多元料漿氣化工藝與多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化工藝的比較研究

趙立功 張小玲 赫鵬飛

摘 要：水煤漿氣化技術(shù)較為成熟，其因具有諸多優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。文中對(duì)比多元料漿氣化技術(shù)和多噴嘴對(duì)置式的水煤漿氣化技術(shù)，探析其各自存在的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，并且將其在裝置規(guī)模、成本資金投入、能量利用率、碳轉(zhuǎn)化率和凈化效果等優(yōu)勢闡述出來，希望能夠?yàn)樾袠I(yè)發(fā)展提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：多元料漿氣化工藝;多噴嘴對(duì)置式;水煤漿;氣化工藝;對(duì)比

0 引言

我國能源結(jié)構(gòu)屬于是富煤少油缺氣的狀態(tài)，也就是說煤炭在國家能源戰(zhàn)略當(dāng)中具有關(guān)鍵作用，要怎樣才能夠?qū)γ禾抠Y源進(jìn)行高效利用，是行業(yè)需要進(jìn)行探究的課題內(nèi)容。煤氣化屬于煤炭資源實(shí)現(xiàn)潔凈利用的有效方式，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。依據(jù)進(jìn)料方式的不同，煤氣化可劃分成粉煤氣化與水煤漿氣化等。水煤漿氣化的技術(shù)較為成熟，并且成本資金的投入并不高，其是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的一項(xiàng)技術(shù)手段。文中列舉極具代表性的湖北三寧項(xiàng)目，基于其應(yīng)用的不同技術(shù)工藝，對(duì)比多噴嘴對(duì)置式的水煤漿氣化技術(shù)與多元料漿氣化技術(shù)。

1 概述

1.1 流程

水煤漿氣化的流程一般包含：制備和輸送煤漿、氣化、洗滌以及處理渣水。粉煤與水、添加劑同時(shí)進(jìn)入到磨煤機(jī)中，制得60%濃度的煤漿，之后把煤漿輸送到磨機(jī)出料槽，通過低壓煤漿泵輸送到料漿儲(chǔ)槽，經(jīng)由高壓煤漿泵到燒嘴，于燒嘴附近和氧氣同時(shí)進(jìn)入到氣化爐當(dāng)中，并且在其中完成氣化反應(yīng)，形成主要成分是CO、H2的粗合成氣。將其導(dǎo)入到激冷室中，基于淬冷與降溫工藝對(duì)熔渣實(shí)施處理，粗合成氣冷卻之后，實(shí)施除灰、除夾帶水分的操作。淬冷、降溫之后的爐渣經(jīng)由鎖斗與排渣機(jī)而排出。粗合成氣經(jīng)由洗滌器、塔進(jìn)行除灰和洗滌的處理，并且運(yùn)送到交換工段。洗滌塔底部的黑水經(jīng)由灰水循環(huán)泵想洗滌器、氣化爐激冷水分的分布器進(jìn)行供水。

氣化爐的激冷室與洗滌塔中排出來的黑水在減壓之后輸送到低壓閃蒸罐當(dāng)中。閃蒸氣基于低壓閃蒸罐的頂端輸出，進(jìn)入到灰水加熱器中通洗滌塔節(jié)水實(shí)現(xiàn)換熱冷卻，經(jīng)由水冷器的冷卻之后進(jìn)入到低壓閃蒸分離器當(dāng)中。其中不凝氣與飽和水氣基于實(shí)際情況經(jīng)由壓力調(diào)節(jié)輸送到變換氣體、火炬當(dāng)中，低壓閃蒸罐的底部黑水會(huì)進(jìn)入到真空閃蒸罐當(dāng)中，而真空閃蒸罐中排出來的黑水經(jīng)由澄清槽進(jìn)料泵運(yùn)送到澄清槽中。其中真空閃蒸罐頂端出來的閃蒸氣經(jīng)由真空閃蒸空冷器進(jìn)行冷凝，并且進(jìn)入到真空氣液分離器當(dāng)中進(jìn)行分離，之后冷凝液輸送到灰水槽當(dāng)中，澄清槽底部的黑水經(jīng)由過濾機(jī)給料泵輸送到細(xì)渣過濾單元當(dāng)中，經(jīng)過澄清處理之后的灰水流入到灰水槽當(dāng)中，分別流入到脫氣水槽、去渣池或者鎖斗沖洗罐當(dāng)中，為了避免會(huì)水當(dāng)中的溶解物于水系統(tǒng)中產(chǎn)生沉積與累積，確保灰水中溶解物是平衡的，并且對(duì)其進(jìn)行廢水處理，這就是多元料漿氣化技術(shù)的具體流程。

