多元料浆气化工艺与多喷嘴对置式水煤浆气 化工艺的分析比较

山　东　化　工

ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ　　　　　　　　　　　　２０１９年第４８卷

多元料浆气化工艺与多喷嘴对置式水煤浆气化工艺的分析比较

李俊凯，李　国，吴　鹏，赖智乐

（中国五环工程有限公司管道室，湖北武汉　４３０２２３）

摘要：水煤浆气化工艺在许多方面均具有优势，技术成熟，在实际生产应用较多。本文比较了多元料浆气化工艺与多喷嘴对置式水煤浆

气化工艺的异同。简要分析各自优缺点，并指出多喷嘴对置式水煤浆气化工艺在装置规模及投资、碳转化率、能量利用率、净化效果等方面具有一定优势。关键词：煤；水煤浆；气化中图分类号：ＴＱ５４６　　　　文献标识码：Ｂ　　　　文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）１９－０１３６－０３

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ＬｉＪｕｎｋａｉ，ＬｉＧｕｏ，ＷｕＰｅｎｇ，ＬａｉＺｈｉｌｅ

（ＷｕｈｕａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ　４３０２２３，Ｃｈｉｎａ）

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ；ｃｏａｌｗａｔｅｒｓｌｕｒｒｙ；ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　　我国“富煤少油缺气”的能源结构，决定了煤炭在我国的能源战略中具有重要作用。怎样高效利用煤炭，是一项重要课题。煤气化是煤炭洁净利用的一种有效途径，有着良好的经济

［１］

煤气化可分为粉煤气化、水煤效益。按照不同的进料方式，

［２］

浆气化等。水煤浆气化以其技术相对较成熟、投资较低的优势，成为目前实际生产应用较多的煤气化技术。我公司最近几年承担的两个大型项目中，伊泰项目采用多元料浆气化工艺，湖北三宁项目采用多喷嘴对置式水煤浆气化工艺。本文将以

这两个项目为基础，对多喷嘴对置式水煤浆气化工艺与多元料浆气化工艺进行分析比较。

１　概述１．１　水煤浆气化流程

水煤浆气化主要流程可分为煤浆制备、煤浆输送、气化、洗涤、渣水处理５部分。

１－磨煤机；２－磨机出料槽；３－低压料浆泵；４－料浆储槽；５－高压料浆泵；６－气化炉；７－锁斗；８－捞渣机；９－黑水过滤器；１０－文丘里洗涤器；１１

－灰水循环泵；１２－洗涤塔；１３－低压闪蒸罐；１４－真空闪蒸罐；１５－灰水泵；１６－澄清槽进料泵；１７－灰水槽；１８－澄清槽；１９－过滤机给料泵

图１　多元料浆气化流程图　　粉煤、水、添加剂一起进入磨煤机共磨制得浓度约为６０％Ｏ、Ｈ化炉，在气化炉内进行气化反应，生成以Ｃ２为主要成分的的煤浆，然后煤浆自流至磨机出料槽，经低压煤浆泵去料浆储粗合成气。进入激冷室，对熔渣进行淬冷、降温，对粗合成气进槽，再通过高压煤浆泵去烧嘴，在烧嘴附近与氧气一起进入气行冷却、除灰以及夹带的部分水分。淬冷、降温后的炉渣经锁　　收稿日期：２０１９－０７－０３

作者简介：李俊凯（１９８５—），湖南郴州人，工程师，研究生，现主要从事管道设计工作。

　第１９期李俊凯，等：多元料浆气化工艺与多喷嘴对置式水煤浆气化工艺的分析比较

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斗、捞渣机排出。粗合成气丘里洗涤器、洗涤塔除灰、洗涤后送往变换工段。洗涤塔底部部分黑水经灰水循环泵向文丘里洗涤器及气化炉激冷水分布器供水。自气化炉激冷室、洗涤塔排出的黑水分别减压后送入低压闪蒸罐。闪蒸气从低压闪蒸罐顶部送出，然后进入灰水加热器与来自脱气水槽的洗涤塔给水进行换热冷却，再经水冷器进一步冷却后进入低压闪蒸分离器。不凝气及饱和水汽视情况经过压力调节送变换汽提或火炬。低压闪蒸罐底部黑水进入真空闪蒸罐。真空闪蒸罐排出的黑水经澄清槽进料泵送往澄清槽。真空闪蒸罐顶部出来的闪蒸气经真空闪蒸空冷器冷凝后进入真空汽液分离器进行气液分离，冷凝液送往灰水槽。澄清槽底部黑水经过滤机给料泵送往细渣过滤单元。经澄清后的灰水自流入灰水槽，分别送往脱气水槽、锁斗冲洗水罐或去渣池。为防止灰水中溶解物在水系统中的累积和沉积，保持灰水中溶解物的平衡，部分灰水

