初探水煤漿加壓氣化主要技術及裝備進展

陳方悟(安徽淮化集團有限公司, 安徽 淮南 232038)

水煤漿加壓氣化技術主要就是煤炭清潔時使用的煤炭氣化方法，從20世紀90年代引進了GE水煤漿加壓氣化技術，建立了較為系統(tǒng)的氣化理論，隨之開發(fā)了四噴嘴對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。選取良好材料加長工藝噴嘴的轉動時間、提升氣化爐的高溫性能、提升自動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行時間。

1 我國水煤漿加壓氣化技術在工業(yè)中的應用

(1)GE水煤漿加壓氣化技術 美國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旋式兩種噴嘴，錐底口被耐火磚劃分為兩個室，分別是燃燒室、激冷室[1]。溢流床在激冷的過程中，會出現激冷室液很難把握、激冷環(huán)容易被堵等技術缺點，在具體生成運行過程中，所有企業(yè)都隨機應變的進行了技術改變，基本上解決了上述問題。因為氣化工藝只有一個工藝燒嘴，在單爐進行產氣時，受燒嘴耐用性、負荷彈性調整等因素的影響，增加了裝備和單爐投煤量技術。國外GE單爐的投煤量高達每天兩千噸，國內一天投煤量可達一千噸。在我國自主水煤漿加壓氣化技術的作用下，我國暫時不合適引進此項技術。

(2)四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術 在爐頂有開工燒嘴一臺，在筒體與拱頂相交的下方均勻布置了四支工藝燒嘴，產生了撞擊流場。使用鼓泡與噴淋床相結合的床型冷卻室，這也是此項技術與GE氣化技術的不同之處，它彌補了GE技術存在這部分的缺點。洗滌冷卻室在出口處設置的擋板，使出口的過流面積增大，使合成氣出口的阻力降低；在出口處設置旋風分離器，使合成氣帶風現象減少發(fā)生。在GE爐傳統(tǒng)設計中，在冷卻室端口處有動力除渣器，但是效果一直不是很好，所以在更改過程中被換成靜態(tài)破渣器，新的GE爐中，已經不存在動力除渣器。在我國大型工業(yè)演示裝置兗礦國泰化工有限公司1150t/d的氣化爐中，有拱頂磚被腐蝕的現象發(fā)生，在氣化爐的長徑加大之后，已經不存在這種現象。因為氣化爐中的工藝燒嘴將會實現高壓煤漿泵錯峰運行，使投煤負荷更容易控制；從大型水煤漿氣化的發(fā)展方面考慮，四噴嘴氣化爐的負荷，具有較大的經濟規(guī)模，氣化系統(tǒng)容易達成工程化關系[2]。此項技術在江蘇等大企業(yè)應用的過程中，將技術轉讓給美國瓦萊羅公司，這也是國內初次向經濟發(fā)達國家輸送煤氣化技術。

2 水煤漿加壓氣化重要裝備

(1)工藝燒嘴 水煤漿氣化技術的重點裝備就是三流道式工藝燒嘴，在設計規(guī)劃和創(chuàng)造過程中尖端技術均在噴嘴上使用。工藝燒嘴的性能會影響含氣量、產氣量、碳的轉化率等，對工藝燒嘴使用時間造成影響的因素包括噴嘴結構和尺寸構成、噴嘴材料的質量、水煤漿的質量等。噴嘴結構包括預混式、預模式、內旋式三種燒嘴；從噴嘴材質上劃分：包括鋼制燒嘴、陶瓷燒嘴。選擇熱障性好、耐磨性能強、質量佳的金屬材料，要在部件上涂合金粉，可以有效延長噴嘴使用時間。華東理工大學與北京航天動力研究所接踵研發(fā)了新型的水煤漿燒嘴與長時間使用的燒嘴技術。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使用；通過優(yōu)化燒嘴工作、包裹澆注材料、冷卻保護殼等，將創(chuàng)新技術轉變成生產力。在技術不斷創(chuàng)新的過程中，燒嘴的運行時間現在可達到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接觸。耐火磚通常情況下為Cr2O3-Al2O3-ZrO2系，在質量分數中Cr2O3可達85%～89%，耐火磚的抗渣蝕性非常強，其中Al2O3可以使磚燒結成型，ZrO2可以使磚的抗熱性更高。運行時間越長，向火面高鉻磚就會越薄。產生這種現象的主要原因就是物理沖擊、化學的腐蝕等，向火面高鉻磚使用時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降低。水煤漿加壓氣化可以使高溫下的煤種增加適應性，要應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間延長[3]。我國早已研發(fā)了耐火磚燒結和損毀機理，其耐火磚的制作水平已居于世界的首位。

3 結語

自水煤漿加壓氣化技術引進我國以來，通過技術人員的努力，突破了裝備、技術難題，開發(fā)出一批大型的水煤漿加壓氣化技術。隨著技術的成熟和經驗的積累，我國煤氣化技術已經不再受國外的壟斷。此項技術被國際所認可，并被作為大型煤氣的主要生產技術。

[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合發(fā)電中的應用[J].煤化工,2013,41(3):17-19.

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

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