多喷嘴对置式水煤浆气化技术研究

肖康 张文才

在我国能源结构中，煤炭资源的应用处于整个能源结构的核心地位，但是在煤炭的燃烧过程中，常会产生大量污染，这与我国的绿色发展理念不符，而水煤浆气化技术能够通过对煤炭的有效处理，将煤炭转变为清洁能源，最终实现了对煤炭能源的绿色应用。本文通过对对喷嘴对置式水煤浆气化技术的了解和研究，指出相关设备的设计过程，并提出该项技术的实现方式。

煤炭气化是一个较为新颖的概念，是指将煤炭暴露于合适的环境下，利用气化剂与煤炭发生化学反应，最终让煤炭生成CO、H2等清潔气体，实现了对煤炭的清洁利用。但是在相关设备的具体设计过程中，需要针对煤炭气化过程的反应情况对系统进行基础研究，研究内容包括大型冷模、小型热模、雾化性能等多个方面，并将测试结果与标准值比较，确定装置的合理程度。

1 多喷嘴对置式水煤浆气化技术设备参数的确定

1.1 大型冷模研究

冷模试验是在在没有化学反应的情况下，利用沙子和水等物体进行的一种模拟试验，通常用于各类流力力学的实验过程，在水煤浆气化过程中，为使相关物质能够充分反应，需要对水煤浆的流动情况进行探究。该实验系统主体为一个直径为1m的对置气化炉，气化炉内部含有喷嘴，另外在气化炉与鼓风机、水泵等实验设备相连，模拟气化炉中水煤浆的运动情况，同时在实验过程中，还需要设置示踪剂，并建设相关检测系统，从而探究试验材料在气化炉中的运动情况，最终探究该中气化炉能否满足水煤浆气化技术在气化炉方面的要求。

1.2 小型粼蟆研究

通过水煤浆气化条件的研究可以发现，在水煤浆的气化过程中，除了需要在设备内部施加一定的气压，还需要对水煤浆进行加热，所以在试验过程中需要对整个气化系统的加热情况进行探究，所以需要进行热模实验。在实验设施的建设过程中，会在热模气化炉上方设置喷嘴，并将气化炉一侧开孔，该开孔与试验物质储槽连接，同时在气化炉中设置各类传感器，探究气化炉中试验材料的运动情况。另外在该试验过程中，重要的测量参数包括火焰温度、温度分布情况、气化炉结构参数与试验物质运动情况间的关系等方面，通过这币川式验方式能够确定气化物的合理程度，同时也能够通过该项试验对现有的气化炉结构进行优化。

1.3 雾化性能研究

对于水煤浆气化过程来说，喷嘴的功能为将水煤浆进行雾化，加决煤炭气化过程中的化学反应速度和反应程度，通过上述试验可以对气化炉的结构参数进行设计与优化，并且能够保证气化炉参数的合理，但是对于不同的喷嘴尺寸来说，在应用过程中也会对煤炭的气化过程造成重大影响，所以需要通过冷模试验探究喷嘴尺寸与气化炉参数间的关系，最终确定最适宜的雾化喷嘴尺寸。需要注意的是，在试验过程中，试验材料为水、甘油和水煤浆，同时系统中需要合理设置相应的检测装置，探究不同尺寸雾化喷嘴最终取得的实验效果，找到雾化喷嘴的最佳参数。

1.4 合成器净化研究

在水煤浆气化技术的应用过程中，能够通过化学反应确定产生不同的气体，为了能够实现气体燃料的高效利用，需要最大限度降低气体中的各类杂质，所以需要对气体进行净化处理，而净化效果需要通过试验进行探究。在试验系统构建中，核心部件为旋风分离器，在应用过程中能够实现气体与固体或者液体的有效分离，为了探究净化结果，需要在旋风分离器中设置气体检测探针，并且该探针与计算机相连，通过计算机软件测定旋风分离器中气体的净化程度，从而确定气体净化系统的最佳建设方案，充分提升气体生产质量。

2 多喷嘴对置式水煤浆气化技术实现方式

（一）水煤浆反应系统设计

在整个水煤浆气化系统中，反应系统为整个系统的设计和建设重点，通过上文可以看到，通过冷模和热模实验可以对气化炉、喷嘴尺寸等方面进行合理设计与优化，所以在系统建设中，需要以相关试验结果为依据，确定各类重要构件的参数。在喷嘴设置中，将在气化炉上部对称布置4个喷嘴，这些喷嘴同时将氧气和煤炭粉末灌入气化炉中，在气化炉的环境中煤炭粉末能够发生化学和物理变化，最终生成混合气体以及残渣。为了提升煤炭的反应程度，需要在气化系统中设置两个反应区域，称为一次反应区和二次反应区，一次反应区为整个系统的总体反应区，在该区域中将生成大量混合气体，并产生水、煤焦等生成物。二次反应区为甲烷、水、煤焦等物质的反应区，通过化学反应最终生成CO和H2，另外对于二次反应区，在化学反应的过程中会吸收大量热量，可以吸收一次反应中产生的热量，在提高反应程度的同时，也实现对热量的有效回收。

（二）气体净化系统设计

通过上文已知，气体净化系统的主要设备为旋风分离器，在设备运行过程中，能够通过气压使设备发生旋转，最终产生离心力，实现气体与液体或固体的有效分离。在试验过程中已经按照系统所需的分离效果对设备参数进行合理选取，所以对于气体净化系统来说，主要设计重点为与气体产生系统的连接方式。需要保证一次反应区与二次反应区的气体都能够输入气体净化系统中，并且应用该系统实现了气体净化后将气体有效输出，所以对于该系统来说，起到气体处理和输出作用。

（三）含渣水处理系统设计

在含渣水的处理过程中，首先让含渣水进入蒸发塔中，让含渣水大量汽化，提升未蒸发部分含渣水中的固体含量，对于获得的蒸汽，需要将其通人到热水室中，并与循环灰水直接接触，通过这种换热的方式提高循环灰水的温度。其次在含渣水的蒸发过程中，通过加温方式让水体中的酸性气体解吸，降低水体对环境的影响。最后对已经经过蒸发的水体进行进一步处理，处理方式为进行真空闪蒸，这种方式能够进一步降低水体温度，并且让水体的含固量获得提升，同时全面消除水体中的酸性气体，实现对含渣水的无害化处理。

综上所述，在多喷嘴对置式水煤浆气化系统的设计过程中，需要通过冷模试验和热模试验确定气化炉的各项参数，在确定参数后继续采取冷模试验确定喷嘴参数。在系统的实际建设中，包括气化反应系统、气体净化系统和含渣水处理系统的设计，提高气体产鬓彝靡屯净度的同时，也对废水进行无害化处理。