多喷嘴对置式气化炉与单喷嘴水煤浆气化炉运行分析

ＧＡＳ衄Ｒ ＣＯＭ呻ＡＲＡＴＩ、厂】巳ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＡＮＡＩＹＳＩＳ ＯＦ ＯＰｐＯＳＩＥＤ
ＭＩ厦，Ⅱ．ＮＯＺＺＬＥＳ
ＡＮＤ Ｓ矾ＧＬＥ．ＮｏＺＺＬＥ
ＧＡＳⅡ明呱 ＣＯＡＬ．ＷＡＴＥＲ ＳＩ＾刀ＲＲＹ
Ｚｈａｎｇ Ｙａｈ （Ｎ舀ｎｇｂｏ Ｗａｎｈｕａ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎ／ｎｇｂｏ，３１５８１２）
定义气体产物总量Ｎ＝ａ＋ｂ＋Ｃ＋ｄ，各气
体成分分别为：ＸＣＯ＝ａ／Ｎ，石｜Ｌ＝ｂ／Ｎ，ｘｃｏ＝ｃ／，
Ｎ，髫ｃＩＩ．＝ｄ／Ｎ。
假设转化后的全部炉渣残碳分别为ｌ％、５％ 和１５％，则计算后的碳转化率分别为９９．８７％、 ９９．３４％和９ｒ７．８１％，由此可以看出，多喷嘴的碳转 化率可以达到到９９％。由于工艺本身限制，在相
多喷嘴对置式气化炉与单喷嘴水煤浆 气化炉运行分析
张彦
（宁波万华聚氨酯有限公司。浙江宁波，３１５８１２）
摘要 目前关于多喷嘴气化炉和ＧＥ单喷嘴水煤浆气化炉的优劣争论很多，特别是对于运行效率问题， 说法不一。本文通过生产中实测数据的对比，利用相对有效产气率这一概念，试图解决存在的争论，给出分析 煤气化效率的一个有效思路。
关键词 多喷嘴对置式气化炉单喷嘴气化炉运行效率有效产气率水煤浆气化
１生产流程介绍 某公司运行的水煤浆气化炉有２种工艺、３
种规格，分别是多喷嘴对置式气化炉，燃烧室直径 ７２８００ｍｍ；单喷嘴水煤浆气化炉，直径分别为 ７２８００ｍｍ、夺３２００ｔｒａｎ。压力都是６．５ ＭＰａ。
多喷嘴（４喷嘴）对置式水煤浆气化工艺的水 煤浆由煤浆振动筛过筛后进入煤浆槽，出煤浆槽 后经２台水煤浆给料泵加压后通过４个工艺烧嘴 从侧面对喷进入气化炉（以下简称Ａ炉）。空分 来的高压氧气进氧气缓冲罐，经调节流量后分别 进入４个工艺烧嘴的中心管和外环管，在气化炉 中煤浆与氧发生反应，反应在６．５ＭＰａ、１３５０— １４００℃下进行。
６７．２２ ３４．０５
产气率，这一指标对于同一煤种来说具有很好的 对比性。
一般来说，对于同一煤种水煤浆加压气化，可
１．鼹４．８６、６．５８
。‘将气化当成一个黑箱，不管过程怎么样，最终的总
１．９５．５．１０ ５．２８
平均
１．２７５ ５．１６５ ５．８５ ６８．３３ ２４．４０ ６９．２６ ３３．９０
。反应如下（对于同一煤种，灰分不参与反应，不做
从表ｌ中看出，多喷嘴Ａ炉的炉渣残碳很低， ’计算；同时为了方便，忽略其他微量元素）：
”…
只有１．２７５％，远低于Ｂ、Ｃ炉。由于Ａ炉无法单
（口Ｉ玉＋ｄ）ＣＨ。０。＋１／２［ａ＋２ｃ—ｂ一２ｄ＋
独分开细灰，所以无法单独测得细灰的量，但是在
（１／２ｍ—ｎ）（口＋ｃ＋ｄ）］０２＋［ｂ＋２ｄ一１Biblioteka Baidu２ｍ（ａ＋
Ａ炉运行期间，总体上细灰的含碳量要降低近
气含量来表示技术的水平。
虽然，有效产气率在生产中不好测定，但是，
由于煤气中的气体成分测量是很准确和方便的，
万方数据
第５期
张彦．多喷嘴对置式气化炉与单喷嘴水煤浆气化炉运行分析
３５３
如果只考虑有效气比例，则很明显的认为工 况下，与有效气产率类似，比氧耗可以通过煤气成
况２比较好，因为有效气比例达到８３．５１％，而工 分来分析。比如，表２中原料煤数据，经计算，ｍ
