧，會導(dǎo)致局部超溫，對耐火內(nèi)襯不利；局部欠氧，會導(dǎo)致碳?xì)饣煌耆?，增加帶出物中碳的損失。,在正常運(yùn)行期間，燒嘴頭部煤漿通道出口處的磨損是不可避免的。當(dāng)氧煤漿通道因磨損而變寬以后，工藝指標(biāo)變差，就必須更換新的