去废水处理。上述即为多元料浆气化工艺的典型流程，流程图

。见图１

相比于多元料浆气化工艺，多喷嘴对置式水煤浆气化工［３］

艺增加了蒸发热水塔，采用三级闪蒸。蒸发热水塔为渣水处理工序的关键设备，目的是将酸性气体、不凝性气体与黑水分离，并回收黑水热量，由蒸发室及热水室组成。气化炉激冷室、旋风分离器、水洗塔排出的黑水经过减压阀进入蒸发热水塔中的蒸发室。然后再去低压闪蒸罐、真空闪蒸罐闪蒸，经闪蒸罐闪蒸后的黑水送往澄清槽。经澄清后的灰水自流入灰水槽，部分灰水通过低压灰水泵进入蒸发热水塔的热水室，直接与气化炉激冷室、旋风分离器、水洗塔排出的黑水进行换热，部分送往锁斗冲洗水罐、部分去废水处理。多喷嘴对置式水煤浆气化流程图见图２。

１－磨煤机；２－磨煤机出料槽；３－磨煤机出料槽泵；４－煤浆槽；５－煤浆给料泵；６－气化炉；７－锁斗；８－捞渣机；９－黑水过滤器；１０－旋风分离器；

１１－黑水循环泵；１２－水洗塔；１３－高温热水泵；１４－高温热水罐；１５－蒸发热水塔；１６低压闪蒸罐；１７－真空闪蒸罐；１８－低压灰水泵；１９－锁斗冲洗水泵；２０－灰水槽；２１－澄清槽；２２－澄清槽底物泵

图２　多喷嘴对置式水煤浆气化流程图

１．２　两种水煤浆气化工艺对比

１．２．１　喷嘴数量及布置方式

多元料浆气化工艺是西北化工研究院自主开发的一种水煤浆气化技术，采用单只喷嘴顶喷布置（图３）。多喷嘴对置式水煤浆气化工艺是华东理工大学与兖矿国拓共同研发的一种水煤浆气化技术，采用四只喷嘴水平对置布置（图４）。单只喷嘴的煤浆量对气化炉的气化效率有一定的影响。单只喷嘴在一定时间内进入气化炉的煤浆不能太多，否则会降低喷嘴的效果，影响气化炉的气化效率。

图４　四只喷嘴水平对置布置

１．２．２　装置规模及投资

要保证气化炉的气化效率，单只喷嘴的煤浆量不能太大。如果在单只喷嘴相同的煤浆量的情况下，增加喷嘴数量会加大进入气化炉的煤浆量，从而可以增大装置的规模，进而降低投资成本。１．２．３　碳转化率与多元料浆气化工艺相比，多喷嘴对置式水煤浆气化工艺采用四只喷嘴水平对置布置，四股煤浆经喷嘴水平进入气化炉，在气化炉的中心汇合、发生碰撞，提高了煤浆的混合效果并

图３　单只喷嘴顶喷布置

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延长了其在气化炉内的部分氧化反应时间，反应更充分，碳转

化率因此得以提高。１．２．４　能量利用率在蒸发热水塔中，来自灰水槽的部分灰水直接与气化炉激冷室、旋风分离器、水洗塔排出的黑水进行换热，灰水温度高，传热效率高，多喷嘴对置式水煤浆气化工艺在该处的能量利用率要优于多元料浆气化工艺。１．２．５　净化效果多元料浆气化工艺中，粗合成气丘里洗涤器、洗涤塔除灰、洗涤，达到初步净化的目的。多喷嘴对置式水煤浆气化工艺则采用混合器、旋风分离器、水洗塔的二次净化方式，除灰更彻底，净化效果更佳。

