多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发及其在大氮肥国产化工程中的应用-论文.doc

多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发及其在大氮肥国产化工程中的应用煤炭气化,即在一定温度、压力条件下利用气化剂(O2、H2O或CO2)与煤炭反应生成洁净合成气(CO、H2的混合物),是对煤炭进行化学加工的一个重要方法,是实现煤炭洁净利用的关键。气流床煤气化技术代表着发展趋势,是现在最清洁的煤利用技术之一,主要包括:以水煤浆为原料的GE(Texaco)、GlobalE-Gas气化炉,以干粉煤为原料的Shell、Prenflo、Noell气化炉[1]。在新型煤化工和能源转化技术中,煤气化都起有重要作用,特别在我国,煤气化同时具有作原料气和燃料气的市场需求,被广泛应用于化工、冶金、机械、建材等工业行业和生产煤气的企业,社会需求很大,近几年内在产业应用方面将有巨大的发展。   “九五”期间华东理工大学、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心(兖矿鲁南化肥厂)、中国天辰化学工程公司承担了国家重点科技攻关项目“新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉开发”,中试装置(日投煤22t)的运行结果表明在水煤浆气化领域达到了国际领先水平。通过专利实施许可的方式,并在国家发改委“十五”重大技术装备研制项目的支持下,四喷嘴对置式水煤浆气化技术成功应用于山东华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥国产化工程,建设了一台投煤750t/d、,现该装置运行状况良好。1 多喷嘴对置式水煤浆气化技术开发 大型冷模研究   实验流程如图1所示。大型冷模对置气化炉直径1m。采用激光多普勒三维粒子动态分析仪(φDualPDA)、热线风速仪(Streamline4)、毕托管等研究测试气化炉内的撞击射流湍流速度场、浓度场、压力场、停留时间分布等,获得气化炉内的流动与混合规律,为气化炉的研究开发提供科学依据。流场结构见图2,可划分为:射流区(Ⅰ)、撞击区(Ⅱ)、撞击流股(Ⅲ,上下两股)、回流区(Ⅳ,共六个)、折返流区(V)、管流区(Ⅵ)。1—冷模气化炉;2—喷嘴;3—鼓风机;4—流量计;5—水泵;6—示踪剂;7—DualDA测试系统;8—停留时间测试系统图1 大型冷模实验流程图2  小型热模试验   在小型热模实验装置上(如图3示)研究了对置式热态模式气化炉内的火焰特性与温度分布,获得操作参数、结构参数与流动混合状态对气化反应结果及温度分布的影响规律。1—热模气化炉;2—喷嘴;3—贮槽;4—泵;5—流量计;6—氧气钢瓶;7—气体质量流量计;8—冷却室;9—数据采集系统图3  雾化性能研究   基于大型冷态模型(φ1500×4500mm),借助激光衍射颗粒测试仪(Malvern),以水、甘油及水煤浆为实验介质,对不同几何结构与尺寸的喷嘴进行雾化性能研究,开发与气化炉结构尺寸相匹配、雾化性能优越的气化喷嘴(预膜式烧嘴)。实验流程图如图4所示。1—冷模气化炉;2—喷嘴;3—Malvern测试仪;4—鼓风机;5—流 量计;6—泵;7—贮槽;8—过滤器;9—引风机;10—计算机图4 喷嘴雾化实验流程2 多喷嘴对置式水煤浆气化过程及特点   ~,温度约1300℃。在此高温下化学反应速率相对较快,而气化过程速率为传递过程控制。为此,采取的技术对策是:通过喷嘴配置、优化炉型结构及尺寸,在炉内形成撞