多元料浆气化工艺与多喷嘴对置式水煤浆气化工艺的比较研究

赵立功 张小玲 赫鹏飞

摘 要：水煤浆气化技术较为成熟，其因具有诸多优势而被广泛应用。文中对比多元料浆气化技术和多喷嘴对置式的水煤浆气化技术，探析其各自存在的优点与缺点，并且将其在装置规模、成本资金投入、能量利用率、碳转化率和净化效果等优势阐述出来，希望能够为行业发展提供一些帮助。

关键词：多元料浆气化工艺;多喷嘴对置式;水煤浆;气化工艺;对比

0 引言

我国能源结构属于是富煤少油缺气的状态，也就是说煤炭在国家能源战略当中具有关键作用，要怎样才能够对煤炭资源进行高效利用，是行业需要进行探究的课题内容。煤气化属于煤炭资源实现洁净利用的有效方式，具有可观的经济效益。依据进料方式的不同，煤气化可划分成粉煤气化与水煤浆气化等。水煤浆气化的技术较为成熟，并且成本资金的投入并不高，其是当前应用较为广泛的一项技术手段。文中列举极具代表性的湖北三宁项目，基于其应用的不同技术工艺，对比多喷嘴对置式的水煤浆气化技术与多元料浆气化技术。

1 概述

1.1 流程

水煤浆气化的流程一般包含：制备和输送煤浆、气化、洗涤以及处理渣水。粉煤与水、添加剂同时进入到磨煤机中，制得60%浓度的煤浆，之后把煤浆输送到磨机出料槽，通过低压煤浆泵输送到料浆储槽，经由高压煤浆泵到烧嘴，于烧嘴附近和氧气同时进入到气化炉当中，并且在其中完成气化反应，形成主要成分是CO、H2的粗合成气。将其导入到激冷室中，基于淬冷与降温工艺对熔渣实施处理，粗合成气冷却之后，实施除灰、除夹带水分的操作。淬冷、降温之后的炉渣经由锁斗与排渣机而排出。粗合成气经由洗涤器、塔进行除灰和洗涤的处理，并且运送到交换工段。洗涤塔底部的黑水经由灰水循环泵想洗涤器、气化炉激冷水分的分布器进行供水。

气化炉的激冷室与洗涤塔中排出来的黑水在减压之后输送到低压闪蒸罐当中。闪蒸气基于低压闪蒸罐的顶端输出，进入到灰水加热器中通洗涤塔节水实现换热冷却，经由水冷器的冷却之后进入到低压闪蒸分离器当中。其中不凝气与饱和水气基于实际情况经由压力调节输送到变换气体、火炬当中，低压闪蒸罐的底部黑水会进入到真空闪蒸罐当中，而真空闪蒸罐中排出来的黑水经由澄清槽进料泵运送到澄清槽中。其中真空闪蒸罐顶端出来的闪蒸气经由真空闪蒸空冷器进行冷凝，并且进入到真空气液分离器当中进行分离，之后冷凝液输送到灰水槽当中，澄清槽底部的黑水经由过滤机给料泵输送到细渣过滤单元当中，经过澄清处理之后的灰水流入到灰水槽当中，分别流入到脱气水槽、去渣池或者锁斗冲洗罐当中，为了避免会水当中的溶解物于水系统中产生沉积与累积，确保灰水中溶解物是平衡的，并且对其进行废水处理，这就是多元料浆气化技术的具体流程。

对比多元料浆气化技术，多喷嘴对置式煤浆气化技术当中增置了蒸发热水塔，基于三级闪蒸进行实际操作。蒸发热水塔属于是渣水处理中的重要设备，目标就是把酸性、不凝性的气体和黑水分离开，同时对黑水热量进行回收，其包含蒸发室与热水室。气化炉激冷室以及旋风分离器、水洗塔当中所排出来的黑水经由减压阀进入到蒸发热水塔的蒸发室当中。之后依次进入到低压、真空闪蒸罐中进行闪蒸，形成的黑水输送到澄清槽当中，经过澄清处理之后的灰水流入到水槽当中，有些黑水基于低压灰水泵流入到蒸发热水塔热水室当中，直接和气化炉的激冷室、旋风分离器与水洗塔中，对排出来的黑水实施换热，有些输送到锁斗冲洗罐中进行处理，有些则进行区废水处理。

