多喷嘴水煤浆气化炉介绍

多喷嘴水煤浆气化炉介绍 气化炉,水煤浆,喷嘴山东兖矿集团有限公司(水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心)与华东理工大学在消化、吸收德士古水煤浆气化技术的基础上，成功开发出具有自主知识产权的新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术。 该技术是世界上最先进的气流床煤气化技术之一，将为我国化肥行业的技术改造、煤炭液化、整体煤气化联合循环发电(IGCC)、煤基多联产技术的发展提供龙头技术和关键技术，将大大推动我国煤化工技术的发展，推进相关产业的技术进步。 1多喷嘴对置式气化炉简介 1.1气化流场 在实验室以直径1000 mm的大型冷模对置气化炉有机玻璃模型对气化炉流场进行了探讨，发现其流场可划分为射流区、撞击区、撞击流股区(上、下2股)、回流区(共6个)、折返流区和管流区，如图1所示。 研究表明，撞击区是气化炉内物流间混合最为剧烈的区域，它从以下几方面强化了气化炉内的雾化与混合过程。 (1)撞击区内氧气与煤浆的相向运动产生剪切力，促使煤浆液滴进一步破碎，完善了雾化过程。 (2)4股射流经过撞击才形成撞击流股，其轴向速度衰减明显加快，炉内流体的停留时间分布得到改善，即"短路"现象受到抑制。 (3)撞击区内产生的颗粒振荡现象，使颗粒停留时间相对延长。 (4)撞击区内速度脉动剧烈，湍流强度最大，说明混合效果最好。 1.2气化反应机理 水煤浆、氧进入气化室后，相继进行雾化、传热、蒸发、脱挥发分、燃烧和气化6个物理和化学过程，前5个过程速度较快，在1，2，3，4和5这5个流型区域中已基本完成，而气化反应除在上述5个区域中进行外，主要在管流区中进行。 煤浆颗粒在气化炉内的气化过程经历了颗粒的湍流弥散、振荡运动、对流加热、辐射加热以及煤浆蒸发与颗粒中挥发分的析出、挥发产物的气相反应、煤焦的多相反应、灰渣的形成等步骤。 该技术经鲁南化肥厂中试(采用集散控制系统)，结果表明中试装置运行平稳、安全，工艺先进;在相同的煤种与煤浆浓度条件下，与鲁南化肥厂引进的德士古装置相比，其有效气(CO+H2)体积分数提高1.5%~2.0%，碳转化率提高2%~3%，而且节省氧气2.0%~7.0%，有效气成分、碳转化率、比氧耗、比煤耗等技术指标均有明显提高。 2工业化应用 目前正在运行的多喷嘴对置式水煤浆气化炉共4台，其中山东德州华鲁恒升化工股份有限公司1台，日处理煤750 t;山东兖矿国泰化工有限公司3台，日处理煤1150 t。 2.1在华鲁恒升化工股份有限公司的应用 通过专利实施许可的方式，并在国家发改委"十五"重大技术装备研制项目的支持下，多喷嘴对置式水煤浆气化技术应用于山东华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥国产化工程，建设1台多喷嘴对置式水煤浆气化装置(6.5 MPa)，该装置于2004年12月一次投料成功，2005年6月2日正式运行，2006年3月国家组织对大氮肥国产化项目现场考核。考核结果表明，气化炉的碳转化率为99.9%，有效气体积分数达84%，渣中含碳质量分数<5%，每天比同规模的引进水煤浆气化装置多创造经济效益约5万元。 2.2在兖矿国泰化工有限公司的应用 2.2.1项目简介 "十五"期间，依据以"项目带研发，以研发促项目"的思路，兖矿集团有限公司决定建设日处理煤1150t、压力4.0MPa的多喷嘴对置式水煤浆气化炉，配套240 kt/a甲醇、71.8 MW燃气发电工程项目，总投资16亿元。这是我国第1 新型水煤浆气个煤气化多联产系统示范工程，包含了两个国家"863"，即"化技术工业示范装置"和"煤气化发电与甲醇联产系统关键技术的研发与示范"，其中前者于2003年5月1日正式开工建设，由中国化学工程第三建设公司负责气化装置、空分装置的建设。