多噴嘴對置式水煤漿氣化與GE水煤漿氣化的對比

張振華，張彥彥

(陜西未來能源化工有限公司 陜西榆林 719000)

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多噴嘴對置式水煤漿氣化與GE水煤漿氣化的對比

張振華，張彥彥

(陜西未來能源化工有限公司 陜西榆林 719000)

介紹了GE水煤漿氣化工藝和多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝的氣化爐結構和工藝流程，通過對比得出了2種氣化工藝間的不同。2種氣化工藝是國內應用最廣泛、最可靠的水煤漿氣化工藝技術，其差別主要集中在流場、激冷方式、氣體初步凈化系統和渣水處理系統。

水煤漿氣化 氣化爐 工藝流程 對比

水煤漿氣化是以純氧和水煤漿為原料，采用氣流床反應器，在加壓非催化條件下進行部分氧化反應，生成含CO和H2的粗煤氣的氣化技術，其中GE水煤漿氣化工藝(以下簡稱GE氣化工藝)和多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝(以下簡稱多噴嘴氣化工藝)是水煤漿氣化工藝技術中最重要的2種工藝。1989年，兗礦魯南化肥廠最早引進了德士古(Texaco)水煤漿氣化技術；2004年，美國通用電氣公司(GE)收購德士古公司氣化部，德士古(Texaco)氣化技術成為GE氣化技術。多噴嘴氣化技術是國家“九五”重點科技攻關項目；“十五”期間工業放大，即日處理千噸煤級工業示范裝置的建設和運行(863課題)；“十一五”期間大型化，即日處理2 000 t煤級工業裝置的建設運行(863課題)。

1 氣化爐結構

氣化爐是氣化裝置的關鍵設備，2種氣化技術的氣化爐結構簡圖如圖1所示。

(1)GE水煤漿氣化爐(以下簡稱GE氣化爐)和多噴嘴對置式水煤漿氣化爐(以下簡稱多噴嘴氣化爐)都由上部的氣化室(燃燒室)和下部的洗滌冷卻室(激冷室)2個部分組成。氣化室和洗滌冷卻室的高度比基本一致，多噴嘴氣化爐的高徑比略大于GE氣化爐。多噴嘴氣化爐的氣化室筒體和洗滌冷卻室筒體直徑相同，而GE氣化爐洗滌冷卻室的筒體直徑要大于氣化室的直徑。2種氣化爐的氣化室都筑有3層耐火磚保護筒體，最里層是直接接觸熔渣和高溫氣體的向火層，為鉻鋁鋯磚，氧化鉻含量約86%(質量分數，下同)，氧化鋯含量約7%，俗稱高鉻磚；中間層是背襯層，為鉻鋁磚，氧化鉻含量約12%，氧化鋁含量約87%，俗稱低鉻磚；最外層是保溫層，主要是含氧化鋁的空心球磚，氧化鋁含量約98%。

(2)2種氣化爐工藝燒嘴均由中心氧通道、環氧通道和水煤漿通道組成，高溫狀態下工作的燒嘴設有冷卻水裝置，但燒嘴安裝位置、數量和燒嘴口部結構(圖2)不同。GE氣化爐采用預混式燒嘴，單噴嘴安裝在氣化爐的正上方，燒嘴口中心氧管位置較深，水煤漿與氧氣在燒嘴中充分混合、霧化后進入GE氣化爐燃燒室；運行時，水煤漿與氧氣的混合物從氣化爐頂部往下噴射，形成單噴嘴受限射流場。多噴嘴氣化爐有4只預膜式工藝燒嘴，安裝在氣化室中上部，4只工藝燒嘴均布在同一水平面上，相鄰燒嘴軸線夾角為90°；燒嘴出口的氧氣流股與水煤漿流股進行動量交換，煤漿被霧化，混合物料發生對噴撞擊，進而形成對噴撞擊流場。

圖1 2種氣化技術的氣化爐結構簡圖

圖2 2種氣化技術工藝燒嘴口部結構

(3)2種氣化爐都需熱備爐，即氣化爐開車前需烘爐預熱。GE氣化爐的預熱燒嘴和工藝燒嘴處于同一位置，氣化爐預熱完成后，將預熱燒嘴更換為工藝燒嘴。多噴嘴氣化爐預熱燒嘴位于氣化爐的正上方，氣化爐預熱完成后直接將上部法蘭口盲死，大大節省了開車時間。

(4)GE氣化爐洗滌冷卻室利用冷卻下降管與導氣管共同對氣固混合物進行冷卻和分離，操作過程中有騰涌現象，煤氣易帶水和帶灰，且洗滌冷卻室液位難以控制。多噴嘴氣化爐則采用洗滌冷卻管和氣泡分割器(圖3)對氣固混合物進行冷卻和分離，煤氣經洗滌冷卻管下端進入鼓泡床，床層設置的氣泡分割器共設有4層破泡條，每層由若干根截面呈三角形鋸齒狀長條組成，相鄰2層破泡條相互垂直，能夠有效破除氣體沖破水浴后在上升過程中所產生的氣泡，運行時無騰涌和帶水、帶灰現象，且液位容易控制。

圖3 多噴嘴氣化爐氣泡分割器

(5)GE氣化技術采用破渣機直接對燃燒過程中產生的大塊爐渣進行強制破碎。多噴嘴氣化技術在洗滌冷卻室的底部設置了1臺靜態破渣器，粒徑大于Φ150 mm的灰渣在重力和水的湍動作用下沿靜態破渣器斜面向下滾動，利用靜態破渣器的棱角和水的湍動將灰渣破碎。

