水煤漿氣化技術簡介

1、水煤漿氣化技術簡介 一、流場分布 二、氣化爐結(jié)構(gòu) 三、工藝噴嘴多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝原理簡圖多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝原理簡圖 磨煤制磨煤制漿系統(tǒng)漿系統(tǒng)凈化系統(tǒng)凈化系統(tǒng)渣水處理系統(tǒng)渣水處理系統(tǒng)氣化系統(tǒng)氣化系統(tǒng)1、流場結(jié)構(gòu)劃分、流場結(jié)構(gòu)劃分流場結(jié)構(gòu)由射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)和管流區(qū)組成。 射流區(qū)射流區(qū)管流區(qū)管流區(qū)回流區(qū)回流區(qū)撞擊區(qū)撞擊區(qū)撞擊流股撞擊流股折返流區(qū)折返流區(qū) 濃度60.5%的水煤漿通過煤漿給料泵加壓與高壓氧氣（純度99.6%）通過四個對稱布置在氣化爐中上部同一水平面的工藝噴嘴對噴進入氣化爐燃燒室。60.5%60.5%煤漿煤漿99.6%99.6%氧氣氧氣 對噴撞擊后

2、形成6個特征各異的流動區(qū)，即射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)和管流區(qū)。 利用煤的部分氧化釋放出熱量，維持在該煤種灰熔點溫度以上進行氣化反應。爐內(nèi)溫度1350，反應過程非常迅速，一般在410秒內(nèi)完成。氣化爐內(nèi)的熱平衡：氣化爐內(nèi)的熱平衡：煤的部分氧化放出的熱量熱煤的部分氧化放出的熱量熱等于氣化反應說吸收的熱量等于氣化反應說吸收的熱量（1 1）射流區(qū)：）射流區(qū)： 流體從噴嘴以較高速度噴出后，由于湍流脈動，射流將逐漸減弱，直至與相鄰射流邊界相交。同時受撞擊區(qū)較高壓力的作用，射流速度衰減加快，射流擴張角也隨之加大，此后為撞擊區(qū)。（2 2）撞擊區(qū)：）撞擊區(qū)： 當射流邊界交匯后，在中心部位形成相向

3、射流的劇烈碰撞運動，該區(qū)域靜壓較高，且在撞擊區(qū)中心達到最高。此點即為駐點，射流軸線速度為零，由于相向流股的撞擊作用，射流速度沿徑向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，徑向速度（即沿設備軸向速度）逐漸增大。撞擊區(qū)內(nèi)速度脈動劇烈，湍流強大、混合作用好。 （3）撞擊流股： 四股流體撞擊后，流體沿反應器軸向運動，分別在撞擊區(qū)外的上方和下方形成了流動方向相反，特征相同的兩個流股。在這個區(qū)域中，撞擊流股具有與射流相同的性質(zhì)，即流股對周邊流體也有卷吸作用，使該區(qū)域?qū)挾妊剌S向逐漸增大，軸向速度沿徑向衰減，直至軸向速度沿徑向分布平緩。（4）回流區(qū)： 由于射流和撞擊流股都具有卷吸周邊流體的作用，故在射流區(qū)邊界和撞擊流股邊界，出現(xiàn)在回流區(qū)。

4、（5）折返流區(qū)： 沿反應器軸線向上運動的流股對拱頂形成撞擊流，近爐壁沿著軸線折返朝下運動。（6）管流區(qū)： 在爐膛下部，射流、射流撞擊、撞擊流股，射流撞擊壁面等特征消失，軸向速度沿徑向分布保持不變，形成管流區(qū)。 水煤漿、氧氣進入氣化室后，相繼進行霧化、傳熱、蒸發(fā)、脫揮發(fā)份、燃燒、氣化等六個物理和化學過程，前五個過程速度較快，已基本完成，而氣化反應除在上述五區(qū)中進行外，主要在管流區(qū)中進行。2、煤漿顆粒在氣化爐內(nèi)的氣化過程、煤漿顆粒在氣化爐內(nèi)的氣化過程煤漿顆粒在氣化爐內(nèi)的氣化過程煤漿顆粒在氣化爐內(nèi)的氣化過程經(jīng)歷了以下步驟：經(jīng)歷了以下步驟：顆粒的湍流彌散湍流彌散顆粒的振蕩運動顆粒的對流加熱顆粒的輻射加

