多喷嘴对置式水煤浆气化技术研究
摘要：水煤浆气化技术是提升煤炭清洁、高效利用能力的重要技术手段，本文的研究典型水煤浆气化项目为例，探讨了多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工艺流程，气化装置及技术优势。

关键字：多喷嘴，，水煤浆气化，气流床
现阶段煤气化的主流技术包括气流床，流化床和固定床三类，固定床的典型技术类型是Lurgi技术，流化床以灰熔聚、高温温克勒等为代表，多喷嘴对置式为气流床的代表技术。

其中气流床技术的技术成熟度最高，效率最高，污染排放最低，是近年来发展迅速的煤气化技术类型。

在低碳、节能、减排的背景下，开展高效的水煤浆气化技术具有重要的研究意义。

1 多喷嘴对置式水煤浆气化项目概况
在科技部及相关科研院所的支持下，兖矿集团在内蒙古建设了超大型水煤浆气化项目，该项目采用多喷嘴对峙式水煤浆气化技术路线。

该项目一期建设生产线核心气化炉直径为3.6米，采用的压力在6.5MPa范围内。

在取得良好运行效果的基础上，未来计划开工建设2期项目，2期项目日处理能力进一步提升。

本次研究的水煤浆气化项目，是该技术首次技术转让的建设项目，与此同时，也是多喷嘴对置式水煤浆技术首次的大型应用，标志着该项技术进入了煤制天然气市场。

该项目的成功标志着多喷嘴对置式水煤浆气化技术，在大型化水煤浆处理中具有明显的技术优势和经济优势。

该系统使用了较为先进的低温空气分离技术，设备来自德国林德工；在气体净化装置的选择中，使用了低温甲醇洗技术，是国内单系列最大的气体净化装置之一；在甲醇合成装置中选用了轴向甲醇合成技术，意大利fbm公司制造的甲醇合成塔。

2 多喷嘴对置式水煤浆气化技术研究
2.1 气化装置分析
本项目对应的气化装置采用2开1备的模式，有效提升了工艺流程的稳定性，多喷嘴对置式水煤浆气化装置的单炉有效气体流量控制在 2.25×105m5/H范围内。

水煤浆储存于煤浆槽中后，经过煤浆给料泵加压泵送，分别送至四个烧嘴处，进
入气化炉工艺段，在烧嘴处与高压氧气混合一同进入气化炉。

在4个烧嘴处水煤
浆和氧气混合并加热进入气化炉燃烧室，发生部分氧化反应，反应得到部分碳、
炉渣和粗合成气，粗合成气沿冷水管下流，并在燃烧室的下部出口进入洗涤室，
完成冷却，冷却后的粗合成气以鼓泡的形式完成冷却和洗涤作业。

其后，气体进
入洗涤冷却室，并在洗涤冷却室的上部完成分离，将带出的固体颗粒和液体排出。

在气化炉内得到的反应炉渣冷却后排出系统，冷却后的溶渣装入渣车运输到指定
区域。

洗涤过程会产生黑水，黑水可循环使用，循环黑水需经过减压闪蒸，真空
闪蒸，沉降过程。

2.2 气化工艺流程分析
通过上面的分析可以看到，多喷嘴对置式水煤浆气化技术属于气流床技术的
一类，燃烧温度基本上控制在1300~1400℃之间，温度相对恒定。

通过煤浆制备
工艺和输送工艺段将合格的水煤浆置入反应过程，在反应中加入高压氧气，利用
高效的对置式喷嘴进行混合，产生高温高压煤气以及溶渣。

煤气净化过程主要的
设备包括水洗塔，混合器和旋风分离器。

在水煤浆气化工艺段，煤浆的浓度控制在61%，并加压与混合99.6%纯度氧
气的空气混合，在同一个水平面上接入烧嘴，对喷进入气化炉。

此过程中形成6
个反应区，分别为管流区，撞击区，射流区，回流区，折返流区和撞击流区。

利
用煤气化燃烧形成的热能，可维持反应温度在煤的灰熔点，该反应过程非常剧烈，通常在4~10秒内可完成。

（1）射流区：水煤浆经喷嘴射出后，进入射流区，此时流速较高并产生湍
流脉动，其后速度逐渐降低，此过程受到撞击区压力及相邻射流边界的影响，射
流扩张角逐渐增大，直至进入撞击区。

