多喷嘴对置式水煤浆气化技术及其优势

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1、万方数据第1期2008年1月中氮肥M—SizedNitrogenousFertilizerProgressNo．IJan．2008多喷嘴对置式水煤浆气化技术及其优势王延坤。王伟(兖矿国宏化工有限公司，山东邹城273500)[中图分类号】TQ546[文献标识码】B[文章编号]1004-9932(2008)01-0021-03l多喷嘴对置式水煤浆气化工艺的开发及应用情况简介1．1多喷嘴对置式水煤浆气化工艺开发情况多喷嘴对置式新型水煤浆气化技术是由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂(水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心)、中国天辰化学工程公司共同承担的“九五”国家重点科技攻关项目，并已申请了

2、国家专利。该项目承担了国家高新技术研究发展计划(863计划)能源技术领域洁净煤技术中主题为“多喷嘴对置式水煤浆气化技术”和“煤气化发电与甲醇联产系统关键技术的研发与示范”两项科研课题。以多喷嘴对置式水煤浆气化工艺为核心技术，由国家发改委重大技术装备研究项目资金支持建设的山东华鲁恒升300kt／a合成氨装置于2005年6月建成投产，目前运行平稳。该建设项目获得了2006年中国石油和化学工业协会科技进步特等奖。在多喷嘴对置式气化炉的研发过程中，采取建立大型冷模装置和小型热模装置相结合的方式进行，在计算机上综合并建立数学模型，继而在中试装置上验证该数学模型，并进一步完善实验结论。实验

3、过程中，采用激光多普勒三维粒子动态示踪分析仪(DualPDA)、热线风速仪等对气化炉大型冷模装置内的流动和混合过程进行了深入的实验测量，采用大型商业化软件(CFD)对气化炉内的流动过程进行了数字模拟研究。‘1．2多喷嘴对置式水煤浆气化工艺的技术核心气化炉是煤气化的关键设备，气化炉内合理的流场结构对气化炉气化效率的提高和安全稳定【收稿日期】2007-06-21[作者简介]王延坤(19“一)，男，山东滕州人，工程师，国宏公司气化车间主任。·运行极为重要。气流床气化炉内平均温度高达l300℃，气化过程属于快速反应类型，与气化炉内流体流动密切相关的混合过程在气化反应中起着极为重要的作用

4、。多喷嘴对置式水煤浆气化工艺最基本的理论构成是采用先进的撞击流技术来强化混合，并以混合促进传热、传质。气化炉内既有化学过程又有物理过程，具有高温、高压下多相流、多过程串联交叉的特征，涉及到高温、高压下煤的燃烧和气化反应的化学特征和动力学规律，涉及燃烧器(即工艺烧嘴)的喷射和雾化效果及火焰结构特征，涉及气化炉内物料的射流场分布规律，还涉及炉体内部温度和浓度的分布规律等问题。多喷嘴对置式水煤浆气化炉采用撞击流技术来强化和促进混合、传热、传质，多个喷嘴位于气化炉直筒段的同一水平面上，相互垂直分布，通过多股物料射流的撞击使气化反应进行得更充分，碳的转化率更高。下面从气化炉内流场分布的角

5、度介绍多喷嘴对置式水煤浆气化工艺的技术核心。‘研究发现，对置式水煤浆气化炉内部的流场结构分为：射流区、撞击区、撞击流股区、回流区、折返流区、管流区6个区域⋯。(1)射流区流体经喷嘴以很高的速度喷射出来，将其周围的部分气体卷吸带动一起向下游流动，随着射流束的延长，射流的宽度逐渐扩展，流速逐渐减弱，直至与相近的射流边界相交，射流段结束，进入撞击区。，(2)撞击区当多个喷嘴的射流股交汇后，就会在气化炉的中心部位产生相互的剧烈碰撞和交混运动，该区域称为撞击区。撞击区内射流速度脉动剧烈，湍流强度大，混合作用好。(3)撞击流股区万方数据·22·中氮肥第1期射流股在对撞后，径向速度逐步降低，

6、逐渐转化为轴向速度。形成两个新的气流束，分别向气化炉轴线的上、下2个方向运动，形成撞击流股，撞击流股所在的区域称为撞击流股区。(4)折返区向上的撞击流股流动到气化炉的拱顶后，受气化炉拱顶的阻挡，又折返回来，紧贴气化炉的炉壁向下流动，形成折返区。(5)回流区一在射流区的周围，炉体内部的高温气流在高速射流的卷吸和抽引作用下，部分高温气流进入射流股，这些能够进人射流股的炉体内高温气流所在的区域称为回流区。炉内气流的汇入强化了射流股内部的传热和气化炉内物料的混合，对气化反应十分有利，对燃烧器(工艺喷嘴)的稳定运行和物料的点燃至关重要，对延长喷嘴的寿命也很有益。(6)管流区在气化炉的下部

7、，向下的撞击流股和折返流股逐渐混合为一体，形成基本沿气化炉轴线平直向下流动的平稳流体，就象管道内的平稳流体一样，所以称该区域为管流区。1．3多喷嘴对置式水煤浆气化工艺的应用情况已经投入运行的生产装置有：兖矿国泰化工有限公司甲醇、醋酸装置2台西3400／11111日处理原煤l150t的气化炉；山东华鲁恒升化工股份有限公司300kt／a合成氨装置l台西2800mm日处理原煤750t的气化炉。正在建设的装置有：兖矿国泰化工公司甲醇装置1台西3400mm日处理原煤1150t的气化炉；兖矿鲁南化肥厂合