水煤浆技术简介

1 多喷嘴对置式水煤浆气化技术 华东理工大学洁净煤技术研究所 煤炭气化，即在一定温度、压力条件下利用气化剂(O2、H2O或 CO2)与煤炭反应生成洁 净合成气(CO、H2 的混合物)，是对煤炭进行化学加工的一个重要方法，是实现煤炭洁净利 用的关键。气流床煤气化技术代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 着发展趋势，是现在最清洁的煤利用技术之一，主要包括： 以水煤浆为原料的多喷嘴对置式水煤浆气化技术、GE(Texaco)气化技术、Global E-Gas气化 技术，以干粉煤为原料的 Shell气化技术、Prenflo气化技术、GSP气化技术。 煤气化技术是发展煤基化学品(氨、甲醇、二甲醚等)、煤基液体燃料、先进的 IGCC发 电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和 龙头技术。据专家估计，我国“十一五”末期年气化用煤估计约 1亿吨。以煤间接液化为例， 规模为 500万吨/年的生产装置，气化用煤在 2200~2500万吨/年。国内在建的甲醇装置、合 成氨装置、煤制油装置和处于筹建中煤制烯烃装置、煤制油装置、甲醇装置等，已展现了对 煤气化技术的强劲需求。 “九五”期间华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司承担了国家重点 科技攻关课题“新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉开发”，进行了多喷嘴对置式水煤浆气化炉 的中试研究。有关部门组织的鉴定和验收认为“填补国内空白”和“国际领先”。“十五”期 间多喷嘴对置式水煤浆气化技术已进入商业示范阶段。“新型水煤浆气化技术”已获“十五” 国家高技术研究发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 (863 计划)立项，由兖矿集团有限公司、华东理工大学承担，在兖 矿国泰化工有限公司建设多喷嘴对置式水煤浆气化炉及配套工程，进行多喷嘴对置式水煤浆 气化技术的工业示范。在国家发改委的支持下，山东华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥国产 化工程建设一台多喷嘴对置式水煤浆气化炉(6.5MPa，日处理煤 750吨)。现两套多喷嘴对置 式水煤浆气化工业示范装置均已进入正常工业运行。 1. 多喷嘴对置式水煤浆气化过程及特点 水煤浆气化压力为 3.0~6.5MPa，温度为~1300℃。在此高温下化学反应速率相对较快， 而气化过程速率为传递过程控制。为此，采取的技术对策是：通过喷嘴配置、优化炉型结构 及尺寸，在炉内形成撞击流，以强化混合(热质传递)过程并形成炉内合理的流场结构，从而 达到良好的工艺与工程效果：有效气成分高、碳转化率高、耐火砖寿命长。 1.1 气化过程及技术特点 具有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化示范装置的技术特点是：多喷嘴对置的 水煤浆气流床气化炉及复合床煤气洗涤冷却设备；分级净化的煤气初步净化工艺；蒸发分离 直接换热式含渣水处理及热回收工艺。 2 FI 合成气 PC 冷凝液 PC 软水 氧气 M LC LI 煤 M 水 渣 多喷嘴对置式气化及煤气初步净化 磨煤制浆 含渣水处理 1 2 3 4 5 6 7 8 9 图 1 多喷嘴对置式水煤浆气化技术工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 Fig.1 Flow Sheet of Coal-water Slurry Gasification with Opposed Multi-burner 1-磨煤机；2-煤浆槽；3-多喷嘴对置式气化炉；4-锁斗； 5-水洗塔；6-蒸发热水塔；7-真空闪蒸器；8-澄清槽；9-灰水槽 (1) 多喷嘴对置式气化及煤气初步净化 煤浆经隔膜泵加压，通过四个对称布置在气化炉气化室中上部同一水平面的工艺喷嘴， 与氧气一起对喷进入气化炉。对置气化炉的流场结构由射流区、撞击区、撞击流股、回流区、 折返流区和管流区组成。 