离开气化炉燃烧室的热气体和熔渣进入气化 炉下段激冷室，被水淬冷后温度降低并被水蒸气 饱和后出气化炉；出气化炉的气体约２４９。Ｃ，气体 经文丘里管喷水湿润、在分离器中进行气液分离 后进水洗塔，水洗塔为板式塔，进塔气经灰水洗
涤、变换冷凝液洗涤冷却后，温度２４３．９。Ｃ、压力 ６．２６ＭＰａ，经旋流板、丝网除沫器除去气体夹带的 雾沫后送至变换工段。
炉干煤气中有效气（ｃＯ＋Ｈ２）产量（ｍ３／１１）和气化 好的可比性，因为当煤种发生较大变化时，有效产
炉人炉干基原料量（ｋｇ／ｈ）的比值，也就是说单位 气率也会发生变化的，如表４所示。
质量的煤能产出有效气的量。在实际生产当中，
表４不同工况下有效产气率数据
％
由于煤种和计量方面的原因，这一很重要的指标
是不好测量的，所以许多专利商便以煤气中有效
２工业运行情况分析 多喷嘴气化炉、单喷嘴气化炉Ｂ炉（燃烧室
币２８００ｍｍ）和单喷嘴气化炉Ｃ炉（燃烧室 币３２００ｍｍ）都经过了长期的工业运行考验。从运 行结果来看，Ａ炉拱顶砖使用寿命已达到６０００ｈ 以上，并且在换拱顶砖时发现，除炉顶盲头附近的 砖磨损严重，还剩余５０ｎｍａ外，其他拱顶部位的砖 基本剩余在１３０—１４０ｒａｍ，从这点来看，Ａ炉拱顶 的问题主要在盲头部位的设计上，这个地方在封 堵后有一定的间隙，气体冲刷湍动比较厉害。因 此，如何设计盲头封堵，让盲头部位配合紧密，这 应该是解决目前所谓拱顶超温和拱顶砖使用寿命 短的迫切问题。
Ｃ炉比氧耗为３７１．２６ｍ３／１０００ｍ３（ＣＯ＋Ｈ２）， 实际测量为３４６ｍ３／１０００ｍ３（ＣＯ＋Ｈ２）。
从结果来看，４喷嘴气化炉的比氧耗还是比 较低的，但在实际测量过程中由于氧气流量及煤 气流量的误差，难以准确测量，如果仅由此来判断 比氧耗的话，就会引起误导。因此，根据分析成分 等数据计算出的比氧耗具有较好的可比性，虽然 是一种大概计算，但在实际应用中还是允许的。
从表３可以看出，有效气成分大概差不多，但 有效产气率Ａ炉明显高出单喷嘴炉Ｂ约１．３４％
＋Ｈ２）可以达到８０％等，单从这一数据来看，肯定 和单喷嘴Ｃ炉２．３８％，也就是说在相同条件下，Ａ
是干煤粉气化要好。但是，有效气含量高并不代 炉煤耗可以降低约２％。需要说明的是，以上数
表有效产气率高。所谓的有效产气率就是：气化 据是在同期同煤种测试的情况下的数据，具有很
２
（ ＋ ）×
、－Ｊ７
如果忽略了甲烷值，则：
比氧耗＝５００—————百袁１丁—一 口＋２ｃ—ｂ＋（｛，ｎ一，１）（口＋ｃ） （４）
Ａ炉比氧耗为３５１．５３ｍ３／１０００ｍ３（ＣＯ＋Ｈ２）， 实际测量为３４６ｍ３／１０００ｍ３（Ｃｏ＋Ｈ２）；
Ｂ炉比氧耗为３６３．７１ｍ３／１０００ｍ３（ＣＯ＋Ｈ２）， 实际测量为３５０ｍ３／１０００ｍ３（ｃｏ＋Ｈ２）；
万方数据
３；２，＿‘、
点磊舷“２０ｃｒ７年第３０卷
表１ Ａ、Ｂ、Ｃ炉渣（粗渣）、细渣分析
％
因此，根据煤气成分就可以判断出有效气的相对
项目１苎笋Ｔ
０．９０ ０．３６
５．２１ ５．４９
６．４１ ５．１３
垒：望塑垄
水分残碳
６６．７ｌ ６９．９４
２６．５８ ２２．２２
旦：璺塑垄
水分 残碳
７１．２９ ３３．７５
对于水煤浆气化炉，另一个重要指标是比氧 耗，即：
，
比氧耗＝ 人气化炉氧气折１００％氧气量（ｍ３／ｈ） 出气化炉粗煤气中（ＣＯ＋Ｈ２）气量（ｍ３／ｈ）×１０００
