多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化应用和对引进煤气化技术的剖析

1、多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化应用和对引进煤气化技术的剖析于广锁1，周志杰 1，刘海峰 1，王亦飞 1，王辅臣 1，龚欣 1，于遵宏 1，孙卓庆 2，杨树青 2，祝庆瑞 2， 朱敏 2，孙永奎 2（1. 华东理工大学， 上海 200237兖矿国泰化工有限公司，山东滕州 277527 ） 2006-01-11 摘要 阐述了多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工艺特点，介绍了该技术产业化应用于兖矿国泰化工有限公司、山东华鲁恒升化工股份有限公司的运行状况。并剖析了引进煤气化技术的特点和存在的问题。随着多喷嘴对置式水煤浆气化技术实现产业化，将扭转我国煤气化技术长期依赖进口的局面。 关键词 煤气化；水煤浆；

2、多喷嘴对置式；气流床煤炭气化，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

3、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1×10 8t 。以煤间接液化为例，规模为5Mt/a 的生产装置，气化用煤在2225Mt/a 。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的煤制烯烃装置、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“填补了国内空白”和“国际领先”。“十五”期间多喷嘴对置式水煤浆气化

4、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(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 750t) 。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3.06.5MPa ，温度约 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

5、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。图 1 多喷嘴对置式水煤浆气化技术工艺流程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

6、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：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、

7、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分。裂解产物、挥发分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。这个过程耗时相当短，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。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。这里主要进行的是煤焦、 CH4 等与 H2 O、CO2发生的气化反应，生成CO和 H2。这是有效气的重要来源。二次反应主要发生在管流区。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

8、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。出气化室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) 含渣水的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。蒸发室底部增浓的液相再

9、进行真空闪蒸，进一步降低含渣水温度和浓缩渣，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，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采用文氏管与筛板塔组合初步净化煤气，多喷嘴对置式水煤浆气化技术采用混合器、分离器、泡罩塔组合方案，采用“分级”净化，属高效、节能型净化工艺。(3) 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

10、器结垢堵塞问题，提高热传递效率。(4)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1/3 左右。2 建于兖矿鲁南的多喷嘴对置式水煤浆气化工业装置兖矿集团有限公司、 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”的研究，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1150t煤多喷嘴对置式水煤浆气化炉(4.0MPa) 配套生产240kt/a甲醇、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

11、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，60km3/h空分装置由杭氧液空有限公司生产。该气化装置于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80h 连续、稳定运行。在空分装置具备条件正式投运后，多喷嘴对置式水煤浆气化装置于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。至今(2005年 11 月 25 日

12、)B# 气化装置累计运行约1000h，运转率约90%。运行期间由于其他系统的问题，气化装置共进行了十余次开停车，并进行多次连投，均未出现任何异常。A# 气化装置也于近期投入运行。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：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。该气化装置当前正处于正常工业运转中

13、。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。兖矿国泰的多喷嘴对置式水煤浆气化装置以北宿精煤为原料，基于对生产运行的分析，初步统计的工艺技术指标为：煤浆流量 ( 总) 46m3 /h煤浆浓度61.9%氧气流量 ( 总) 23100m3/h操作压力3.6MPa操作温度1260有效气 (CO+H) 84%2渣中含碳量 5%碳转化率98%有效气 (CO+H2) 比氧耗365m3/km 3有效气 (CO+H2)

14、 比煤耗545kg /km 33 在山东华鲁恒升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，建设了一台多喷嘴撞击流气化装置(6.5MPa，处理煤 750t /d) 。图 1 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，并于2004 年 12 月 1 日一次投料成功。图 2 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)经过调整和优化，

15、多喷嘴对置式水煤浆气化炉于2005 年 6 月初正式投入运行。优化后的首次运行为2005年 6月 2日 7:40至2005年 6 月 5 日 15:45 ，该气化炉在连续正常运转80h 后计划停车。自 2005 年 6 月初正式投入运行至今(2005年 11 月 25 日) ，多喷嘴对置式水煤浆气化装置已进行多次投料，其中也进行了多次连投。导致停车的因素均与气化工艺本身无关，主要为断电、前系统动设备故障、仪表空气压力低、计划停车等。该气化装置当前正处于正常工业运转中。基于对运行状况的分析，可以得出以下结论。(1)优化后多喷嘴对置式气化炉已累计运转2000h 以上 ( 截至 11 月 25 日)