气化装置由中国天辰化学工程公司设计，气化炉由哈尔滨锅炉厂制造，耐火砖由洛阳耐火材料研究院高耐厂和新乡耐火材料厂生产;空分装置由中国华陆工程公司设计，选用60000m3/h(标态)液氧泵内压缩流程空分装置;空分装置中的空气压缩机、空气增压机采用40 MW全凝式蒸汽轮机驱动，启动平稳、运行稳定;合成装置采用国际上先进的低压甲醇合成 绝热等温甲醇合成反应器;甲醇技术，合成塔采用华东理工大学的专利技术-- 精馏采用节能型三塔流程。精馏塔内件采用规整填料;酸性气体(H2S和CO2)脱除采用NHD工艺;硫回收工艺采用Claus+SCOT硫磺回收技术。该工业示范工程于2005年12月通过了由中国石油和化学工业协会组织的现场168 h工业运行考核。 2.2.2工艺流程 煤气化发电与甲醇联产系统工业示范装置工艺流程如图2所示。 煤与水、煤浆添加剂进入煤磨机，制得质量分数60%~65%的煤浆，经煤浆给料泵加压后进入4只工艺烧嘴;来自空分装置的纯氧分4路经氧气流量调节后进入工艺烧嘴。水煤浆与氧气一同通过工艺烧嘴喷入气化炉，在气化炉内形成撞击反应区，进行部分氧化反应，生成的粗合成气以及熔渣一起向下进入气化炉激冷室，大部分熔渣在水浴中激冷固化，落入激冷室底部，通过静态破渣器后进入锁斗收集，定期排放;粗合成气在气化炉激冷室液位下鼓泡后出激冷室，进入撞击混合器及旋风分离器，再送水洗塔洗涤除尘，含尘量小于1 mg/m3(标态)的合成气分成两股，一股去燃气发电装置，一股去甲醇生产装置。用于燃气轮机/蒸汽轮机联合循环发电的水煤气经有机硫水解槽水解后送NHD脱硫系统，脱硫后的煤气进入燃气轮机发电，烟道气直接进入余热锅炉产生蒸汽，产生的蒸汽并入管网带动蒸汽轮机发电。用于甲醇生产的水煤气经耐硫变换、 NHD脱硫脱碳后，合格的合成气经压缩机压缩后进入甲醇合成反应器，甲醇合成系统压力5.0MPa。 2.2.3运行情况 多喷嘴对置新型水煤浆气化装置于2003年5月1日正式开工建设;2005年7月气化装置一次投料成功，打通工艺流程，并连续运行80 h;配套的240 kt/a甲醇装置于2005年10月15日投入运行后，很快达到设计负荷，2006年 ?h。第1年投产就已达到设计能力，表明该技生产甲醇234kt，发电2.3亿kW 术成熟可靠。现整个装置运行稳定，已全面超过设计能力，2007年前4个月累计生产甲醇99.5 kt，全年产量达300 kt。截至到2007年底，我国首台日处理煤1150t的多喷嘴对置式新型水煤浆气化炉在兖矿国泰化工有限公司实现稳定连续运行68 d，工艺烧嘴连续使用85 d，创造了该炉型连续运行时间的新纪录，且实现了带压连投技术，到目前为止，累计进行了10次带压连投操作，节省费用近700万元，国泰新建的第3台气化炉(C#炉)已于2007年9月3日投运，从目前的情况来看，拱顶加高后的效果已经体现出来:与B#炉新换拱顶砖投运初期相比，C#炉拱顶壁温普遍下降~47?，表明顶部空间耐火砖工作环境大为改善，预期能够达到良好的使用寿命。 在装置运行初期，A#和B#气化炉拱顶同时出现拱顶砖超过正常烧蚀速率的问题，经华东理工大学和兖矿集团有限公司的共同努力，在现有设备条件下，先后4次改变了拱顶耐火砖/预制块的设计，调整了工艺烧嘴的结构，并优化操作，目前工艺烧嘴的连续使用寿命达到85 d，拱顶耐火砖寿命在5000d左右，而直筒段耐火砖自2005年10月以来未更换。 充矿国泰化工有限公司多喷嘴对置式水煤浆气化装置经近两年时间的运行，运行初期出现的问题都得到了*解决。目前装置处于良好的运行状态，工艺指标先进，系统运行安全稳定，操作控制手段先进灵活，取得了良好的经济效益。多喷嘴对置式水煤浆气化技术在兖矿国泰化工有限公司的运行，表明该技术已经成熟，具备大规模市场应用的条件。 