水冷壁水煤漿氣化爐的工藝特點(diǎn)及運(yùn)行情況

喬 治，李相軍

（1.河南省安陽正一中學(xué)，河南安陽 455000；2.清華大學(xué)，北京 100084）

水冷壁水煤漿氣化爐的工藝特點(diǎn)及運(yùn)行情況

喬 治1，李相軍2

（1.河南省安陽正一中學(xué)，河南安陽 455000；2.清華大學(xué)，北京 100084）

介紹了水冷壁水煤漿氣化爐的工藝特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢，并用實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行情況和工藝數(shù)據(jù)驗(yàn)證了水冷壁水煤漿氣化爐的先進(jìn)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。

水冷壁；水煤漿；氣化爐

水冷壁水煤漿氣化爐氣化技術(shù)采用水煤漿加壓氣化、激冷流程，氣化室內(nèi)件是一臺膜式水冷壁，安裝在氣化爐承壓外殼中，氣化爐運(yùn)行時，高溫熔融的液態(tài)渣在水冷壁表面固化形成固態(tài)灰渣層，能夠?qū)λ浔谄鸨Ｗo(hù)作用，防止水冷壁管受到熔渣的侵蝕，達(dá)到“以渣抗渣”的效果［1］。該技術(shù)具有氣化爐連續(xù)運(yùn)行周期長，制造和維修費(fèi)用低，煤種的適用范圍廣等特點(diǎn)。

1 水冷壁水煤漿氣化爐氣化工藝流程

水冷壁水煤漿氣化爐氣化工藝流程見圖1。

圖1 水冷壁水煤漿氣化爐氣化工藝流程Fig.1 Gasfier process of the coal water slurry gasifier

水煤漿和氧氣經(jīng)過工藝燒嘴一起送入氣化爐中，在氣化爐燃燒室內(nèi)的高溫、高壓（1250～1 550℃、4.0～6.5MPa）條件下發(fā)生復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)，生成以CO、H2、CO2為主要成分的粗合成氣，并有一系列的副反應(yīng)發(fā)生。粗合成氣與灰渣進(jìn)入下降管與激冷環(huán)噴出的激冷水換熱并逐漸冷卻，然后進(jìn)入激冷室下部水中水浴，粗合成氣中含有的灰渣被激冷后固化，較大的灰渣顆粒冷卻后沉入激冷室底部經(jīng)過破渣機(jī)進(jìn)入渣鎖斗［2，3］。另外一部分顆粒較小的灰渣隨著黑水一起進(jìn)入閃蒸工段，還有一部分較細(xì)的灰渣顆粒會被合成氣夾帶進(jìn)入下步工序。

初步洗滌冷卻后的粗合成氣沿激冷室向上流動，通過激冷室側(cè)壁的合成氣出口管通過文丘里洗滌器進(jìn)入合成氣洗滌塔。首先，進(jìn)入洗滌塔底部進(jìn)行水浴，洗掉其中的大部分細(xì)渣，然后，沿洗滌塔向上流動，經(jīng)過塔盤與灰水或冷凝液逆流直接接觸，洗滌剩余的固體顆粒，離開洗滌塔的合成氣中含塵量小于1 mg／m3。在洗滌塔頂部安裝有旋流板除沫器，合成氣在離開洗滌塔時除去其中夾帶的水霧，干凈的合成氣出洗滌塔送出界區(qū)。

2 水冷壁水煤漿氣化爐技術(shù)工藝特點(diǎn)

水冷壁水煤漿氣化爐充分吸收消化了水煤漿耐火磚和干粉水冷壁氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時，還避開了它們的不足之處，具有很明顯的技術(shù)優(yōu)勢和特點(diǎn)。

2.1 安全性好

水冷壁水煤漿氣化爐水冷壁采用熱能工程領(lǐng)域成熟的懸掛式垂直管結(jié)構(gòu)，水冷壁結(jié)構(gòu)簡單合理，冷卻均勻，系統(tǒng)阻力低，不會出現(xiàn)汽水分層現(xiàn)象。既保證了水循環(huán)的安全性又避免了復(fù)雜的熱膨脹處理問題。

