0 前言
新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉是华东理工大学和水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心共同开发完成的国家“九五”重点科技攻关项目,该技术是我国具有自主知识产权的水煤浆加压气化技术。这项技术的商业化生产示范装置已于2005年7月21日在兖矿国泰化工有限公司一次性投料成功,现已通过国家“863”项目专家组的168 h连续生产现场考核,装置达到了满负荷运行,形成了中国水煤浆气化技术特色,并达到了国际领先水平。
1 新型(多喷嘴对置式)水煤浆的气化原理
1.1 气化原理
1.1.1 本煤气化工艺属于气流床气化工艺。浓度约(59~64)%的煤浆通过煤浆给料泵加压与高压氧气(纯度99.6%以上)通过四个在同一个水平面的工艺烧嘴对喷进入气化炉,对喷撞击后在炉内形成6个特征各异的流动区即射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区、管流区。利用煤部分氧化(燃烧)释放热量,维持在该煤种的灰熔点温度以上进行气化反应。反应温度一般在煤灰熔点以上50℃。反应过程非常迅速,一般在4~10 s内完成。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份的析出、挥发物的气相反应、煤焦的多相反应、灰渣的形成水煤浆、氧气进入气化室后,相继进行雾化、传热、蒸发、脱挥发份、燃烧、气化等六个物理和化学过程,前五个过程速度较快,已基本完成,而气化反应除在上述五区中进行外,主要在管流区中进行。
1.1.2 气化反应是串并联反应同时存在,极为复杂的反应体系,可分为一次反应与二次反应。
1.1.2.1 一次反应区(燃烧区)
进入该区的反应物有工艺氧气,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、挥发份及其它易燃组份在高温、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,主要发生在射流区与撞击区,其结束的标志是氧消耗殆尽。
1.1.2.2 二次反应区
进入二次反应区的组份有煤焦,CO2、CH4、H2O以及C....