5、熱煤漿蒸發(fā)與顆粒中揮發(fā)分的析出揮發(fā)產(chǎn)物的氣相反應煤焦的多相反應灰渣的形成來自火焰、爐內(nèi)壁、高溫氣體、固體物等湍流脈動裂解產(chǎn)物、揮發(fā)份及其他易燃組分煤焦、CH4等與H2O、CO2煤的熱裂解煤的熱裂解 氣化反應是串并聯(lián)反應同時存在的極為復雜的反應體系，可分為一次反應與二次反應：1、一次反應區(qū)(燃燒區(qū)) 進入該區(qū)的反應物有工藝氧、煤漿以及回流流股和折返流流股中CO、H2等。這個過程進行得相當短促，主要發(fā)生在射流區(qū)與撞擊區(qū)中，其結(jié)束的標志是氧消耗殆盡。2、二次反應區(qū) 進入二次反應區(qū)的組分有煤焦、CO2、CH4、H2O以及CO、H2等組分。這時主要進行的是煤焦、CH4等與H2O、CO2發(fā)生的氣化反應，生

6、成CO和H2。這是有效氣成分的重要來源。二次反應主要發(fā)生在管流區(qū)。想一想：想一想：進入一次反應區(qū)和二次反應區(qū)的物進入一次反應區(qū)和二次反應區(qū)的物質(zhì)組成有什么區(qū)別？質(zhì)組成有什么區(qū)別？3、一次與二次反應共存區(qū) 多噴嘴對置氣化爐中射流區(qū)與撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)共存，不時進行物質(zhì)交換，再加湍流的隨機性，射流區(qū)的反應組分及產(chǎn)物都有可能進入撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)，導致這些區(qū)域既進行一次反應，也進行二次反應。 二次反應以吸熱為主，致使發(fā)生二次反應的區(qū)域溫度較低，相對地起到保護耐火磚的作用。3、氣化爐中發(fā)生的化學反應、氣化爐中發(fā)生的化學反應 在氣化爐中主要進行以下化學反應：在氣化爐中主要

7、進行以下化學反應： 同時還可能發(fā)生同時還可能發(fā)生以下副反應：以下副反應：二、氣化爐結(jié)構(gòu)二、氣化爐結(jié)構(gòu) 工業(yè)上有各種各工業(yè)上有各種各樣的爐子如氣化爐、樣的爐子如氣化爐、冶金爐、窯爐和焚燒冶金爐、窯爐和焚燒爐等。爐等。想一想：以上各種爐想一想：以上各種爐子有什么共同點？子有什么共同點？ 一般都具有用耐一般都具有用耐火材料包圍的爐膛，火材料包圍的爐膛，利用熱介質(zhì)或燃料燃利用熱介質(zhì)或燃料燃燒產(chǎn)生的熱量將物質(zhì)燒產(chǎn)生的熱量將物質(zhì)（固體或流體）加熱（固體或流體）加熱，使爐膛內(nèi)物質(zhì)發(fā)生，使爐膛內(nèi)物質(zhì)發(fā)生物理或化學變化。物理或化學變化。 氣化爐耐火材料整體可分為三部分：錐底、拱頂和筒體。耐火材料從里到外分為若干

8、層，分別是：向火面耐火磚、絕熱層耐火磚和保溫層耐火磚。 凡是耐火度不低于凡是耐火度不低于1580，有，有較好的抗熱沖擊和化學侵蝕的能力較好的抗熱沖擊和化學侵蝕的能力、導熱系數(shù)低和膨脹系數(shù)低的非金、導熱系數(shù)低和膨脹系數(shù)低的非金屬材料都可稱之為耐火材料。屬材料都可稱之為耐火材料。想一想：什么是耐火材料？想一想：什么是耐火材料？耐火材料的分類 ： 耐火材料通常按耐火度、形狀尺寸、燒制方法、耐火材料基體的化學礦物質(zhì)組成等進行分類。（1）按耐火度分類有普通耐火材料，耐火度為15801750；高級耐火材料，耐火度為17502000；特級耐火材料，耐火度為20003000。（2）按重量、形狀和尺寸分類可分為

9、標準型、普通型、異型和特異型。（3）按制造工藝方法可以分為天然巖石鋸泥漿澆筑、可塑成型、半干壓成型、熱壓成型、搗打成型、熔鑄成型等制品。（4）按燒制方法可以分為不燒磚、燒制磚和熔鑄磚等。耐火材料組成硅酸鋁制品粘土質(zhì)耐火磚，SiO2含量小于65，Al2O3含量2842；高鋁磚，Al2O3含量大于或等于48；硅質(zhì)制品硅磚，SiO2含量不小于93；熔融石英，SiO2含量99.5以上。鎂質(zhì)制品MgO含量87以上碳質(zhì)制品以焦炭或無煙煤作原料，加焦油、瀝青等結(jié)合劑，在強還原氣氛中燒成；特殊高純氧化物耐火制品包括陶瓷磚，有純氧化物制品，如Al2O3、MgO、ZrO2、BeO、ThO2等；（5）按耐火材料基體