煤浆颗粒在气化炉内的气化过程经历了以下步骤：颗粒的湍流弥散、颗粒的振荡运动、 颗粒的对流加热、颗粒的辐射加热、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。 气化反应是串并联反应同时存在的极为复杂的反应体系，可分为一次反应与二次反应： ①一次反应区(燃烧区) 进入该区的反应物有工艺氧、煤浆以及回流流股和折返流流股中 CO、H2等。水煤浆入 炉后，首先进行雾化，同时接受来自火焰、炉内壁、高温气体、固体物等的辐射热，以及回 流流股及折返流流股的热量。煤浆瞬间蒸发，煤粉发生热裂解并释放出挥发份。裂解产物、 挥发份及其他易燃组分在高温、高氧浓度下迅速完全燃烧，放出大量热。这个过程进行得相 当短促，主要发生在射流区与撞击区中，其结束的标志是氧消耗殆尽。 ②二次反应区 进入二次反应区的组分有煤焦、CO2、CH4、H2O 以及 CO、H2等组分。这时主要进行 的是煤焦、CH4等与 H2O、CO2发生的气化反应，生成 CO和 H2。这是有效气成分的重要来 源。二次反应主要发生在管流区。 ③一次与二次反应共存区 多喷嘴对置气化炉中射流区与撞击区、撞击流股、回流区、折返流区共存，不时进行质 量交换，再加湍流的随机性，射流区的反应组分及产物都有可能进入撞击区、撞击流股、回 流区、折返流区，导致这些区域既进行一次反应，也进行二次反应。 3 出气化室的夹带熔融态灰渣的高温合成气，在复合床结构的洗涤冷却室内完成合成气的 洗涤冷却和熔渣的初步分离。 采用混合器、旋风分离器和水洗塔相结合的节能高效煤气初步净化系统，使煤气中灰、 渣的含量降到最低，并且减少压力损失。 (2) 含渣水处理 气化炉及煤气初步净化系统来的含渣水分别减压后导入含渣水处理系统，含渣水首先 进入蒸发热水塔蒸发室。蒸发室内含渣水大量汽化，溶解在水中的酸性气体一起解吸。蒸发 室产生的蒸汽进入热水室与循环灰水直接接触换热，使灰水得到最大程度的升温。蒸发室底 部含固量得到增浓的液相产物再进行真空闪蒸，进一步降低含渣水温度和浓缩含渣水的含固 量，将酸性气体完全解吸。 1.2 与引进水煤浆气化技术的区别 (1) 引进水煤浆气化技术为单喷嘴，流场为受限射流，物料停留时间分布宽，碳转化率 低，射流以较大速度冲刷耐火砖。多喷嘴对置式水煤浆气化技术采用撞击流，旨在加强混合， 强化热质传递。实践 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 气化效果优于引进水煤浆气化技术。 (2) 引进水煤浆气化技术为预混式喷嘴。多喷嘴对置式水煤浆气化技术采用预膜式喷 嘴，属高效、节能型，氧气压降低。 (3) 引进水煤浆气化技术洗涤冷却室结构为上升管-下降管套筒式，粗合成气易带水带 灰。多喷嘴对置式水煤浆气化技术采用复合床洗涤冷却室，消除带水带灰问题，洗涤冷却室 液位可控。 (4) 引进水煤浆气化技术采用文氏管与筛板塔组合初步净化煤气 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，多喷嘴对置式水 煤浆气化技术采用混合器、分离器、水洗塔组合方案，采用“分级”净化，属高效、节能型 净化工艺。 (5) 引进水煤浆气化技术采用间接换热方案回收黑水余热，多喷嘴对置式水煤浆气化技 术采用直接换热方案回收黑水热量，有利于解决换热器结垢堵塞问题，提高热传递效率。 (6) 具有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化技术专利费将比引进技术大大降低， 仅为引进技术的 1/2~1/3。 2. 建于兖矿国泰化工有限公司的多喷嘴对置式水煤浆气化工业装置 2.1 建设概况 兖矿集团有限公司、华东理工大学共同承担“十五”国家高技术研究发展计划(863 计 划)重大课题“新型水煤浆气化技术”，在山东鲁南(兖矿国泰化工有限公司)建设多喷嘴对置 式水煤浆气化技术工业装置及配套工程，总投资 16亿元，采用两台日处理 1150吨煤多喷嘴 4 对置式水煤浆气化炉(4.0MPa)配套生产 24万吨甲醇/年、联产 71.8MW发电，进行多喷嘴对 置式水煤浆气化技术的工业示范。空分装置由中国华陆工程公司设计，气化装置由中国天辰 化学工程公司设计。