新型水煤漿氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)及其應用

第第1期煤炭轉化Vol 24 No. 1年1月COAL CONVERSIONJan.2001新型水煤漿氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)及其應用譚可榮)韓文2)趙東志2)于廣鎖3)劉海峰4摘要通過(guò)大型冷模和小型熱模研究新型(多噴嘴對置)水煤漿氣化爐,介紹了中試結果及其與 Texaco水煤漿氣化技術(shù)的比較,并簡(jiǎn)述了推廣應用前景關(guān)鍵詞氣化爐,水煤漿,多噴嘴對置中圖分類(lèi)號TQ517.41.1.2測試方法0引言(1) Dual PDa測試Dual Pda (dual particle dynamics analyzer我國能源以煤為主,但利用技術(shù)較為落后.自即激光多普勒三維粒子動(dòng)態(tài)分析儀,屬非接觸式測世紀50年代以來(lái),國家就極為關(guān)注,不間斷地支量技術(shù),具有對流場(chǎng)無(wú)干擾,動(dòng)態(tài)響應快,空間分持國內進(jìn)行氣化技術(shù)的研究開(kāi)發(fā),并取得一定成績(jì).辨率高,測量精度高等特點(diǎn).可實(shí)現三維速度、顆20世紀80年代末至今,國內相繼引進(jìn)魯南、上海吳涇、渭河、淮南4套以水煤漿為原料的德士古氣化裝置,專(zhuān)利費約2000萬(wàn)美元.擬引進(jìn)的還有本溪浩良河、長(cháng)山等多套裝置,專(zhuān)利費極為可觀(guān).為了節省外匯,開(kāi)發(fā)有自主知識產(chǎn)權的氣化技術(shù),國家將新型(多噴嘴對置)水煤漿氣化爐開(kāi)發(fā)列為“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項目,以期形成具有中國特色、性能更為優(yōu)越的水煤漿氣化技術(shù).經(jīng)過(guò)4年攻關(guān),已d四經(jīng)達到上述目的,并獲得發(fā)明專(zhuān)利.本文介紹新型煤氣化技術(shù)部分開(kāi)發(fā)工作、中試概況及其在煤化工和IGCC發(fā)電裝置上的應用圖1大型冷模實(shí)驗流程圖1基礎研究Fig 1 Experimental flowchart of large-scale coldmodel equipmsifier: 2- Nozzle; 3- Flowmeter: 41.I大型冷模裝置測試1·26—ValMagnetic valve: 9- Chromatogram: 10-1.1.1實(shí)驗流程與裝置Recorder: 11ater tank: 1實(shí)驗流程如圖1所示.大型冷模對置氣化爐直15- Computer and data pro-cessing system國家自然科學(xué)基金資助項目(29576233)、國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展規劃項目(G1999022103)第1期譚可榮等新型水煤漿氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)及其應用粒直徑及濃度的同時(shí)在線(xiàn)測量,是測量瞬時(shí)運動(dòng)速度及粒徑分布的有效手段(2)停留時(shí)間分布及壓力分布測量用氬氣作示蹤介質(zhì)(脈沖法),用改裝后的氣相色譜進(jìn)行快速檢測.采用畢托管接U形壓差計測定裝置內壓力分布測試結果實(shí)驗室測定了冷態(tài)條件下的速度分布、湍流強度分布、壓力分布、停留時(shí)間分布和濃度分布等.流場(chǎng)結構可劃分為:射流區(Ⅰ)、撞擊區(Ⅱ)、撞擊流股(Ⅲ,上下兩股)、回流區(Ⅳ,共六個(gè))、折返流區(V)、管流區(Ⅵ),見(jiàn)圖2圖3熱模試驗流程圖ig. 