２　设备布置

设备布置应满足工艺设计和环境保护的要求，保证安全生产，方便操作、检修和施工，并应考虑当地的地理位置和气候条件，做到经济合理。多元料浆气化工艺与多喷嘴对置式水煤浆气化工艺在设备布置方面的主要区别在渣水处理框架。

图５　多元料浆气化工艺设备布置

多元料浆气化工艺采用二级闪蒸，渣水处理框架为混凝土结构，总高为３３ｍ。按照工艺流程从上到下布置低压闪蒸罐、真空闪蒸罐，澄清槽进料泵和澄清槽均布置在地面上。低压闪蒸罐在框架的高点，自气化炉激冷室、洗涤塔排出的黑水有足够的压差进入低压闪蒸罐。之后黑水依靠重力流去真空闪蒸罐，自真空闪蒸罐底部出来的黑水经澄清槽进料泵送入澄清

槽，见图５

。多喷嘴对置式水煤浆气化工艺采用三级闪蒸，渣水处理框架同样为混凝土结构，总高为３０ｍ。采用步步高布置，从下往上依次为蒸发热水塔、低压闪蒸罐、真空闪蒸罐，蒸发热水塔和澄清槽布置在地面上，真空闪蒸罐支撑在框架的最高层。蒸发热水塔底部黑水依靠压差流入低压闪蒸罐，低压闪蒸罐底部黑水同样依靠压差送往真空闪蒸罐，自真空闪蒸罐底部出来的黑

水自流入澄清槽，见图６

。采用这种布置方式，关键要确定蒸发热水塔与低压闪蒸罐的高度差、低压闪蒸罐与真空闪蒸罐的高度差能否满足工艺要求。蒸发热水塔采用裙座形式支撑在地面上，低压闪蒸罐、真空闪蒸罐均为耳式支座形式，分别支撑在ＥＬ２３．５００、ＥＬ３０．０００。通过计算可知，该高度差完全满足工艺要求。

图６　多喷嘴对置式水煤浆气化工艺设备布置

３　管道设计要点

（１）多喷嘴对置式水煤浆气化工艺和多元料浆气化工艺均

使用耐火砖结构，需要定期拆卸气化炉喷嘴进行检修。因此，布置气化炉喷嘴层时，要预留足够的操作空间和检修空间。

（２）水煤浆气化工艺在许多方面均具有优势，但也存在不

足之处，黑水管线堵塞及磨损就是一个较大的问题［４］

。当黑水管线中的黑水流速慢时，固体颗粒易沉积在管道内，堵塞管道；当黑水管线中的黑水流速快时，则会导致弯头易磨损。因此，布置该管道时，要有一定坡度，尽量减少弯头，避免形成袋形，采用大半径弯头并且弯头最好加厚耐磨处理。

（３）黑水过滤器的作用是除去进入气化炉的激冷水中的较大颗粒，长周期运行后，激冷水管线和黑水过滤器均容易结垢，造成激冷水流量下降，影响系统稳定。因此，黑水过滤器需一开一备，两路激冷水管线在中间位置汇合，阀门距离三通最近，以减少固体颗粒的沉淀。

（４）烧嘴层所需仪表桥架、仪表箱及仪表空气管布置在该层楼面下。

４　结语

水煤浆气化工艺在许多方面均具有优势，技术相对较成熟、投资较低，在实际生产应用较多。相比于多元料浆气化工艺，多喷嘴对置式水煤浆气化工艺采用４只喷嘴水平对置布置、增加一级闪蒸、在蒸发热水塔中直接换热等设计。这些优化设计使得多喷嘴对置式水煤浆气化工艺在装置规模及投资、碳转化率、能量利用率、净化效果等方面具有一定优势。

参考文献

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造［

Ｊ］．煤炭加工与综合利用，２０１８（４）：４４－４６．［４］朱冬梅，吕传磊，聂成元．水煤浆加压气化装置黑／灰水系统

改造［Ｊ］．化肥设计，２００２，４０（４）：４８－４９．（本文文献格式：李俊凯，李　国，吴　鹏，等．多元料浆气化工艺与多喷嘴对置式水煤浆气化工艺的分析比较［Ｊ］．山东化工，２０１９，４８（１９）：１３６－１３８．）