水冷壁水煤漿氣化爐在研發(fā)過程中充分考慮了水冷壁水汽自然循環(huán)的可行性，在特殊故障無法強(qiáng)制水循環(huán)時，水汽系統(tǒng)可自然循環(huán)，保護(hù)水冷壁不受損壞。

水冷壁水煤漿氣化爐采用組合燒嘴，常壓下完成氣化爐點(diǎn)火、升溫、投煤全過程，不需切換燒嘴。點(diǎn)火時送入燃料氣，用燃料氣將氣化爐溫度升至800℃，在常壓下投水煤漿，燃料氣與水煤漿同軸伴燃，穩(wěn)燃后切斷燃料氣，點(diǎn)火燒嘴退出。由于有燃料氣的伴燃，投料后氣化爐溫度馬上上升，不會發(fā)生爆燃。

2.2 系統(tǒng)啟動快

組合式點(diǎn)火升溫過程簡化，點(diǎn)火、投料程序一體化完成。水煤漿投料點(diǎn)火采用特殊設(shè)計(jì)的點(diǎn)火技術(shù)，氣化爐從冷態(tài)到滿負(fù)荷運(yùn)行，整個過程僅需3 h。

與此相似，在現(xiàn)實(shí)生活中，我們干掉高考這個BOSS以后，武功進(jìn)入了一個瓶頸期，每個人的斗志也因此消磨許多。所以，我們不妨試著將這四年的大學(xué)時光，當(dāng)作是一段特殊的“閉關(guān)修煉”，修身養(yǎng)性，格物致知，潛心修煉內(nèi)功和外功。在不斷提升自我的同時，抵御綁定了潛在風(fēng)險的外來誘惑。

2.3 投資少

水冷壁水煤漿氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，與耐火磚氣化爐相比，氣化爐外殼溫度低，爐殼鋼板材料采用國產(chǎn)的14Cr1MoR，而不需要采用進(jìn)口SA387，并且不需要換磚，維修作業(yè)少，所以水冷壁水煤漿氣化爐一般不設(shè)備用爐，對于同等規(guī)模的氣化裝置，至少可以節(jié)省一套備用氣化爐系統(tǒng)［4］。

與干粉氣化爐相比，由于沒有復(fù)雜的煤粉制備和輸送系統(tǒng)，單臺氣化爐的投資低。對于40萬t／a合成氨規(guī)模的氣化裝置，2臺干粉氣化爐投資約4～5億元，而2臺水冷壁水煤漿氣化爐投資只需2.5～3億元。

2.4 煤種適應(yīng)性強(qiáng)

水冷壁水煤漿氣化爐采用水冷壁保護(hù)結(jié)構(gòu)，不再受制于耐火磚的工作溫度限制，與其它類型的水冷壁氣化爐相比，由于水冷壁水煤漿氣化爐流場和溫度場均勻的優(yōu)勢，比較容易掛渣且掛渣更為均勻，可以使用灰熔點(diǎn)更高一些的煤做為原料，煤種適應(yīng)性更強(qiáng)。

2.5 對環(huán)境友好

1）和耐火磚氣化爐相比。因?yàn)闆]有耐火磚，排放廢水中不含六價鉻，也沒有含鉻廢渣的污染。水冷壁水煤漿氣化爐從點(diǎn)火、投料一直到正常負(fù)荷，只需要2～3h，氣化爐升溫時間短，大大減少了烘爐燃料氣消耗和廢氣的排放。

水冷壁水煤漿氣化爐煤氣化技術(shù)殘?zhí)亢康停瑥U渣易于收集處理，廢水無難處理污染物，正常生產(chǎn)過程中無廢氣排放。還可以用工廠難以處理的有機(jī)廢水來磨制煤漿，環(huán)保方面優(yōu)勢明顯。

2.6 燒嘴運(yùn)行時間長

水冷壁水煤漿氣化爐氣化燒嘴采用獨(dú)特的水夾套冷卻結(jié)構(gòu)，采用高溫冷卻水，減小了應(yīng)力腐蝕和露點(diǎn)腐蝕，使燒嘴運(yùn)行環(huán)境得到優(yōu)化。燒嘴冷卻水壓力比氣化爐高，即使燒嘴冷卻水輕微泄漏，也不必立即停車。燒嘴運(yùn)行時間可以保證連續(xù)運(yùn)行120d以上。