（２） 从式（１）可以看出，比氧耗的计算可以表达 为： 比氧耗＝
专————万ａ再ｂ惫—１００—０—一（３） １口＋２ｃ一６—２ｄ＋（｛ｍ—ｎ）（口＋ｃ＋ｄ）
从表５可以看出，多喷嘴用的阀门等较多，设 备、阀门、仪表等投资较大，不单纯是一个４倍的 关系，要小得多。其他设备投资可以做到和单喷 嘴一样，例如分离器，多喷嘴这种分级分离洗涤，
使气化炉激冷水的水质大大提高，对于延长激冷 环的使用寿命是很有帮助的，同时带灰问题也大 大降低。再如每个气化炉１套灰水系统，如果相 对降低气化系统的水质要求，减少外排水量，像单
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｎｙ ａｒｇｕｍｅｎｔｓ Ｏｉｌ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｎｏｚｚｌｅｓ
ｇａｓｉｆｉｅｒ ａｎｄ ｓｉｎｇｌｅ－ｎｏｚｚｌｅ ｃｏａｌ—ｗａｔｅｒ ｓｌｕｒｒｙ ｇａｓｉｆｉｅｒ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｏｎ ｔｈｅｉｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ，ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｖｉｅｗ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，诵ｔｌｌ ｔｈｅ ｈｅｌｐ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｄａｔａ，ａｐｐｌｉｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎ—
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｐｐｏｓｅｄ ｍｕｌｔｉ－ｎｏｚｚｌｅｓ ｇａｓｉｆｉｅｒ，ｓｉｎｇｌｅ·ｎｏｚｚｌｅ ｇａｓｉｆｉｅｒ，ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ
（ｃＨ。ｏ。）的有效气量为主詈÷蓑，有效气成分
（ＣＯ＋Ｈ２）高，并不代表有效气产量就高。表３是 实际生产中的数据。
表３近期各炉实际生产当中的煤气成分平均值％
荷和直径增加后，多喷嘴气化炉有优势的原因。
多喷嘴和单喷嘴水煤浆气化炉煤气中有效气
含量问题，也是很多煤气化专利商和应用厂家关
注的重点，例如Ｓｈｅｌｌ粉煤气化工艺有效气（ｃｏ＋ Ｈ２）含量可达到９０％，ＧＥ水煤浆气化有效气（ＣＯ
万方数据
３５４
囊缸舷
２００７年第３０卷
喷嘴那样共用１套灰水，也是可以的。 由于实际操作经验相对还不多，多喷嘴气化
在早期运行过程中也出现了许多问题，这还需要 大家努力，不能依靠单喷嘴经验来对待多喷嘴。
经过分析可以看出，在气化炉负荷相对较小
时，４喷嘴的气化工艺在技术指标上并无多大优 势，但是一旦大规模应用，其优势就会显现。因此 选择何种气化工艺，还是要看原料煤的成分及试 烧结果，综合分析才能选出适合实际情况的气化 工艺。
