多噴嘴對置式水煤漿氣化技術研究

肖康 張文才

在我國能源結構中，煤炭資源的應用處于整個能源結構的核心地位，但是在煤炭的燃燒過程中，常會產生大量污染，這與我國的綠色發展理念不符，而水煤漿氣化技術能夠通過對煤炭的有效處理，將煤炭轉變為清潔能源，最終實現了對煤炭能源的綠色應用。本文通過對對噴嘴對置式水煤漿氣化技術的了解和研究，指出相關設備的設計過程，并提出該項技術的實現方式。

煤炭氣化是一個較為新穎的概念，是指將煤炭暴露于合適的環境下，利用氣化劑與煤炭發生化學反應，最終讓煤炭生成CO、H2等清潔氣體，實現了對煤炭的清潔利用。但是在相關設備的具體設計過程中，需要針對煤炭氣化過程的反應情況對系統進行基礎研究，研究內容包括大型冷模、小型熱模、霧化性能等多個方面，并將測試結果與標準值比較，確定裝置的合理程度。

1 多噴嘴對置式水煤漿氣化技術設備參數的確定

1.1 大型冷模研究

冷模試驗是在在沒有化學反應的情況下，利用沙子和水等物體進行的一種模擬試驗，通常用于各類流力力學的實驗過程，在水煤漿氣化過程中，為使相關物質能夠充分反應，需要對水煤漿的流動情況進行探究。該實驗系統主體為一個直徑為1m的對置氣化爐，氣化爐內部含有噴嘴，另外在氣化爐與鼓風機、水泵等實驗設備相連，模擬氣化爐中水煤漿的運動情況，同時在實驗過程中，還需要設置示蹤劑，并建設相關檢測系統，從而探究試驗材料在氣化爐中的運動情況，最終探究該中氣化爐能否滿足水煤漿氣化技術在氣化爐方面的要求。

1.2 小型粼蟆研究

通過水煤漿氣化條件的研究可以發現，在水煤漿的氣化過程中，除了需要在設備內部施加一定的氣壓，還需要對水煤漿進行加熱，所以在試驗過程中需要對整個氣化系統的加熱情況進行探究，所以需要進行熱模實驗。在實驗設施的建設過程中，會在熱模氣化爐上方設置噴嘴，并將氣化爐一側開孔，該開孔與試驗物質儲槽連接，同時在氣化爐中設置各類傳感器，探究氣化爐中試驗材料的運動情況。另外在該試驗過程中，重要的測量參數包括火焰溫度、溫度分布情況、氣化爐結構參數與試驗物質運動情況間的關系等方面，通過這幣川式驗方式能夠確定氣化物的合理程度，同時也能夠通過該項試驗對現有的氣化爐結構進行優化。

1.3 霧化性能研究

對于水煤漿氣化過程來說，噴嘴的功能為將水煤漿進行霧化，加決煤炭氣化過程中的化學反應速度和反應程度，通過上述試驗可以對氣化爐的結構參數進行設計與優化，并且能夠保證氣化爐參數的合理，但是對于不同的噴嘴尺寸來說，在應用過程中也會對煤炭的氣化過程造成重大影響，所以需要通過冷模試驗探究噴嘴尺寸與氣化爐參數間的關系，最終確定最適宜的霧化噴嘴尺寸。需要注意的是，在試驗過程中，試驗材料為水、甘油和水煤漿，同時系統中需要合理設置相應的檢測裝置，探究不同尺寸霧化噴嘴最終取得的實驗效果，找到霧化噴嘴的最佳參數。

1.4 合成器凈化研究

在水煤漿氣化技術的應用過程中，能夠通過化學反應確定產生不同的氣體，為了能夠實現氣體燃料的高效利用，需要最大限度降低氣體中的各類雜質，所以需要對氣體進行凈化處理，而凈化效果需要通過試驗進行探究。在試驗系統構建中，核心部件為旋風分離器，在應用過程中能夠實現氣體與固體或者液體的有效分離，為了探究凈化結果，需要在旋風分離器中設置氣體檢測探針，并且該探針與計算機相連，通過計算機軟件測定旋風分離器中氣體的凈化程度，從而確定氣體凈化系統的最佳建設方案，充分提升氣體生產質量。

2 多噴嘴對置式水煤漿氣化技術實現方式

（一）水煤漿反應系統設計

在整個水煤漿氣化系統中，反應系統為整個系統的設計和建設重點，通過上文可以看到，通過冷模和熱模實驗可以對氣化爐、噴嘴尺寸等方面進行合理設計與優化，所以在系統建設中，需要以相關試驗結果為依據，確定各類重要構件的參數。在噴嘴設置中，將在氣化爐上部對稱布置4個噴嘴，這些噴嘴同時將氧氣和煤炭粉末灌入氣化爐中，在氣化爐的環境中煤炭粉末能夠發生化學和物理變化，最終生成混合氣體以及殘渣。為了提升煤炭的反應程度，需要在氣化系統中設置兩個反應區域，稱為一次反應區和二次反應區，一次反應區為整個系統的總體反應區，在該區域中將生成大量混合氣體，并產生水、煤焦等生成物。二次反應區為甲烷、水、煤焦等物質的反應區，通過化學反應最終生成CO和H2，另外對于二次反應區，在化學反應的過程中會吸收大量熱量，可以吸收一次反應中產生的熱量，在提高反應程度的同時，也實現對熱量的有效回收。

（二）氣體凈化系統設計

通過上文已知，氣體凈化系統的主要設備為旋風分離器，在設備運行過程中，能夠通過氣壓使設備發生旋轉，最終產生離心力，實現氣體與液體或固體的有效分離。在試驗過程中已經按照系統所需的分離效果對設備參數進行合理選取，所以對于氣體凈化系統來說，主要設計重點為與氣體產生系統的連接方式。需要保證一次反應區與二次反應區的氣體都能夠輸入氣體凈化系統中，并且應用該系統實現了氣體凈化后將氣體有效輸出，所以對于該系統來說，起到氣體處理和輸出作用。

（三）含渣水處理系統設計

在含渣水的處理過程中，首先讓含渣水進入蒸發塔中，讓含渣水大量汽化，提升未蒸發部分含渣水中的固體含量，對于獲得的蒸汽，需要將其通人到熱水室中，并與循環灰水直接接觸，通過這種換熱的方式提高循環灰水的溫度。其次在含渣水的蒸發過程中，通過加溫方式讓水體中的酸性氣體解吸，降低水體對環境的影響。最后對已經經過蒸發的水體進行進一步處理，處理方式為進行真空閃蒸，這種方式能夠進一步降低水體溫度，并且讓水體的含固量獲得提升，同時全面消除水體中的酸性氣體，實現對含渣水的無害化處理。

綜上所述，在多噴嘴對置式水煤漿氣化系統的設計過程中，需要通過冷模試驗和熱模試驗確定氣化爐的各項參數，在確定參數后繼續采取冷模試驗確定噴嘴參數。在系統的實際建設中，包括氣化反應系統、氣體凈化系統和含渣水處理系統的設計，提高氣體產鬢彝靡屯凈度的同時，也對廢水進行無害化處理。