對(duì)比多元料漿氣化技術(shù)，多噴嘴對(duì)置式煤漿氣化技術(shù)當(dāng)中增置了蒸發(fā)熱水塔，基于三級(jí)閃蒸進(jìn)行實(shí)際操作。蒸發(fā)熱水塔屬于是渣水處理中的重要設(shè)備，目標(biāo)就是把酸性、不凝性的氣體和黑水分離開，同時(shí)對(duì)黑水熱量進(jìn)行回收，其包含蒸發(fā)室與熱水室。氣化爐激冷室以及旋風(fēng)分離器、水洗塔當(dāng)中所排出來的黑水經(jīng)由減壓閥進(jìn)入到蒸發(fā)熱水塔的蒸發(fā)室當(dāng)中。之后依次進(jìn)入到低壓、真空閃蒸罐中進(jìn)行閃蒸，形成的黑水輸送到澄清槽當(dāng)中，經(jīng)過澄清處理之后的灰水流入到水槽當(dāng)中，有些黑水基于低壓灰水泵流入到蒸發(fā)熱水塔熱水室當(dāng)中，直接和氣化爐的激冷室、旋風(fēng)分離器與水洗塔中，對(duì)排出來的黑水實(shí)施換熱，有些輸送到鎖斗沖洗罐中進(jìn)行處理，有些則進(jìn)行區(qū)廢水處理。

1.2 對(duì)比兩種水煤漿氣化技術(shù)

1.2.1 噴嘴數(shù)量和布置方式

多元料漿氣化技術(shù)是我國西北化工研究院所自主研發(fā)出來的技術(shù)，基于單只噴嘴進(jìn)行頂噴布置。多噴嘴對(duì)置式的水煤漿氣化技術(shù)是我國華東理工大學(xué)和袞礦國拓聯(lián)合研發(fā)的技術(shù)，基于四只噴嘴進(jìn)行水平對(duì)置的布置。單只噴嘴煤漿量會(huì)影響氣化爐產(chǎn)生的氣化成效。單只噴嘴于一定時(shí)間之內(nèi)不能有太多煤漿進(jìn)入到氣化爐當(dāng)中，否則其會(huì)對(duì)噴嘴成效產(chǎn)生不良影響，對(duì)氣化爐本身的氣化成效產(chǎn)生不良影響。

1.2.2 裝置規(guī)模與投資

為了確保氣化爐本身的氣化成效，單只噴嘴噴出的煤漿量不宜過大，倘若在單只噴嘴煤漿量同等過大狀態(tài)下，適當(dāng)增加噴嘴的數(shù)量，也就是增加了氣化爐中進(jìn)入的煤漿量，能夠?qū)ρb置規(guī)模進(jìn)行增加，減少成本資金的投入。

1.2.3 能量利用率

蒸發(fā)熱水塔當(dāng)中，灰水槽中的部分灰水會(huì)直接同氣化爐的激冷室與旋風(fēng)分離器、水洗塔中排出來的黑水實(shí)現(xiàn)換熱，灰水的溫度較高且有良好的傳熱成效，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)在能量利用率方面的優(yōu)勢更為明顯。

1.2.4 碳轉(zhuǎn)化率

對(duì)比多元料漿氣化技術(shù)，多噴嘴對(duì)置式的水煤漿氣化技術(shù)中，設(shè)有四只噴嘴進(jìn)行水平、對(duì)置，同時(shí)會(huì)有四股煤漿水平地進(jìn)入到氣化爐當(dāng)中，并且在氣化爐中心產(chǎn)生碰撞與匯合，提升煤漿混合成效的同時(shí)，延長了氣化爐的氧化反應(yīng)時(shí)間，得以更加充分地進(jìn)行反應(yīng)，強(qiáng)化提升碳轉(zhuǎn)化率。

