水煤浆水冷壁加压气化炉烧嘴的结构设计和参数计算.pdf

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1、第44卷第2期煤化工V01．44NO．22016年4月CoalChemicalIndustryApr．2016水煤浆水冷壁加压气化炉烧嘴的结构设计和参数计算刘孝弟l

2、，毕大鹏。，顾学颖(1．清华大学，北京100084；2．北京航天动力研究所，北京100076；3．安徽科达洁能股份有限公司，安徽马鞍山243000)摘要由于耐火砖的使用温度限制，传统的带耐火砖内衬的水煤浆气化炉无法处理高灰熔融性温度的煤种。当采用水冷壁式气化炉时，水煤浆的点火问题必须通过烧嘴解决。介绍了自带点火功能烧嘴的结构及点火方案，利用建立的物理及数学模型

3、，以工程中常用的液化气、天然气和弛放气为例，对水煤浆水冷壁气化炉烧嘴的点火过程进行了三维稳态计算，得到了使炉膛固定位置处温度达到1000℃时所需的3种燃料气的流量，并分别得到在燃料气稳定燃烧、通入水煤浆和撤掉燃料气3种情况下气化炉内的温度分布。计算及实践证明，采用该烧嘴能实现水煤浆的点火，保证水煤浆的稳定燃烧。关键词水煤浆，加压气化，自带点火功能烧嘴，水冷壁，耐火砖文章编号：1005—9598(2016)一02—0001—05中图分类号：TQ534．4文献标识码：A1概述见的煤种，气化炉的操作温度达到1900℃没有问题，这

4、是该类气化工艺的一大特点。已经得到广泛应水煤浆加压气化工艺中，水煤浆与空分所得的氧用的粉煤加压气化炉有：壳牌炉、航天炉、GSP炉等⋯。气通过工艺烧嘴，送入气化炉内进行气化。气化炉一为了使水煤浆加压气化工艺适应高灰熔融性温般采取内衬耐火砖+隔热层+保温层的钢壳结构形度的煤种，在耐火砖的性能没有得到根本性的改进之式。之所以选用耐火砖作为内衬，一方面是为了解决前，采用水冷壁式气化炉结构是必然的一种选择。以气化炉的保温和隔热问题，更重要的是利用耐火砖的往利用耐火砖的蓄热功能，实现水煤浆点火，采用水蓄热，解决水煤浆的点火问题。冷壁式

5、，如何使水煤浆实现点火，是实现水冷壁式水水煤浆和氧气充分燃烧后，含有大量固体颗粒的煤浆气化炉(目前行业内称之为清华二代气化炉)的高温气体会对耐火砖形成冲刷和侵蚀，加上耐火砖的关键所在。刘孝弟等瞳对这一问题曾进行过较详细耐温极限条件，因此，水煤浆加压气化的气化温度一的研究和讨论，并且根据实际工程应用的要求，研究般控制在l200℃以下，且耐火砖需要定期更换(一设计出了自带点火功能的水煤浆工艺烧嘴的解决方般情况下大约一年)，这样对于灰熔融性温度较高的案⋯，现主要对该型工艺烧嘴的设计结构和点火方案煤种，处理起来就会有一定的难度，使

6、该工艺装置的的可行性和可靠性进行研究。应用受到一定的限制。目前，粉煤加压煤气化炉基本上采取水冷壁式的2自带点火功能的工艺烧嘴的结构和特点内胆结构，利用水冷壁上附带的渣钉，使水冷壁上形成均匀而稳定的流动渣层，形成以渣抗渣的有利条典型的水煤浆气化炉工艺烧嘴的头部结构示意件。理论上来讲，对于气化温度基本没有限制，对于常图见图1。烧嘴共有3个通道，内通道及外通道为氧收稿日期：2015—12—08作者简介：刘孝弟(1958一)，男，陕西富平，研究员，博士，1984年毕业于国防科学技术大学(获学士和硕士学位)，中国石油和化学工业协会煤

7、气化专业委员会专家顾问，长期从事气化炉烧嘴的研究工作，E-mai1：liuxd2006@126．com。2煤化工2016年第2期气供应通道，中通道为水煤浆供应通道。利用内通道弛放气等轻质燃料)，将气化炉的炉膛加热到1000℃的氧气，在水煤浆流出烧嘴端面之前，进行初步的混左右，快速将水煤浆工艺烧嘴换上，利用气化炉内耐火合、稀释及加速(内混式喷嘴形式)，使水煤浆形成具砖的蓄热能力，保证水煤浆与氧气的混合物在800℃有一定速度的非连续的悬浮流。利用外通道的高速氧左右着火及稳定燃烧。如果去掉耐火砖而换成水冷壁气，使流出烧嘴端面的水

8、煤浆及氧气的混合物实现最式的内胆结构，就无法利用耐火砖的蓄热而实现水煤终的冲击式雾化(外混式喷嘴形式)。浆的成功点火，这就是长期以来水煤浆气化丁艺中必须使用耐火砖式气化炉的关键所在。当采用水冷壁式气化炉进行水煤浆的加压气化时，为实现水煤浆的稳定点火，鉴于安装条件的限制，改进设计的自带点火功能的水煤浆工艺烧嘴结构示于图2，其：【作原理和点火流程见文献[2]。该工艺烧嘴配合清华二代气化炉(水煤浆水冷壁气化炉)首次在阳煤丰喜集团临猗分公司得到应用，点火过程一次成功，实现了气化炉升温、升压的同步，取消了过去气化炉点火图1典型的水煤

9、浆气化炉工艺烧嘴结构示意图过程中所需的抽引器(以保证气化炉炉膛负压)，而且水煤浆加压气化炉以往的点火方案是：首先利用避免了升温过程中点火燃气产物的无效排放。由于冷炉预热燃烧器(通常使用的燃料为液化气、天然气、工厂的直接点火启动，基本上可放弃备用气化炉的热备要求。水煤浆进口外主氧进口气位置图2自带点火功能