16、 ，已经历了较长生产周期的考核。最长运行时间488h。(2) 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。在正常运行过程中，气化炉运转平稳，无异常情况，运行情况良好。(3) 运行 80h 计划停车后，进炉检查发现：炉内情况良好，烧嘴室无烧损痕迹，烧嘴室向火面砖完好；整个向火面耐火砖无任何异常情况；耐火砖挺拔如初，棱角分明，挂渣均匀；炉内情况表明，不存在火焰烧损对侧耐火砖的情况；炉内构件良好，激冷环、下降管、破泡条等均完好无损；各个工艺烧嘴完好，无任何磨损、烧蚀情况。2005 年 7 月 2 日拆检发现，四个工艺烧嘴无任何异常，烧嘴室状况良好。2005 年 11 月下旬入炉检

17、查， 炉内耐火砖状况良好。运行实践证实， 多喷嘴对置式水煤浆气化炉早期出现的问题已得到根本克服和解决，工程上不存在问题。据此，完全有理由相信，炉内耐火砖将有理想的使用寿命。(4) 在工艺指标方面，多喷嘴对置式气化炉展现了较大优势。6月 22 日 7 月 1 日的运行工艺指标统计值如下。多喷嘴对置式水煤浆气化炉操作负荷30.5m3/h 。多喷嘴对置式水煤浆气化炉有效气比煤耗581.34kg /km3 ，单喷嘴顶置式气化炉比煤耗630.80kg /km3 ，降低约 8.5%。考虑到多喷嘴对置式水煤浆气化炉的碳洗塔出口温度平均比单喷嘴顶置式气化炉约低4.04 ，比煤耗实际上应更低。多喷嘴对置式水煤浆

18、气化炉合成气中有效气（283.51%，单喷嘴顶置式气化炉约83.05%。CO+H）含量约为多喷嘴对置式水煤浆气化炉中的H2 含量呈现普遍高于单喷嘴顶置式气化炉的趋势，平均约高1 个百分点左右。2含量高是水蒸H气分解率高的结果，意味着发气量大，印证了比煤耗降低的结论。灰渣中残碳含量约为2.21%，表明碳转化率应大于98%。在提高操作负荷和装置生产能力方面，多喷嘴对置式气化炉有很大的潜力，这是源于其撞击流的技术原理和先进的工艺技术。4 对引进煤气化技术的剖析我国自上世纪80 年代就开始引进国外的煤气化技术，包括早期引进的Lurgi固定床气化、 U-gas 流化床气化、 Texaco 气流床水煤浆气

19、化，以及近期新一轮引进和拟引进的BGL固定床气化、 Shell气流床粉煤气化、GSP气流床粉煤气化和仍处于强劲引进势头中的Texaco气流床水煤浆气化等。世界上所有的气化技术在我国几乎都有应用，世界上也只有我国使用如此众多种类的煤气化技术。据不完全统计，我国引进的煤气化装置每天消耗煤量约58000 t ，主要包括：引进Texaco 水煤浆气化技术的厂家约有11 家 ( 如山东鲁南、上海焦化、陕西渭河、安徽淮南、黑龙江伊春、江苏金陵、江苏南化、陕西神木、山东邹城、陕西榆林等) ，正洽谈的有数家，煤气化装置的处理煤量总规模约28000t/d ；引进 Shell粉煤气化技术的厂家约有12 家( 如湖

20、南岳阳、湖北枝江、安徽安庆、湖北应城、广西柳州、云南安宁、云南曲靖、河南永城、河南中原大化、河南开洋化工、神华煤制油等) ，煤气化装置的处理煤量总规模约23000t/d ；引进加压 Lurgi煤气化技术 ( 山西天脊 ) 的处理煤量规模约2000 t/d；处于引进中的GSP粉煤气化技术的处理煤量总规模约5000 t/d。据此估算，引进煤气化技术的专利实施许可费约2 亿多美元，花费了我国巨额外汇。这还不包括昂贵的专有设备费和现场技术服务费等。据估计，专有设备耗费外汇也高达数亿美元。另外需要特别指出的是，对带废锅流程粉煤气化技术的引进带有很大的盲目性，在尚未有一套该类气化装置开车的情况下，却连续引