1.2.5 凈化成效

在多元料漿氣化技術(shù)當(dāng)中，粗合成氣經(jīng)由文丘里洗滌器、塔而進(jìn)行除灰與洗滌，實(shí)現(xiàn)初步凈化的處理目標(biāo)。多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)基于混合氣、水洗塔與旋風(fēng)分離器實(shí)現(xiàn)二次凈化，其除灰成效更為明顯，凈化成效也更為理想。

2 設(shè)備布置

設(shè)備布置一定要對(duì)工藝設(shè)計(jì)、環(huán)境保護(hù)等要求進(jìn)行滿足，確保生產(chǎn)的安全，比去年與進(jìn)行操作、施工與檢修，同時(shí)要兼顧具體的地理位置與氣候因素，滿足經(jīng)濟(jì)、合理的目標(biāo)。多元料漿氣化技術(shù)和多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的設(shè)備布置主要就是渣水的處理框架。

多元料漿氣化技術(shù)基于二級(jí)閃蒸而實(shí)現(xiàn)，渣水處理的狂階屬于混凝土結(jié)構(gòu)，總體高度為33m。遵照技術(shù)流程進(jìn)行閃蒸罐、進(jìn)料泵、澄清槽的布置。其中低壓閃蒸罐處在框架高點(diǎn)，自化爐激冷室與洗滌塔當(dāng)中排出來的黑水有充足壓差進(jìn)入到低壓閃蒸罐當(dāng)中。并且黑水基于重力流到真空閃蒸罐當(dāng)中，真空閃蒸罐底部產(chǎn)生的黑水經(jīng)由澄清槽的進(jìn)料泵進(jìn)入到澄清槽中。而多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)應(yīng)用的是三級(jí)閃蒸，渣水處理的框架也是混凝土，總體高度是30m?；诓讲礁咝问竭M(jìn)行布置，依次為蒸發(fā)熱水塔以及低壓、真空閃蒸罐，澄清槽在地面上，其中真空閃蒸罐的支撐處在框架最高層。蒸發(fā)熱水塔底部的黑水基于壓差流到低壓閃蒸罐當(dāng)中，之后其同樣基于壓差流到真空閃蒸罐當(dāng)中，其中流出的黑水自流進(jìn)入到澄清槽中?；谶@樣的布置方式，明確蒸發(fā)熱水塔、低壓閃蒸罐間的高度差，讓其滿足技術(shù)工藝的設(shè)計(jì)要求。蒸發(fā)熱水塔基于裙座支撐與地面之上，低壓、真空閃蒸罐都是耳式的支座形式，其滿足技術(shù)工藝的應(yīng)用要求。

3 管道

多噴嘴對(duì)置式的水煤漿氣化技術(shù)與多元料漿氣化技術(shù)都屬于是耐火的磚結(jié)構(gòu)，要求定期對(duì)氣化爐的噴嘴進(jìn)行拆卸與檢修，所以，在進(jìn)行氣化爐噴嘴層設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要預(yù)留出充足的操作、檢修空間。水煤漿的氣化技術(shù)有很多優(yōu)勢，但是其也有不足之處，其中較為突出的就是黑水管線堵塞與磨損。如果黑水管線當(dāng)中的黑水流速較慢，固體顆粒極易在管道當(dāng)中產(chǎn)生沉積，會(huì)將管道堵塞，如果黑水管線當(dāng)中的黑水流速較快，就會(huì)對(duì)彎頭產(chǎn)生磨損。所以在進(jìn)行管道布置的時(shí)候，要求對(duì)其坡度進(jìn)行設(shè)置，減少彎頭的使用數(shù)量，以免產(chǎn)生袋形，盡量使用大半徑的彎頭，同時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行耐磨處理。

4 結(jié)束語

綜上所述，水煤漿氣化技術(shù)具有很多優(yōu)勢，因?yàn)槠漭^為成熟、成本資金投入少而得以廣泛應(yīng)用，與多元料漿氣化技術(shù)進(jìn)行實(shí)際比較，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)需要水平、對(duì)置布置四只噴嘴，并且還要設(shè)計(jì)一級(jí)閃蒸、于蒸發(fā)熱水塔當(dāng)中進(jìn)行直接換熱等。這樣的優(yōu)化設(shè)計(jì)方式，讓其在裝置的規(guī)模、成本投資、能量利用率、碳轉(zhuǎn)化率以及凈化成效等諸多方面具有顯著優(yōu)勢。

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