多噴嘴對置煤氣化技術(shù)工業(yè)示范工程的介紹
作者/來源：王輔臣 于廣鎖 龔 欣 劉海峰 王亦飛 周志杰 陳雪莉 郭曉鐳 代正華 于遵宏 日期： 2007-09-11 點擊率：1223
煤炭是我國的基礎(chǔ)能源和重要原料，在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位，將長期是我國的主要能源。煤氣化技術(shù)是煤炭清潔轉(zhuǎn)化的核心技術(shù)之一，是發(fā)展煤基化學(xué)品(氨、甲醇、二甲醚等)、煤基液體燃料、先進(jìn)的IGCC發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫、燃料電池等過程工業(yè)的基礎(chǔ)，是這些行業(yè)的共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和龍頭技術(shù)。估計，我國“十一五”末期年氣化用煤約1億t。以煤間接液化為例，規(guī)模為500萬t／a的生產(chǎn)裝置，氣化用煤在2200～2500萬t／a。國內(nèi)在建的甲醇裝置、合成氨裝置、煤制油裝置和處于籌建中的煤制烯烴裝置、煤制油裝置、甲醇裝置等，已展現(xiàn)了對煤氣化技術(shù)的強勁需求。
在流派眾多的煤氣化技術(shù)中，氣流床氣化技術(shù)因煤種適應(yīng)范圍比較廣、氣化溫度、壓力高、易于大型化，成為煤氣化技術(shù)發(fā)展的主流方向。國際上有代表性的氣流床氣化技術(shù)主要有GE(Texaco)氣化技術(shù)、Global E-Gas氣化技術(shù)，以干粉煤為原料的Shell氣化技術(shù)、Prenflo氣化技術(shù)、GSP氣化技術(shù)。
華東理工大學(xué)潔凈煤技術(shù)研究所長期從事煤氣化技術(shù)研究，基于對置撞擊射流強化混合的原理，提出了多噴嘴對置的水煤漿或粉煤氣化爐技術(shù)方案，在氣流床煤氣化技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化方面取得了重要進(jìn)展，先后完成了多噴嘴對置水煤漿和粉煤中間試驗，建設(shè)了多噴嘴對置水煤漿氣化工業(yè)裝置。實踐表明，開發(fā)的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)有明顯的優(yōu)勢。本文將對多噴嘴對置式氣化技術(shù)的實驗研究、中試研究和產(chǎn)業(yè)化示范作簡要總結(jié)。
1 實驗研究
1.1 過程分析
水煤漿和粉煤氣化過程涉及高溫、高壓、非均相條件下的流體流動以及與之相關(guān)的傳遞過程規(guī)律和復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。氣化爐內(nèi)平均溫度高達(dá)1350～1450℃(火焰前沿溫度更高)，氣化過程基本上屬于快反應(yīng)，與流體流動密切相關(guān)的混合過程在其中起著極為重要的作用。基于上述分析，開發(fā)者提出了氣化過程的層次機理模型，見圖1。其中噴嘴和爐體的結(jié)構(gòu)與幾何尺寸、工藝條件(第一層次)決定了爐內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)(速度分布、壓力分布、回流與卷吸——第二層次)，流場結(jié)構(gòu)又決定了爐內(nèi)的混合過程(包括霧化——第三層次)，并由此形成了爐內(nèi)的濃度分布、溫度分布和停留時間分布(第四層次)。而有效氣成分、有效氣產(chǎn)率、碳轉(zhuǎn)化率和水蒸氣分解率等氣化反應(yīng)結(jié)果，以及噴嘴壽命、耐火磚壽命、激冷環(huán)壽命和結(jié)渣等工程結(jié)果(第五層次)則受濃度分布、溫度分布和停留時間分布的影響。
其中第一層次是可控因素，關(guān)鍵是控制依據(jù)：第五層次為結(jié)果，是被動承受的：第二層次、第三層次、第四層次因素起因于第一層次因素，影響氣化結(jié)果，在工業(yè)條件下，是人們無法看到的，但又是設(shè)計第一層次因素的依據(jù)，它們與爐內(nèi)流體流動過程密切相關(guān)，鑒于流體流動特征以及與之相關(guān)的混合過程的特殊性，可以將其從復(fù)雜的氣化反應(yīng)中分解出來，通過大型冷模裝置加以詳盡的研究。
由于氣化過程速率為傳遞過程控制，為此，我們提出了新的技術(shù)對策，即通過噴嘴配置、優(yōu)化爐型結(jié)構(gòu)及尺寸，在爐內(nèi)形成撞擊流，以強化混合(熱質(zhì)傳遞)過程并形成爐內(nèi)合理的流場結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到良好的工藝與工程效果：有效氣成分高，碳轉(zhuǎn)化率高，耐火磚壽命長。
1.2 大型冷模實驗
為了研究氣化爐內(nèi)的流動與混合過程，建立了φ1000mm、高6000mm的大型冷模裝置，采用DualPDA、熱線分速儀、快速氣相色譜，分別研究了單噴嘴和多噴嘴對置時氣化爐內(nèi)的流場、冷態(tài)濃度分布、停留時間分布、壓力分布，研究了噴嘴的霧化規(guī)律�；诶淠嶒灪兔簹饣磻�(yīng)的特征，提出了水煤漿氣化過程的分區(qū)模型。 &nbs....