ｃｅｐｔ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｇａｓ ｙｉｅｌｄ，ｔｏ ｔｒｙ ｔｏ ｓｅｔｔｌｅ ｄｏｗｎ ｔｈｅ ｄｉｓｐｕｔｅｓ ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａｌｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｌｕｅ ｏｆ
ｔｈｏｕｇｈｔｓ ｏｆ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｃｏａｌ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．
ｃ＋ｄ）］Ｈ２０－－＇ａＣＯ＋６Ｈ２＋ｃＣＯＩ＋ｒｉＣＨ４
（１）
１０％，由此可见，多喷嘴Ａ炉的碳转化率要高于
单喷嘴Ｂ、Ｃ炉的转化率。具体数值在实际对比
中没有什么意义。但从下面的一个简单计算中可
项目丽云‰ｒｒ孚‰ 以看出来。
表２某原料煤的分析数据
％
有效产气率定义为ＣＯ＋Ｈ２的生成量与煤消 耗量之比，即：口＝（ｏ＋６）／（ａ＋ｃ＋ｄ），由于ｃＨ４ 在煤气中比例很低，故可以忽略。则有效产气率 改写为：口＝（口＋ｂ）／（ａ＋ｃ）。
因此，有效产气率口＝（ａ＋ｂ）／（ｎ＋ｃ）＝ Ｎｘｃｏ＋肌心Ｘｃｏ＋茗心
Ｎｘｃｏ＋Ｎｘｃｏ，，一ＸＣＯ＋ｘｃｏ
也就是说，对于任何煤种来说，单位量的煤
ｏ，
同的工业运行环境中，单喷嘴的碳转化率低于多 喷嘴的，这是因为顶置单喷嘴在喷射气化的过程 中，不可避免的存在一部分煤颗粒走短路直接进 入炉渣当中。特别是炉子负荷加大后，总体指标 从数据上看，Ｂ炉要好于Ｃ炉，这也就是在炉子负
由上面可以看出，化工生产中，水煤浆气化工 艺好坏主要看３个方面：碳转化率、比氧耗和相对 转化率，利用以上方法把数据进行对比，就容易判 断煤种的好坏及气化技术的优劣。
３投资比较 多喷嘴气化炉的投资相对较高，但是具体高
可以看出，比氧耗计算比较复杂些，不仅跟煤
出多少还没有一个准确的数据。多喷嘴和单喷嘴
气成分有关，也与煤质有关，但是在煤质一定的情 相比，主要差别如表５所示。 表５多喷嘴对置式气化炉与单烧嘴气化炉工艺配置比较（投煤量７５０ｔ／ｄ）
Ｃ炉负荷为日投煤量１０００ｔ，从目前运行来 看，主要表现还是粗渣和细灰残碳偏高。具体数 据见表１、表２。表１中的数据基本是在同一时期 稳定时的分析数据，可以代表大部分时间的运行 状况。
收稿日期：２００７－０５．１２。 作者简介：张彦，男，江苏赣榆人。１９９７年青岛化工学院无 机化工专业毕业，工程师，目前在宁波万华聚氨酯有限公司从事 水煤浆气化生产工作。联系电话：０５７４－８６７１６７７３。
况ｌ则只有８０．６３％，但从相对有效产气率来看，
＝０．６５６５９７，，ｌ＝０．１０７６１６，代入式（４）得结果如
两者则相差Ｏ．０６３８％，也就是说同样的煤，在工况 下：
ｌ下，有效气产量要高出工况２约４．９ｒ７％，对于双 炉生产的企业来说，如果出现相对有效气产气率 差别太多的情况，一定不要掉以轻心。’但是同时 发生大幅变化，则说明原料煤发生变化。ｊ。
单喷嘴气化工艺流程中出煤浆槽的水煤浆经 单台煤浆给料泵加压后通过单个工艺烧嘴从气化 炉顶部进入气化炉（以下简称Ｂ、ｃ炉）。空分来 的高压氧气进氧气缓冲罐，经调节流量后分别进 入单个工艺烧嘴的中心管和环管。在气化炉中煤 浆与氧发生的主要反应与多喷嘴气化炉相同。
气化反应在气化炉反应段瞬问完成，生成 ＣＯ、Ｈ２、Ｃｔｈ、ｎ２０和少量ｃＨ４、Ｈ２ｓ等气体。