3 Experimental flowchart for miniature gasifier1- Reductor: 2-Glycerin tank: 3- Diesel oil tank;4— CWS tank;5— Computer;6— Sampling card;Controlled volume pump: 9Gasifier: 10 Viewport: 11- Nozzle: 12- Flowmeter;13— Quench chamber■I圖4霧化性能試驗流程圖Fig 4 Experimental flowchart for the study of圖2對置爐流場(chǎng)結構示意圖atomization characteristicsFig 2 Sketch map of flow pattern in opposed1— Flowmeter;2— Air compressor;3 Flowmeter;mp;5— Suctor;6nozzle-gasifierAir-liquid seperator: 8- Liquid tank; 9- Re1.2小型熱模試驗分別以甘油、柴油及水煤漿為原料,純氧為氣化劑,在圖3所示的流程中進(jìn)行了氣化熱模試驗2中試試驗(120kg/d).測試表明:爐內的溫度分布均勻,氣化效果良好,為中試提供了參數新型氣化爐中試裝置建于兗礦魯南化肥廠(chǎng),由水煤漿氣化及煤化工國家工程中心負責建設和運1.3霧化性能研究行基于大型冷態(tài)模型(D1500mm×4500mm),2.1工藝簡(jiǎn)介借助激光衍射顆粒測試儀( Malvern),以水、甘油及水煤漿為實(shí)驗介質(zhì),對數十種不同幾何結構與尺由工業(yè)氣化裝置界區來(lái)的煤漿,經(jīng)兩級煤漿振寸的噴嘴進(jìn)行了霧化性能研究.試驗流動(dòng)篩篩分后,貯存在煤漿槽內.由空分裝置來(lái)的液煤炭轉化2001年內的煤漿分別經(jīng)四臺高壓煤漿泵加壓后計量送至四72h考核結果見(jiàn)表1,與 Texaco水煤漿氣化技個(gè)工藝燒嘴.水煤漿與氧氣一同通過(guò)工藝燒嘴進(jìn)入術(shù)的比較見(jiàn)表2氣化爐,在氣化爐內進(jìn)行部分氧化反應,生成的粗表1現場(chǎng)考核結果合成氣、熔渣并流進(jìn)入氣化爐激冷室,熔渣在底部Table 1 Results of on-site inspection水浴中激冷固化,由鎖斗收集,定期排放.粗合成Inspection contentOperation 1 Operation 2氣經(jīng)脫氧水噴淋降溫送洗滌塔洗滌除塵.在洗滌塔Capacity, t/d22.622.6中部有一黑水引出管,含固量較低的黑水由此引出Component of available gas經(jīng)洗滌塔循環(huán)泵加壓后送入激冷室作為粗合成氣的Conversion ratio of carbon, y98.8激冷水使用oxygen consumption氣化爐爐體材料為 ASTM A387Gr11C12,耐O2/1000Nm3(CO+H2)火磚由耐火材料國家工程研究中心高耐廠(chǎng)負責生m545Gas productivity2.2252.2262.2中試階段結果與 Texaco水煤漿氣化技術(shù)比較Nm dry gas/kg coal表2與 Texaco氣化技術(shù)的比較Table 2 Comparison with Texaco gasification technologySpecific oxygen Specific coalGasification technology Capacity/ of available/ Nm O,/1 000 kg coal/1 000 ratio of coal/% concentration/%onsumption/t coal/dgas(CO+H,)/%Nm(CO+H,) Nm(CO+H,Imported pilot-plant 1:410600Lunan Industrial plantIndustrial plantWujing(Shanghai)~60800410°quoted from Texaco Gasification Services Co. ( Kunshan)3新型氣化爐技術(shù)優(yōu)勢4新型煤氣化技術(shù)在煤化工及IGCC發(fā)電裝置上的應用(1)操作方便,易于控制.原操作過(guò) Texaco的兗礦魯南化肥廠(chǎng)著(zhù)手進(jìn)行前期評估,擬建設每人員,經(jīng)過(guò)一個(gè)月左右的熟悉了解,就可駕馭新型天1000t煤商業(yè)示范裝置(國內最大),用于生產(chǎn)氣化爐,事實(shí)證眀他們操作自如,調控得心應手.控CHOH和合成氨或IGCC發(fā)電;德州化肥廠(chǎng)擬用該制系統(DCS)先進(jìn),除巡檢外均在控制室內操作,技術(shù)配套生產(chǎn)20萬(wàn) t ChOh/a;湖北應城化肥廠(chǎng)擬計算機顯示“操作歷史”有利于判斷發(fā)展趨勢用于渣油氣化技術(shù)改造;內蒙達拉特旗化肥廠(chǎng)、陜(2)噴嘴安裝與拆卸方便.