2 工藝流程

GE氣化工藝和多噴嘴氣化工藝都屬于氣流床氣化工藝，主要包括水煤漿氣化、煤氣洗滌(初步凈化)和渣水處理。GE氣化工藝流程示意見圖4，多噴嘴氣化工藝流程示意見圖5。

圖4 GE氣化工藝流程示意

圖5 多噴嘴氣化工藝流程示意

(1)GE氣化工藝中文丘里管與多噴嘴氣化工藝中混合器的結構和作用相同，主要目的是使煤氣中夾帶的固體顆粒完全濕潤，以便在后系統中能快速去除。

(2)GE氣化工藝中的碳洗塔與多噴嘴對置式氣化工藝中的水洗塔均是為了洗滌除去煤氣中的細灰，使煤氣中水氣比控制在1.4～1.6、含塵質量濃度控制在<1 mg/m3；但兩者的內部結構略有不同，洗滌方式也不相同。

在GE氣化工藝中，從文丘里洗滌器出來的氣液混合物進入碳洗塔，沿下降管進入塔底的水浴中。煤氣向上穿過水層，大部分固體顆粒沉降至塔底部與氣體分離。上升的煤氣沿下降管和導氣管的環隙向上穿過沖擊式塔板，與洗滌液逆向接觸，洗滌除去固體顆粒。氣體在洗滌塔頂部經絲網除沫器除去夾帶的霧沫，然后離開碳洗塔進入變換工序。

在多噴嘴氣化工藝中，來自旋風分離器的煤氣通過水洗塔內部開口向下的進氣管進入水洗塔，上升的煤氣經固閥塔盤和泡罩塔盤與洗滌液逆流接觸以除去剩余的固體顆粒。氣體在水洗塔頂部經旋流板除去夾帶的霧沫，然后離開水洗塔進入變換工序。

(3)多噴嘴氣化工藝在混合器和水洗塔之間設置了1臺旋風分離器，其目的是借助離心力最大限度地除去煤氣中的液態水和細灰，使氣化爐激冷水的水質大大提高，有利于延長激冷環的使用壽命，同時降低水洗塔的洗滌負荷。GE氣化工藝中沒有類似功能的設備。

(4)GE氣化工藝采用換熱器間接換熱回收熱量，即：閃蒸器閃蒸后的黑水經渣水處理系統處理后成為灰水，返回的灰水與閃蒸的酸性氣在灰水換熱器中回收熱量，使灰水升溫。

多噴嘴氣化工藝采用蒸發熱水塔實現熱量回收。蒸發熱水塔由蒸發室與熱水室組成，協同完成黑水熱量的回收，使返回的灰水升溫，并通過蒸發方式回收部分黑水(蒸汽)補入返回的灰水中，使溶解于黑水中的酸性氣和不凝氣被脫除。

3 結語

作為國內應用最廣泛、最可靠的2種氣化工藝技術，多噴嘴氣化工藝和GE氣化工藝都采用水煤漿供料、液態排渣，氣化爐內壁襯有多層耐火磚，水煤漿和氧氣從燒嘴高速連續噴入氣化室內并迅速完成氣化過程。通過對2種氣化技術的氣化爐結構和工藝流程對比，其不同點總結如下。

(1)氣化爐結構及流場不同。GE氣化爐為單噴嘴受限射流場，單噴嘴工作負荷受限，霧化混合效果受限；多噴嘴氣化爐為多噴嘴撞擊流場，處理負荷大，霧化撞擊混合效果好。

(2)激冷方式不同。GE氣化爐激冷室采用上升管和下降管激冷方式，有騰涌和氣體帶水、帶灰現象；多噴嘴氣化爐采用噴淋和鼓泡復合床激冷方式，無騰涌現象，避免了氣體帶水、帶灰。

(3)氣體初步凈化系統不同。GE氣化技術采用文丘里管與碳洗塔組合的方式，細灰顆粒只在1臺塔內洗滌，洗滌效果較差，黑水含固量高；多噴嘴氣化技術采用混合器、旋風分離器和水洗塔組合的方式，采用先粗分、再精分的分級凈化，洗滌效果較好，黑水水質好。

(4)渣水處理系統不同。GE氣化技術采用高壓閃蒸和間接換熱的工藝，換熱器容易結垢、堵灰，長周期運行后換熱效果下降；多噴嘴氣化技術采用蒸發熱水塔工藝，黑水在蒸發熱水塔內閃蒸和直接換熱，無結垢、堵灰現象，換熱效果好。

Comparison of Multinozzle Opposed Coal- Water Slurry Gasification with GE Coal- Water Slurry Gasification

ZHANG Zhenhua1, ZHANG Yanyan1

(Shaanxi Future Energy Chemical Co., Ltd. Shaanxi Yulin 719000)

An introduction is made of the gasifier structures and process flows of GE coal-water slurry gasification process and multinozzle opposed coal-water slurry gasification process, by comparison, the differences of two gasification processes are obtained. The two gasification processes are the most widely used in China and the most reliable coal- water slurry gasification technologies, the differences mainly concentrate on flow field and chilling method, gas preliminary purification system and slag water treatment system.

coal- water slurry gasification gasifier process flow comparison

張振華(1982—)，男，本科，工程師，從事化工技術管理工作；zzh_cto@163.com。

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