3 水冷壁水煤漿氣化爐的運(yùn)行情況

3.1 山西陽煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司

2011年8月22日，具有我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的首臺水煤漿水冷壁氣化爐在山西陽煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司一次投料成功，至今已連續(xù)運(yùn)行了四年多，操作壓力4.0MPa，氣化爐直徑2800mm。已使用或試燒過的煤種達(dá)數(shù)十種，揮發(fā)分含量6%～35%，灰分含量6%～36%，灰熔點(diǎn)流動溫度1150～1520℃。

豐喜肥業(yè)水冷壁氣化爐使用的典型煤種有：神木煤、低階半焦煤、神華化工煤、高灰熔點(diǎn)煤、朔州煤等。幾種有代表性的煤種參數(shù)見表1。

表1 不同煤種的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)Tab.1 Coalanalysis data of different coal types

表2、表3、表4為各種不同煤種的燃燒情況，由表2～表4數(shù)據(jù)可知，水冷壁水煤漿氣化爐的轉(zhuǎn)化率較高，燃燒效率高。

表2 不同煤種的灰熔點(diǎn)分析結(jié)果Tab.2 Analysis results of ash melting point of different coal species

表3 煤渣水分灰分分析Tab.3 Analysis of coal ash water

表4 不同煤種的粗煤氣成分Tab.4 Crude gas composition of different coal species

3.2 新疆天業(yè)

新疆天業(yè)水冷壁氣化爐于2015年8月21日開車成功，操作壓力為6.5MPa，水冷壁系統(tǒng)工作壓力7.0MPa，氣化爐直徑2800mm，是世界上首套操作壓力6.5MPa的水冷壁氣化裝置，該氣化裝置主要采用本地煤配半焦，水分1.61%、固定碳47.32%、揮發(fā)份22.84%、灰份28.22%、全硫0.62%。燃燒情況為：①粗渣中水分3.69%、灰分92.65%、碳含量3.69%；細(xì)渣中水分17.15%、灰分54.98%、碳含量27.87%。②粗煤氣中φ（H2）34.68%、φ（CO）41.42%、φ（CO2）20.76%、φ（CH4）0.03%

這些數(shù)據(jù)說明水冷壁水煤漿氣化爐的轉(zhuǎn)化率較高，燃燒效率高。

4 結(jié)語

水冷壁水煤漿氣化爐的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是煤種適應(yīng)性好、操作簡單、維修工作量少、運(yùn)行費(fèi)用低、綠色環(huán)保。系統(tǒng)投資少、設(shè)備可全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，技術(shù)支持方便及時。從目前水冷壁水煤漿氣化爐裝置在企業(yè)的運(yùn)行情況來看，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或部分超過國外先進(jìn)技術(shù)水平。

［1］劉樂利.水煤漿加壓氣化主要技術(shù)與裝備進(jìn)展［J］.煤化工，2013，164（1）：63－65.

［2］汪家銘.水煤漿水冷壁氣化技術(shù)及其應(yīng)用［J］.化學(xué)工業(yè)，2010，30（10）：30－33.

［3］劉孝弟，張勇，顧學(xué)穎.水煤漿加壓氣化技術(shù)的發(fā)展途徑探討［J］.化工設(shè)計(jì)通訊，2013，39（1）：5－14.

［4］馬飛躍.水煤漿耐火磚氣化爐改造的可行性分析［J］.化肥工業(yè)2012，39（4）：29－32.

Process Characteristics and Operation of Actual Production of Coal Water Slurry Gasifier with Water Cooled Wall

Q IAO Zhi1，LI Xiang－jun2

（1.Henan Anyang ZhengyiMiddle School，Anyang 455000，China；2.Tsinghua University，Beijing 100084，China）

This article describes the process characteristics and technological advantages of gasifier with water cooled wall，and the advanced nature，practicality and stability of the coalwater slurry gasifier are verified by the operation of actual production and process data.

water cooled wall；coal water slurry；gasifier

TQ546

A

1004-275X（2015）06-0062-04

收稿：2015－10－18

*通信聯(lián)系人：李相軍，清華大學(xué)熱能系，工程師，長期從事煤氣技術(shù)化研究、工藝包編制及生產(chǎn)裝置運(yùn)行指導(dǎo)等工作。

10.3969／j.issn.1004-275X.2015.06.016