（2）撞击区：水煤浆经过射流区后射流边界逐渐交汇，并在中心部位剧烈
碰撞，中心部位的静压较高，碰撞也最为激烈，此点称之为驻点，此时射流的轴
线速度接近于0。

在流向相反的两股径流的撞击作用下，射流的速度方向发生变化，径向速度增大，轴向速度降低，湍流加强，混合效果增加。

（3）撞击流股：喷嘴喷出后，四股流体相互撞击，并沿着反应器的轴向开
始运动，碰撞的结果是在上方和下方形成特征相同，但流动方向完全相反的两股
流体，此种条件下的流体具有和射流相同的特性，也即流体对于周边的介质有明
显的卷吸作用，作用效果并沿着轴线方向逐渐扩大影响范围，同时速度依次衰减，直至轴向速度平缓分布。

（4）回流区：由于撞击流股具有明显的卷吸作用，所以回流区位于撞击流
股的边界和射流区的边界位置。

（5）折返流区：折返流区位于炉壁的折线向下区域，形成的原因是流股沿
反射器的轴线向上运动对拱顶形成撞击。

（6）管流区：管流区通常位于炉膛的下部，是在撞击射流，射流，撞击股
流等消失后出现的区域，在此区域中，流股的径向速度不变。

2.3 多喷嘴对置式水煤浆气化技术优势
（1）煤炭资源利用效率高
煤炭资源的利用受到多种因素的影响，煤浆的粒径分布，气化炉的温度分布，雾化效果以及水煤浆在炉内的停留时间等，都会影响水煤浆气化利用效率。

其中
人为因素可以决定，同时影响效果最显著的是物料的停留时间和喷嘴处的雾化效果。

采用多喷嘴对置式的技术流程，能够明显提升雾化效果，同时延长水煤浆在
气化炉内的停留时间，有利于反应的充分进行。

部分学者指出，水煤浆的气化过程，原煤的成本占总成本的60%~70%，采用了高效率的多喷嘴雾化技术，能够提
升碳转化率，从而提升煤炭的综合利用效率。

从这一角度分析，推广多喷嘴对
置式水煤浆气化技术，具有较为明显的成本优势。

（2）热回收效果好
本项目采用了较为成熟的直接换热式热能回收工艺，从水洗塔、旋风分离器
和气化炉中得到的黑水，经一次减压后进入闪蒸工艺，闪蒸得到的水蒸气可接入
热水式填料层，热能的回收利用。

热能的循环利用有利于降低生产经营成本，提
升能源综合利用效率。

（3）具有较好的带压联投效果
上文中提到的技术方案，设置了可独立控制的4个烧嘴，在水煤浆气化过程
中任意烧嘴发生鼓掌停止工作，不会影响其余烧嘴的运行，可维持系统的正常生产。

发生故障的烧嘴，可进入高压氮气保护，分析故障原因并进行故障排除。

这
种设计能够减少故障对系统运行的影响，系统波动小，带压联投效果号。

（4）环保压力小
实践证明多喷嘴对置式水煤浆气化技术具有较高的碳转化率，滤饼的黏度低，碳渣中含碳量低，有利于固液分离。

滤液应真空过滤后可用于研磨煤浆，排出物
少环保压力小。

与此同时吨煤生产产生的废水少，对污水处理系统的要求低。

3 结语
水煤浆气化技术是煤炭清洁高效利用的关键核心技术，也是多联产系统，煤
基大宗化学品，燃料电池，煤基清洁燃料合成等相关工业过程的基础。

作为现代
煤化工工业的基础，煤气化在冶金，电力，炼油等行业中也有着广泛的应用，是
诸多工业生产的核心、关键、共性技术。

通过上面的分析，可以看到多喷嘴对置
式水煤浆气化技术具有明显的技术优势，现已成为水煤浆气化的主要工艺流程之一，运行过程稳定可控，多项经济指标具有优势。

参考文献：
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