1.2 对比两种水煤浆气化技术

1.2.1 喷嘴数量和布置方式

多元料浆气化技术是我国西北化工研究院所自主研发出来的技术，基于单只喷嘴进行顶喷布置。多喷嘴对置式的水煤浆气化技术是我国华东理工大学和衮矿国拓联合研发的技术，基于四只喷嘴进行水平对置的布置。单只喷嘴煤浆量会影响气化炉产生的气化成效。单只喷嘴于一定时间之内不能有太多煤浆进入到气化炉当中，否则其会对喷嘴成效产生不良影响，对气化炉本身的气化成效产生不良影响。

1.2.2 装置规模与投资

为了确保气化炉本身的气化成效，单只喷嘴喷出的煤浆量不宜过大，倘若在单只喷嘴煤浆量同等过大状态下，适当增加喷嘴的数量，也就是增加了气化炉中进入的煤浆量，能够对装置规模进行增加，减少成本资金的投入。

1.2.3 能量利用率

蒸发热水塔当中，灰水槽中的部分灰水会直接同气化炉的激冷室与旋风分离器、水洗塔中排出来的黑水实现换热，灰水的温度较高且有良好的传热成效，多喷嘴对置式水煤浆气化技术在能量利用率方面的优势更为明显。

1.2.4 碳转化率

对比多元料浆气化技术，多喷嘴对置式的水煤浆气化技术中，设有四只喷嘴进行水平、对置，同时会有四股煤浆水平地进入到气化炉当中，并且在气化炉中心产生碰撞与汇合，提升煤浆混合成效的同时，延长了气化炉的氧化反应时间，得以更加充分地进行反应，强化提升碳转化率。

1.2.5 净化成效

在多元料浆气化技术当中，粗合成气经由文丘里洗涤器、塔而进行除灰与洗涤，实现初步净化的处理目标。多喷嘴对置式水煤浆气化技术基于混合气、水洗塔与旋风分离器实现二次净化，其除灰成效更为明显，净化成效也更为理想。

2 设备布置

设备布置一定要对工艺设计、环境保护等要求进行满足，确保生产的安全，比去年与进行操作、施工与检修，同时要兼顾具体的地理位置与气候因素，满足经济、合理的目标。多元料浆气化技术和多喷嘴对置式水煤浆气化技术的设备布置主要就是渣水的处理框架。

多元料浆气化技术基于二级闪蒸而实现，渣水处理的狂阶属于混凝土结构，总体高度为33m。遵照技术流程进行闪蒸罐、进料泵、澄清槽的布置。其中低压闪蒸罐处在框架高点，自化炉激冷室与洗涤塔当中排出来的黑水有充足压差进入到低压闪蒸罐当中。并且黑水基于重力流到真空闪蒸罐当中，真空闪蒸罐底部产生的黑水经由澄清槽的进料泵进入到澄清槽中。而多喷嘴对置式水煤浆气化技术应用的是三级闪蒸，渣水处理的框架也是混凝土，总体高度是30m。基于步步高形式进行布置，依次为蒸发热水塔以及低压、真空闪蒸罐，澄清槽在地面上，其中真空闪蒸罐的支撑处在框架最高层。蒸发热水塔底部的黑水基于压差流到低压闪蒸罐当中，之后其同样基于压差流到真空闪蒸罐当中，其中流出的黑水自流进入到澄清槽中。基于这样的布置方式，明确蒸发热水塔、低压闪蒸罐间的高度差，让其满足技术工艺的设计要求。蒸发热水塔基于裙座支撑与地面之上，低压、真空闪蒸罐都是耳式的支座形式，其满足技术工艺的应用要求。

3 管道

多喷嘴对置式的水煤浆气化技术与多元料浆气化技术都属于是耐火的砖结构，要求定期对气化炉的喷嘴进行拆卸与检修，所以，在进行气化炉喷嘴层设计的时候，需要预留出充足的操作、检修空间。水煤浆的气化技术有很多优势，但是其也有不足之处，其中较为突出的就是黑水管线堵塞与磨损。如果黑水管线当中的黑水流速较慢，固体颗粒极易在管道当中产生沉积，会将管道堵塞，如果黑水管线当中的黑水流速较快，就会对弯头产生磨损。所以在进行管道布置的时候，要求对其坡度进行设置，减少弯头的使用数量，以免产生袋形，尽量使用大半径的弯头，同时需要对其进行耐磨处理。

4 结束语

综上所述，水煤浆气化技术具有很多优势，因为其较为成熟、成本资金投入少而得以广泛应用，与多元料浆气化技术进行实际比较，多喷嘴对置式水煤浆气化技术需要水平、对置布置四只喷嘴，并且还要设计一级闪蒸、于蒸发热水塔当中进行直接换热等。这样的优化设计方式，让其在装置的规模、成本投资、能量利用率、碳转化率以及净化成效等诸多方面具有显著优势。

参考文献：

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