2.2.4运行特点 (1)合成气中有效气(CO+H2)的体积分数达84.9%，比单喷嘴水煤浆气化炉高出2.0%~3.0%。 (2)碳转化率达到98%~99%。单喷嘴水煤浆气化炉的渣中可燃物质量分数一般在25%~40%，而多喷嘴对置式水煤浆气化炉的渣中可燃物质量分数一般为5%~15%，平均低于10%。 (3)吨甲醇耗煤1.35 t，而采用单喷嘴水煤浆气化炉的兖矿鲁南化肥厂吨 甲醇耗煤1.45 t。 (4)多喷嘴对置式水煤浆气化炉更适合大型化。由于单喷嘴水煤浆气化炉只有1只工艺喷嘴，提高气化负荷受限制，加大烧嘴间隙则会影响雾化效果。当煤浆质量分数为59.0%、日处理煤1500t时，单喷嘴水煤浆气化炉有效气体积 以下，渣中可燃物质量分数在25%以上。 分数在80% (5)多喷嘴对置式水煤浆气化炉一对烧嘴跳车(非烧嘴自身因素跳车)时，另一对烧嘴可维持后系统生产，跳车烧嘴可进行带压连投，而单喷嘴水煤浆气化炉因只有1只工艺喷嘴，当出现跳车时，该台气化炉需从系统中退出，若系统无备炉时，就会造成整个系统的停车，开、停车损失较大。 (6)多喷嘴对置式水煤浆气化炉由于其流场与单喷嘴水煤浆气化炉有很大区别，决定了高温热电偶使用寿命较长，平均使用寿命?2个月。 (7)气体净化处理及含渣水处理工艺先进，到目前为止耐硫变换催化剂使用情况仍良好，预计再使用1年没有问题， 3发展前景 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处于国际先进水平，建设的工业示范装置成功实现产业化，使我国第-次拥有了自己的大型煤气化技术，标志着我国已完全具备了与国外气化技术竞争的实力。多喷嘴对置式水煤浆气化技术具有其独特优势，市场竞争力强，广泛适用于煤基合成气制备过程，特别适合于大型化的煤化工装置、煤基多联产系统，应用前景非常广阔。目前，正在设计、建设中的多喷嘴对置式水煤浆气化炉共计27台，另外还有多家公司有采用该技术的意向。 水煤浆市场前景确实很大。 研制、选用合适的喷嘴很重要，一方面是水煤浆对喷嘴的磨损是非常严重的，另一方面，喷嘴使用的环境非常恶劣的，内部所承受的热应力很大，在保证雾化效果的前提下，他们是怎么解决这方面的问题的呢? 水煤浆市场前景确实很大。 研制、选用合适的喷嘴很重要，一方面是水煤浆对喷嘴的磨损是非常严重的，另一方面，喷嘴使用的环境非常恶劣的，内部所承受的热应力很大，在保证雾化效果的前提下，他们是怎么解决这方面的问题的呢? 水煤浆市场前景确实很大。 研制、选用合适的喷嘴很重要，一方面是水煤浆对喷嘴的磨损是非常严重的，另一方面，喷嘴使用的环境非常恶劣的，内部所承受的热应力很大，在保证雾化效果的前提下，他们是怎么解决这方面的问题的呢? 水煤浆市场前景确实很大。 研制、选用合适的喷嘴很重要，一方面是水煤浆对喷嘴的磨损是非常严重的，另一方面，喷嘴使用的环境非常恶劣的，内部所承受的热应力很大，在保证雾化效果的前提下，他们是怎么解决这方面的问题的呢? 水煤浆市场前景确实很大。 研制、选用合适的喷嘴很重要，一方面是水煤浆对喷嘴的磨损是非常严重的，另一方面，喷嘴使用的环境非常恶劣的，内部所承受的热应力很大，在保证雾化效果的前提下，他们是怎么解决这方面的问题的呢? 水煤浆市场前景确实很大。 研制、选用合适的喷嘴很重要，一方面是水煤浆对喷嘴的磨损是非常严重的，另一方面，喷嘴使用的环境非常恶劣的，内部所承受的热应力很大，在保证雾化效果的前提下，他们是怎么解决这方面的问题的呢? 水煤浆市场前景确实很大。 研制、选用合适的喷嘴很重要，一方面是水煤浆对喷嘴的磨损是非常严重的，另一方面，喷嘴使用的环境非常恶劣的，内部所承受的热应力很大，在保证雾化效果的前提下，他们是怎么解决这方面的问题的呢? MSN空间完美搬家到新浪博客～