初探水煤漿加壓氣化主要技術(shù)及裝備進(jìn)展

陳方悟(安徽淮化集團(tuán)有限公司, 安徽 淮南 232038)

水煤漿加壓氣化技術(shù)主要就是煤炭清潔時(shí)使用的煤炭氣化方法，從20世紀(jì)90年代引進(jìn)了GE水煤漿加壓氣化技術(shù)，建立了較為系統(tǒng)的氣化理論，隨之開(kāi)發(fā)了四噴嘴對(duì)置式和多元料漿兩種水煤漿加壓氣化爐，還有水冷壁清華爐技術(shù)。選取良好材料加長(zhǎng)工藝噴嘴的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間、提升氣化爐的高溫性能、提升自動(dòng)化的控制能力等方案，這些都決定了水煤氣加壓氣化裝置的運(yùn)行時(shí)間。

1 我國(guó)水煤漿加壓氣化技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用

(1)GE水煤漿加壓氣化技術(shù) 美國(guó)Texaco公司首先研發(fā)了氣流床煤氣化裝置，此裝置的原料為水煤漿、以加壓氣化劑作為氧，在1993年兗礦魯引進(jìn)了水煤漿加壓氣化演示裝置。在氣化爐頂一共配置了混式和內(nèi)旋式兩種噴嘴，錐底口被耐火磚劃分為兩個(gè)室，分別是燃燒室、激冷室[1]。溢流床在激冷的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)激冷室液很難把握、激冷環(huán)容易被堵等技術(shù)缺點(diǎn)，在具體生成運(yùn)行過(guò)程中，所有企業(yè)都隨機(jī)應(yīng)變的進(jìn)行了技術(shù)改變，基本上解決了上述問(wèn)題。因?yàn)闅饣に囍挥幸粋€(gè)工藝燒嘴，在單爐進(jìn)行產(chǎn)氣時(shí)，受燒嘴耐用性、負(fù)荷彈性調(diào)整等因素的影響，增加了裝備和單爐投煤量技術(shù)。國(guó)外GE單爐的投煤量高達(dá)每天兩千噸，國(guó)內(nèi)一天投煤量可達(dá)一千噸。在我國(guó)自主水煤漿加壓氣化技術(shù)的作用下，我國(guó)暫時(shí)不合適引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)。

(2)四噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化技術(shù) 在爐頂有開(kāi)工燒嘴一臺(tái)，在筒體與拱頂相交的下方均勻布置了四支工藝燒嘴，產(chǎn)生了撞擊流場(chǎng)。使用鼓泡與噴淋床相結(jié)合的床型冷卻室，這也是此項(xiàng)技術(shù)與GE氣化技術(shù)的不同之處，它彌補(bǔ)了GE技術(shù)存在這部分的缺點(diǎn)。洗滌冷卻室在出口處設(shè)置的擋板，使出口的過(guò)流面積增大，使合成氣出口的阻力降低；在出口處設(shè)置旋風(fēng)分離器，使合成氣帶風(fēng)現(xiàn)象減少發(fā)生。在GE爐傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在冷卻室端口處有動(dòng)力除渣器，但是效果一直不是很好，所以在更改過(guò)程中被換成靜態(tài)破渣器，新的GE爐中，已經(jīng)不存在動(dòng)力除渣器。在我國(guó)大型工業(yè)演示裝置兗礦國(guó)泰化工有限公司1150t/d的氣化爐中，有拱頂磚被腐蝕的現(xiàn)象發(fā)生，在氣化爐的長(zhǎng)徑加大之后，已經(jīng)不存在這種現(xiàn)象。因?yàn)闅饣癄t中的工藝燒嘴將會(huì)實(shí)現(xiàn)高壓煤漿泵錯(cuò)峰運(yùn)行，使投煤負(fù)荷更容易控制；從大型水煤漿氣化的發(fā)展方面考慮，四噴嘴氣化爐的負(fù)荷，具有較大的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，氣化系統(tǒng)容易達(dá)成工程化關(guān)系[2]。此項(xiàng)技術(shù)在江蘇等大企業(yè)應(yīng)用的過(guò)程中，將技術(shù)轉(zhuǎn)讓給美國(guó)瓦萊羅公司，這也是國(guó)內(nèi)初次向經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家輸送煤氣化技術(shù)。