示范装置于 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、新乡耐火材料厂生产，6万 Nm3/h空分装置由杭氧液空有限公司生产。 a. 兖矿国泰化工有限公司全景 b. 气化框架夜景 c. 气化烧嘴平台 图 2 多喷嘴对置式水煤浆气化工业示范装置(兖矿国泰化工有限公司) Fig.2 Demonstration Plant of Coal-water Slurry Gasification with Opposed Multi-burner in Yankuang Cathay Coal Chemicals Co., Ltd 2.2 运行情况 B#气化装置于 2005 年 7 月 21 日一次投料成功，一次打通整个工艺流程，并按计划完 成 80小时连续、稳定运行。在空分装置具备条件正式投运后，B#气化装置于 2005年 10月 16 日 13:08投料成功，10 月 17日 1:52打通全部工艺流程，生产出甲醇。A#气化装置也于 2005 年 11 月 26 日首次投入运行。工业运行证实，多喷嘴对置式水煤浆气化装置具有如下 优点：该装置开车方便、操作灵活、负荷增减自如，操作的方便程度优于引进的水煤浆气化 装置；自动化程度高，全部采用集散控制系统(DCS)控制，特别是氧煤比投自动串级控制， 气化炉操作简单方便；整个气化系统运行状况稳定；工艺技术指标极为先进；洗涤冷却室液 位可控，无带水带灰现象发生；合成气中细灰含量低；含渣水系统热回收效率高，灰水温度 得到最大程度提高。 5 2005年 11月 30日，在一对烧嘴运行、系统压力 3.0MPa的条件下，A#气化装置成功地 进行了另一对烧嘴的带压连投，这极大丰富了多喷嘴对置式水煤浆气化技术的操作经验，为 提高整个生产系统的操作稳定性、连续性等奠定了坚实基础。现带压连投操作已极为娴熟。 兖矿国泰化工有限公司多喷嘴对置式水煤浆气化工业装置投入运行以来，至今(2006年 7月 25日)已累计运行约 7500小时，累计甲醇产量约 14.95万吨，并提供了燃气轮机发电的 气源，累计发电 0.78亿度。 兖矿国泰化工有限公司的多喷嘴对置式水煤浆气化装置现正处于稳定的运转状态。 2.3 技术优势 中国石油和化学工业协会组织现场考核专家组于 2005年 12月 11日~18日在山东省滕 州市木石镇(兖矿国泰化工有限公司)对“多喷嘴对置式水煤浆气化技术”进行了现场工业运 行考核。多喷嘴对置式水煤浆气化工业装置以北宿精煤为原料，现场考核的主要技术指标为： z 比氧耗：309Nm3O2/1000Nm3(CO+H2)； z 比煤耗：535kg煤/1000Nm3(CO+H2)； z 合成气有效成分 CO+H2：84.9%； z 碳转化率：>98%； z 气化压力：4.0MPa； z 气化温度：~1300℃； z 气化装置规模：1150吨煤/天。 多喷嘴对置式水煤浆气化工业装置与兖矿鲁南化肥厂引进 Texaco 工业装置所采用的原 料煤种相同，其与国内引进水煤浆气化技术生产装置性能指标比较如表 1所示。现场考核证 实，装置性能与技术指标达到国际领先水平。与国外水煤浆气化技术相比，其技术特点和优 势在于： (1) 四喷嘴对置式气化炉和新型预膜式喷嘴的气化效率高，技术指标先进。与采用国外 水煤浆气化技术的兖矿鲁南化肥厂同期运行结果相比，有效气成分提高 2~3个百分点，CO2 含量降低 2~3个百分点，碳转化率提高 2~3个百分点，比氧耗降低 7.9 %，比煤耗降低 2.2 %。 (2) 四喷嘴对置式气化炉喷嘴之间的协同作用好，气化炉负荷可调节范围大，负荷调节 速度快，适应能力强，有利于装置大型化。 (3) 复合床洗涤冷却技术液位平稳，避免了引进技术的带水带灰问题。出气化炉合成气 和黑水的温差为 8~10℃，小于引进水煤浆气化技术的合成气和黑水的温差(约 20℃)，说明 洗涤冷却室内的高温气体与洗涤冷却水热交换充分，达到了良好的热质传递效果。 (4) 分级式合成气初步净化工艺节能、高效。表现为系统压降低，分离效果好，合成气 中细灰含量低(<1mg/Nm3)。 (5) 渣水处理系统采用直接换热技术，热回收效率高，灰水温度得到最大程度提高，蒸 6 发热水塔出口闪蒸气和高温灰水温度极为接近，温差<4℃，克服了设备易结垢和堵塞的缺 陷，无影响长周期运转的隐患。