21、进了十余套。根据以往的经验，该技术在国内必然会经历一段消化吸收与实践摸索的过程，为此肯定要付出一定的代价，实际上昂贵的投资已让相关厂家难以承受。煤气化技术早期的引进，的确对我国经济的发展起到了推动作用，但引进的煤气化技术并不都是完善的技术，使我国成为了国外气化技术的试验场，让我们付出了很大的代价。例如投资数亿元建于上海的世界上唯一具有工业规模的U-gas 引进气化装置已于2003 年退出历史舞台。引进的其他气化技术存在如下诸多问题。十多年的生产实践表明，引进的水煤浆气化技术不足之处在于：气化喷嘴寿命较短；气化效率有待进一步提高；不适于大型化；黑水系统结垢影响长周期运行；气化炉带水限制了操作负荷

22、的提高等。引进的带废锅流程的气化技术有更多的弊端：气化炉及废热锅炉结构过于复杂，加工难度大，主要设备全部依赖进口，投资远大于水煤浆气化技术；投资过高导致无法备炉，这也是今后生产厂家即将面临的严峻问题；由于技术原因，气化压力不超过4.0MPa，这无法满足等压生产甲醇的要求；除尘用陶瓷过滤器需每年更换，每次费用约500 万元；该技术目前世界上仅有一套，而且是用于联合循环发电，尚无生产合成气的经验，国内没有技术支撑；国内引进该技术的企业均为生产合成氨与甲醇等化工产品，采用废热锅炉流程明显不合理。原定 2004 年开车的企业由于诸多原因现已推迟到2006 年。拟引进的另一粉煤进料气流床加压气化技术自1

23、989 年至2002 年其拥有权频繁变动过三次，这势必影响该技术的完善与发展。唯一一套气化煤粉的黑水泵厂工业气化装置于15 年前就不再气化煤粉了，应该说，技术拥有者近期对此技术的研究较少。另外，该技术气化炉的结构尺寸也比较特别，高径比仅为1.75 1.83(同类型气化炉为3 4) ，这样导致物料平均停留时间偏短，停留时间分布过宽，短路出炉的物料量可能大，势必影响碳的转化率。而且其单喷嘴也不适于大型化。淮南煤在德国5MW中试气化炉上的试烧情况如下：下渣口易堵，气化炉压差易波动；输送煤粉的N2 量过大，合成气中N2 含量高达15%19%。另外，该气化技术在煤气初步净化工艺和渣水处理工艺方面工程经验

24、匮乏。5 多喷嘴对置式水煤浆气化技术亟待扶持多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化成功标志着我国拥有了完全自主知识产权的煤气化技术，从此告别长期依赖进口、受制于人的时代。相对引进煤气化技术，多喷嘴对置式水煤浆气化技术具有明显优势：与引进的水煤浆气化技术相比，技术指标先进， 易于大型化 ( 可日处理煤20003000t) ；与引进的带废锅流程的气化技术相比，工艺更加合理，设备投资大大降低。具有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化技术现在正处于进入产业化的关键阶段，需要国家各方面的大力培育和支持，使其为我国的国民经济建设发挥更大的作用。这关系着国计民生，关系着我国的能源安全。我们呼吁国家大力支持我们自

25、己的多喷嘴对置式水煤浆气化技术的推广应用，希望国家鼓励和支持企业使用具有自主知识产权的国内技术，如在立项、国拨资金、银行贷款贴息、减税和其他的政策( 如电能的上网 ) 等方面给予支持，为多喷嘴对置式水煤浆气化技术推广创造优惠条件。同时希望国家叫停国外技术的重复引进。这样既可促进具有自主知识产权的煤气化技术尽早付诸大规模应用，并拉动相关民族产业的发展，又可省去巨额专利费( 如果至 2010 年新增煤气化用煤的50%采用引进技术的装置气化，则至少还需专利费3 亿美元 ) 。多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发及其在大氮肥国产化工程中的应用于遵宏 1，于广锁 1，周志杰 1，刘海峰1，王亦飞1，陈雪莉

26、1，王辅臣1， 2005-09-16煤炭气化，即在一定温度、压力条件下利用气化剂(O2 、H2 O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 GE(Texaco) 、Global E-Gas 气化炉，以干粉煤为原料的Shell 、 Prenflo 、Noell 气化炉 1 。在新型煤化工和能源转化技术中，煤气化都起有重要作用，特别在我国，煤气化同时具有作原料气和燃料气的市场需求，被广泛应用于化工、冶金、机械、建材等工业