2 水煤漿加壓氣化重要裝備

(1)工藝燒嘴 水煤漿氣化技術(shù)的重點(diǎn)裝備就是三流道式工藝燒嘴，在設(shè)計(jì)規(guī)劃和創(chuàng)造過(guò)程中尖端技術(shù)均在噴嘴上使用。工藝燒嘴的性能會(huì)影響含氣量、產(chǎn)氣量、碳的轉(zhuǎn)化率等，對(duì)工藝燒嘴使用時(shí)間造成影響的因素包括噴嘴結(jié)構(gòu)和尺寸構(gòu)成、噴嘴材料的質(zhì)量、水煤漿的質(zhì)量等。噴嘴結(jié)構(gòu)包括預(yù)混式、預(yù)模式、內(nèi)旋式三種燒嘴；從噴嘴材質(zhì)上劃分：包括鋼制燒嘴、陶瓷燒嘴。選擇熱障性好、耐磨性能強(qiáng)、質(zhì)量佳的金屬材料，要在部件上涂合金粉，可以有效延長(zhǎng)噴嘴使用時(shí)間。華東理工大學(xué)與北京航天動(dòng)力研究所接踵研發(fā)了新型的水煤漿燒嘴與長(zhǎng)時(shí)間使用的燒嘴技術(shù)。在噴嘴制造中使用了耐磨和熱障兩種材料，以此使工藝燒嘴可以延長(zhǎng)使用；通過(guò)優(yōu)化燒嘴工作、包裹澆注材料、冷卻保護(hù)殼等，將創(chuàng)新技術(shù)轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)力。在技術(shù)不斷創(chuàng)新的過(guò)程中，燒嘴的運(yùn)行時(shí)間現(xiàn)在可達(dá)到150天。

(2)耐火襯里 氣化的耐火襯里包含耐火隔熱澆注材料、纖維氈、向火高鉻面磚等，其中向火高鉻面磚可以與氣化介質(zhì)接觸。耐火磚通常情況下為Cr2O3-Al2O3-ZrO2系，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)中Cr2O3可達(dá)85%～89%，耐火磚的抗渣蝕性非常強(qiáng)，其中Al2O3可以使磚燒結(jié)成型，ZrO2可以使磚的抗熱性更高。運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，向火面高鉻磚就會(huì)越薄。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因就是物理沖擊、化學(xué)的腐蝕等，向火面高鉻磚使用時(shí)間還受到氣化爐溫度影響，如果持續(xù)高溫，耐火磚的所有性能就會(huì)降低。水煤漿加壓氣化可以使高溫下的煤種增加適應(yīng)性，要應(yīng)用配煤方式使灰熔融的溫度降低，把握操作溫度，使耐火襯里的使用時(shí)間延長(zhǎng)[3]。我國(guó)早已研發(fā)了耐火磚燒結(jié)和損毀機(jī)理，其耐火磚的制作水平已居于世界的首位。

3 結(jié)語(yǔ)

自水煤漿加壓氣化技術(shù)引進(jìn)我國(guó)以來(lái)，通過(guò)技術(shù)人員的努力，突破了裝備、技術(shù)難題，開(kāi)發(fā)出一批大型的水煤漿加壓氣化技術(shù)。隨著技術(shù)的成熟和經(jīng)驗(yàn)的積累，我國(guó)煤氣化技術(shù)已經(jīng)不再受國(guó)外的壟斷。此項(xiàng)技術(shù)被國(guó)際所認(rèn)可，并被作為大型煤氣的主要生產(chǎn)技術(shù)。

[1]井云環(huán),任淑榮.德士古廢鍋流程水煤漿加壓氣化工藝在煤化工聯(lián)合發(fā)電中的應(yīng)用[J].煤化工,2013,41(3):17-19.

[2]肖杰飛,孫中耀,葉盛芳,等.QDB系列催化劑在國(guó)內(nèi)首套四噴嘴水煤漿加壓氣化制氨裝置上的應(yīng)用[J].化肥工業(yè),2011,38(1):57-59,62.

[3]邵長(zhǎng)晶.ABB變頻器在新型水煤漿氣化高壓煤漿泵變頻傳動(dòng)中的應(yīng)用[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2011,38(5):31-35.