10、的化學礦物質(zhì)組成分類（6）按外觀形態(tài)分為定型、不定型耐火材料和耐火纖維制品。 不定型耐火材料也稱散狀耐火材料，是由合理級配的耐火骨料和粉料、結(jié)合劑或另摻外加劑等，以一定比例組成的混合物，可直接使用或加適當?shù)囊后w混合后使用。 耐火纖維材料是一種既能耐高溫又隔熱的纖維狀耐火材料，這種材料導熱系數(shù)低，體積密度小，富有彈性，抗機械震動性能好。為什么要進行烘爐操作？為什么要進行烘爐操作？ 爐襯材料含有水分，在爐墻砌筑完畢后，其水分含量很高，如果不經(jīng)烘烤直接投入使用，由于爐膛溫度很高，濕爐墻由于溫度上升過快，爐墻中的水分迅速蒸發(fā)成氣體，容易使爐墻產(chǎn)生裂縫，造成爐墻密封性能降低。 為了保護爐體和延長爐子的使

11、用壽命，對于新建爐子在投用之前或檢修后開工時，也必須按規(guī)定的烘爐曲線進行烘爐。烘爐得當，可提高爐子的使用壽命。 要將爐墻烘烤干燥，必須得有熱源。作為烘爐用的熱源主要有燃料油、燃料氣、熱風、蒸汽4種，具體采用哪一種熱源應視現(xiàn)場的條件而定，如果有氣體燃料，用氣體燃料烘爐最方便。 新安裝的爐子在設計技術文件中均應有詳細的烘爐說明。新安裝的爐子在設計技術文件中均應有詳細的烘爐說明。用途不同，加熱介質(zhì)不同，操作工藝條件不同的爐子，烘爐的用途不同，加熱介質(zhì)不同，操作工藝條件不同的爐子，烘爐的操作要求是不完全相同的。操作要求是不完全相同的。 新砌耐火磚烘爐曲線0, 04, 10076, 10086, 350

12、158, 350168, 600240, 600256, 1000328, 1000336, 12000200400600800100012001400050100150200250300350400時間（h）溫度（）三、工藝噴嘴三、工藝噴嘴 噴嘴也稱燒嘴,其作用是將水煤漿充分霧化。使水煤漿與氧氣均勻混合。它與氣化爐一樣也是水漿氣化工藝的核心設備。工藝燒嘴工藝燒嘴 由圖可見，工藝燒嘴系三流通道，氧分為兩路： 一路為中心氧，由中心管噴出，水煤漿由內(nèi)環(huán)道流出，并與中心氧在出燒嘴口前已預先混合。 另一路為主氧通道，在外環(huán)道燒嘴口處與煤漿和中心氧再次混合。 水煤漿未與中心氧接觸前，在環(huán)隙通道為厚達十余

13、毫米的一圈膜，流速約2m/s。中心氧占總氧量的15%20%，流速約80m/s。環(huán)隙主氧占總氧量的80%85%，氣速約120m/s，氧氣在燒嘴入口處的壓力與爐壓之比1.21.4。 燒嘴頭部最外側(cè)為水冷夾套。冷卻水入口直抵夾套，再由纏繞在燒嘴頭部的數(shù)圈盤管引出。當噴嘴冷卻水供應量不足時，氣化爐會自動停車。 燒嘴的材料為Inconel600，夾套頭部材料為Haynes188，燒嘴頭部煤漿通道上都在主材表面堆焊一層Stellite6耐磨層。 工藝燒嘴主要是藉高速氧氣流的動能，將水煤漿霧化并充分混合，在爐內(nèi)形成一股有一定長度黑區(qū)的穩(wěn)定火焰，為氣化創(chuàng)造條件。操作要點：1、要控制好霧化角，防止火焰直接噴射到爐壁上，或者火焰過長，燃燒中心向出渣口方向偏移，使煤燃燒不完全。2、水煤漿與氧氣混合的好壞，直接影響氣化效果。局部過氧，會導致局部超溫，對耐火內(nèi)襯不利；局部欠氧，會導致碳氣化不完全，增加帶出物中碳的損失。 在正常運行期間，燒嘴頭部