而引进技术渣水系统由于换热器内易结垢，影响换热效率， 导致闪蒸气和高温灰水的温差最大约为 60℃。 (6) 在一对喷嘴运行、系统处于正常操作压力下，可进行另一对喷嘴的带压连投，大大 提高了整个生产系统的操作稳定性、连续性。 2006 年 1 月 8 日，多喷嘴对置式水煤浆气化技术在北京通过了中国石油和化学工业协 会组织的专家鉴定，得到了全体专家的一致肯定：“处于水煤浆气化技术的国际领先水平”， “该技术与国外水煤浆气化技术相比，既降低了原料煤和氧气的消耗，又大大减少了专利实 施许可费，同时具有良好的环保性能。该技术的开发成功打破了国外公司在大型煤气化技术 上的垄断，实现了我国大型煤气化技术零的突破，为推动我国煤化工产业的发展和能源结构 调整提供了技术支撑，经济效益、社会效益显著。” 表 1 本技术工艺指标及其与引进技术的比较 装置能力 t煤/天·炉 有效气 成分 CO+H2% 比氧耗 Nm3O2/1000 Nm3(CO+H2) 比煤耗 kg煤/1000 Nm3(CO+H2) 碳 转化率 % 备注 本技术 ~1150 84.9 309 535 >98 北宿精煤，煤浆 浓 度 ( 质 量 分 数)~60% 兖矿鲁南 化肥厂[1] ~400 ~82 ~336 ~547 ~95 煤种同上，煤浆 浓度为~63% 上海焦化 有限公司[2] ~500 81 412 638 ~95 采用神府煤，煤 浆浓度为~62.5% 渭河 化肥厂[3] ~750 78 415 627 ~95 采用华亭煤，煤 浆浓度为~60% 安徽淮化 集团[4] ~500 77 425 708 ~95 采用华亭、义马 混煤，煤浆浓度 ~62% [1] 现场操作数据 [2] 《化肥工业》，31(2)，2004，37~40 [3] 《大氮肥》，28(1)，2005，25~28 [4] 《德士古气化技术固体进料用户技术交流会论文集》，2002 3. 在山东华鲁恒升化工股份有限公司的工程化应用 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 设了一台多喷嘴撞击流气化装置(6.5MPa，750t煤/d)。图 3为该气化炉烧嘴平台。气化装置 由中国华陆工程公司设计，气化炉由哈尔滨锅炉厂制造，喷嘴由航天部十一所(北京)制造， 耐火砖由新乡耐火材料厂生产。装置于 2004年底建成，于 2004年 12月 1日一次投料成功。 经过调整和优化，多喷嘴对置式水煤浆气化炉于 2005年 6月初正式投入运行。 7 图 3 多喷嘴对置式水煤浆气化炉的烧嘴平台(山东华鲁恒升化工股份有限公司) Fig.3 Burner Platform of Coal-water Slurry Gasifier with Opposed Multi-burner in Hua-lu Heng-Sheng Chemical Co., Ltd of Shandong Province 多喷嘴对置式水煤浆气化炉开、停车方便，简单易行，不存在任何问题。优化后多喷嘴 对置式气化炉已累计运转约 6200多小时(截至 2006年 8月 9日)，经历了长周期的考核。最 长连续运行时间约 1380小时。在工艺指标方面，多喷嘴对置式气化炉展现了较大优势。2006 年 3月对该大氮肥国产化工程进行的现场考核表明，多喷嘴对置式水煤浆气化炉的碳转化率 99.9%，有效气组成高于 84%，渣中含碳量<5%。每天比相同规模的单喷嘴顶置水煤浆气化 技术多创造经济效益约 5万元。 现该气化炉运转平稳，运行情况良好，早已进入了正常工业运行，并取得了良好的经济 效益。 4. 结语 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，在水煤浆气化领域居 于国际领先水平，建设的工业示范装置成功实现产业化，使我国第一次拥有了自己的大型化 煤气化技术，在我国煤气化史上具有里程碑意义。这标志着我国已拥有了完全自主知识产权 的煤气化技术，完全具备了与国外气化技术竞争的实力，从此告别了长期依赖进口、受制于 人的时代。 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、煤基多联产系统等，应用前景非常广阔。