中試裝置運行證明,西燃料燃具公司有采用該技術(shù)的意向;天辰、華陸、拆出噴嘴可在半小時(shí)內拆除,與安裝時(shí)間大體相同.山東省化工設計院擬獲得設計權,用于老廠(chǎng)改造或(3)爐內耐火磚保護良好,下渣口光滑.新型氣擴產(chǎn)化爐最大優(yōu)勢之一是整個(gè)爐膛溫度分布均勻,最高旦魯南商業(yè)示范裝置成功,在煤化工領(lǐng)域將與最低溫度差一般在50C~150C之間.最高溫度有廣闊的應用前景:油頭30萬(wàn)tNH3/a大廠(chǎng)原料路也不超過(guò)1300C,整個(gè)爐膣宛若一個(gè)等溫反應器,線(xiàn)改造.國內石腦油原料路線(xiàn)大型氨廠(chǎng)5家,渣油這就為延長(cháng)耐火磚使用壽命創(chuàng )造了外界條件大廠(chǎng)7家,在油價(jià)飆升之際,這些廠(chǎng)正著(zhù)手考慮改(4)裝置安全平穩,自開(kāi)車(chē)至今沒(méi)有發(fā)生一次變原料路線(xiàn):油頭中型化肥廠(chǎng)原料路線(xiàn)改造;無(wú)煙安全事故,沒(méi)有一次爆炸事故,裝置安全平穩.在煤(中小合成氨廠(chǎng)UGI爐型)原料路線(xiàn)的技術(shù)改造第1期譚可榮等新型水煤漿氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)及其應用Methanol, olin, oil, DME一1mGasificationCO+HMembrane reactorPower plantFuel batteryH2)→ Motor fuel圖5多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)示意圖Fig 5 Sketch map of poly-generation technology將岀現新一輪技術(shù)競爭,帶煙氣處理裝置的超臨界估計為42.4%,兩者投資均為1130$/kW;顆粒粉煤燃燒技術(shù),增壓流化床燃燒(PFBC)以及IGCC排放物減少98%,SO2減少9%,NO,減少70%以等將成為競爭對手.普遍認同IGCC有如下技術(shù)優(yōu)上,CO2減少25%以上;冷卻水用量比亞臨界燃粉勢,可能占上風(fēng)煤機組少一半在今后5年內熱效率達到45%以上,而超臨界參考文獻1劉海峰,劉輝,龔欣等.大噴嘴間距對置撞擊流徑向速度分布.華東理工大掌學(xué)報,2000,26(2):168-1712]劉海峰,王輔臣,吳韜等.撞擊流反應器內微觀(guān)混合過(guò)程旳研究.華東理工大學(xué)學(xué)報,1999,25(3):228-232THE DEVELOPMENT AND APPLICATION OF OPPOSED-NOZZLEGASIFIER FOR COAL-WATER-SLURRYTan Kerong(National Ministry of Science and Technology, 100862, BeijingHan Wen and Zhao dongzhi(National Engineering Research Center for Coal-Water-Slurry gasificationand Coal Chemical Engineering, 277527 Tengzhou)Yu Guangsuo and Liu haifeng(East China University of Science and Technology, 200237 Shanghai)ABSTRACT The characteristics of opposed-nozzle-gasifier for coal-water-slurry are studiedin the large-scale coal-model equipment and the miniature gasifier. The results of pilot-plant andthe comparison with Texaco gasification technology are given. The applied foreground is also de-Is paperKEY WORDS gasifier, coal-water-slurry, opposed-nozzle