27、行业和生产煤气的企业，社会需求很大，近几年内在产业应用方面将有巨大的发展。“九五”期间华东理工大学、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心( 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项目“新型 ( 多喷嘴对置 ) 水煤浆气化炉开发”，中试装置（日投煤22t ）的运行结果表明在水煤浆气化领域达到了国际领先水平。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，四喷嘴对置式水煤浆气化技术成功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，建设了一台投煤750t/d 、气化压力 6.5MPa 的煤气化装置，现该装置运行状况良好。1 多喷嘴对置式水煤浆

28、气化技术开发1.1大型冷模研究实验流程如图1 所示。大型冷模对置气化炉直径1m。采用激光多普勒三维粒子动态分析仪( Dual PDA)、热线风速仪 (Streamline4) 、毕托管等研究测试气化炉内的撞击射流湍流速度场、浓度场、压力场、停留时间分布等，获得气化炉内的流动与混合规律，为气化炉的研究开发提供科学依据。流场结构见图2，可划分为：射流区 ( ) 、撞击区 ( ) 、撞击流股 ( , 上下两股) 、回流区 ( ，共六个) 、折返流区(V) 、管流区 ( ) 。1冷模气化炉；2喷嘴； 3鼓风机； 4流量计； 5水泵； 6示踪剂； 7Dual DA 测试系统； 8停留时间测试系统图 1大

29、型冷模实验流程图 2四喷嘴对置气化炉流场结构1.2小型热模试验在小型热模实验装置上 ( 如图 3 示 ) 研究了对置式热态模式气化炉内的火焰特性与温度分布，获得操作参数、结构参数与流动混合状态对气化反应结果及温度分布的影响规律。1热模气化炉； 2喷嘴； 3贮槽； 4泵； 5流量计； 6氧气钢瓶； 7气体质量流量计； 8冷却室； 9数据采集系统图 3热模试验流程1.3雾化性能研究基于大型冷态模型( 1500×4500mm)，借助激光衍射颗粒测试仪(Malvern)，以水、甘油及水煤浆为实验介质，对不同几何结构与尺寸的喷嘴进行雾化性能研究，开发与气化炉结构尺寸相匹配、雾化性能优越的气化喷

30、嘴( 预膜式烧嘴 ) 。实验流程图如图4 所示。1冷模气化炉；2喷嘴； 3 Malvern 测试仪； 4鼓风机； 5流量计； 6泵； 7贮槽； 8过滤器； 9引风机； 10计算机图 4喷嘴雾化实验流程2 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，温度约 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。煤浆经隔膜泵加压，通过四个对称布置在气化炉

31、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，可分为一次反应区与二次反应区。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的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

32、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分。裂解产物、挥发分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。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 H2 O、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。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

33、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。二次反应以吸热为主，致使发生二次反应的区域温度较低，相对地起到保护耐火砖的作用。在气化炉中主要进行以下化学反应：出气化室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。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，四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 ，投煤750t/d)。图5 为该气化炉烧嘴平台。气化装置由中国华

34、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，并于2004年 12 月 1 日一次投料成功。经过调整和优化，四喷嘴对置式水煤浆气化装置于2005 年 6 月初正式投入运行。图 5四喷嘴对置式水煤浆气化炉的烧嘴平台优化后的首次运行为2005 年 6 月 2 日 7:40 至 2005 年 6 月 5 日 15:45 ，多喷嘴对置式水煤浆气化炉在连续运转80h 后按计划停车。自 2005 年 6 月初正式投入运行至今(2005 年 7 月 12 日) ，四喷嘴对置式水煤浆气化装置已进行6 次投料， 其中 2 次为连投。 导致停车的原因均与气化装置本身无关，主要为断电、前系统动设备故障、仪表空气压力低、计划停车等。基于对运行状况的分析，可看出以下几点。(1) 优化后四喷嘴对置式气化炉已累计运转500h 以上 ( 截至 7 月 12 日) ，已经历了较长生产周期的考核。最长运行时间204h(2005年 6 月 22 日 2005 年 7 月 1 日，扣除连投的准备时间) 。(2) 四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。在正常运行过程中，气化炉运转平稳，无异常情况，运行情况良好。(3) 运行 80h 按计划停车后，进炉检查发现：炉内情况良好，烧嘴室无烧损痕迹，烧嘴室向火