水煤浆气化技术简介共30页
水煤浆气化技术简介
磨煤制 浆系统
气化系统
净化系统
渣水处理系统
多喷嘴对置式水煤浆气化工艺原理简图
1、流场结构划分
折返流区 撞击流股 撞击区 射流区
回流区 管流区
流场结构由射流 区、撞击区、撞 击流股、回流区、 折返流区和管流 区组成。
60.5%煤浆 99.6%氧气
（3）撞击流股： 四股流体撞击后，流体沿反应器轴向运动，分 别在撞击区外的上方和下方形成了流动方向相反， 特征相同的两个流股。在这个区域中，撞击流股具 有与射流相同的性质，即流股对周边流体也有卷吸 作用，使该区域宽度沿轴向逐渐增大，轴向速度沿 径向衰减，直至轴向速度沿径向分布平缓。 （4）回流区： 由于射流和撞击流股都具有卷吸周边流体的作 用，故在射流区边界和撞击流股边界，出现在回流 区。
气化炉内的热平衡：
煤的部分氧化放出的热量热
等于气化反应说吸收的热量
（1）射流区：
流体从喷嘴以较高速度喷出后，由于湍流脉动，射 流将逐渐减弱，直至与相邻射流边界相交。同时受撞击区较 高压力的作用，射流速度衰减加快，射流扩张角也随之加大， 此后为撞击区。
（2）撞击区：
当射流边界交汇后，在中心部位形成相向射流的剧 烈碰撞运动，该区域静压较高，且在撞击区中心达到最高。 此点即为驻点，射流轴线速度为零，由于相向流股的撞击作 用，射流速度沿径向发生偏转，径向速度（即沿设备轴向速 度）逐渐增大。撞击区内速度脉动剧烈，湍流强大、混合作 用好。
气化炉耐火材料整体可分为三部分：锥底、拱 顶和筒体。耐火材料从里到外分为若干层，分别是： 向火面耐火砖、绝热层耐火砖和保温层耐火砖。
想一想：什么是耐火材料？
凡是耐火度不低于1580℃，有 较好的抗热冲击和化学侵蚀的能力 、导热系数低和膨胀系数低的非金 属材料都可称之为耐火材料。
水煤浆技术介绍
水煤浆技术介绍核心提示：水煤浆技术是煤炭清洁高效利用的关键技术之一。
关键词：水煤浆一、水煤浆技术介绍(一)推广水煤浆技术的现实意义习近平总书记在今年6月中央财经领导小组第六次会议上强调，推动能源供给革命，大力推进煤炭清洁高效利用。
国务院《2014-2015年节能减排低碳发展行动方案》提出严控煤炭消费总量，降低煤炭消费比重，加快推进煤炭清洁高效利用，在大气污染防治重点区域地级以上城市大力推广使用型煤、清洁优质煤及清洁能源，限制销售灰分高于16%、硫分高于1%的散煤。
水煤浆技术是煤炭清洁高效利用的关键技术之一。
重庆市是以煤为主要能源的城市，煤炭消费占总能耗的65%以上，其中4t/h及以上工业和中小电(热电)站燃煤锅炉耗煤量占全市煤炭消费总量的16.2%，年总耗煤量约940万吨标煤，年排放烟尘约1.4万吨、二氧化硫约2.6万吨、氮氧化物约3.8万吨，是我市煤炭消耗产生的主要大气污染源之一。
利用水煤浆技术在我市实施燃煤锅炉的高效洁净燃烧技术改造并辅以相匹配的烟气治理设施，可实现年节约标煤约84.4万吨，减排二氧化硫219.4万吨，减排烟尘约7521吨，减排二氧化硫、氮氧化物的排放总量分别为17156吨和16810吨，分别占“十二五”减排目标总量的43.8%、41.3%。
水煤浆锅炉运行成本略高于燃煤、是燃油的40%、是燃气的60%和电锅炉的27%。
重庆市能源生产和供应及消费情况表明：煤炭在我国及我市国民经济中是既排拆又依赖的基础能源，煤炭使用将长期占据主体地位。
因此，实现煤炭的清洁高效利用是满足我市当前节能减排形势和实现空气质量防治目标的迫切需求，对于促进我市能源与环境协调发展，满足我市经济快速稳定发展需要，具有重要的战略意义。
(二)国家推广水煤浆技术的相关政策国务院《节能减排“十二五”规划》第三部分第(二)条推动能效水平提高中提出，发展煤炭地下气化、脱硫、水煤浆、型煤等洁净煤技术。
国家发改委《产业结构调整指导目录(2011)》(修正)将型煤及水煤浆技术开发与应用列入煤炭行业鼓励类目录。
关于水煤浆气化技术的简介ppt课件
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耐火材料的分类 ： 耐火材料通常按耐火度、形状
尺寸、烧制方法、耐火材料基体的化学矿物质组成 等进行分类。
（1）按耐火度分类有
普通耐火材料，耐火度为1580～1750℃； 高级耐火材料，耐火度为1750～2000℃； 特级耐火材料，耐火度为2000～3000℃。
（2）按重量、形状和尺寸分类可分为
标准型、普通型、异型和特异型。
（3）按制造工艺方法可以分为
天然岩石锯泥浆浇筑、可塑成型、半干压成型、热压成型、捣打成型、 熔铸成型等制品。
（4）按烧制方法可以分为
不烧砖、烧制砖和熔铸砖等。
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（5）按耐火材料基体的化学矿物质组成分类
耐火材料
硅酸铝制品
硅质制品
镁质制品 碳质制品
特殊高纯氧化 物耐火制品
想一想：进入一次反应区和二次反应区的物 质组成有什么区别？
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3、一次与二次反应共存区 多喷嘴对置气化炉中射流区与撞击区、撞击流
股、回流区、折返流区共存，不时进行物质交换， 再加湍流的随机性，射流区的反应组分及产物都有 可能进入撞击区、撞击流股、回流区、折返流区， 导致这些区域既进行一次反应，也进行二次反应。
颗粒的湍流弥散 颗粒的对流加热
颗粒的振荡运动
来自火焰、炉内壁、高温 气体、固体物等
颗粒的辐射加热
煤的热裂解
煤浆蒸发与颗粒 中挥发分的析出
挥发产物的气相反应
煤焦、CH4等与 H2O、CO2
煤焦的多相反应
灰渣的形成
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气化反应是串并联反应同时存在的极为复杂的 反应体系，可分为一次反应与二次反应：
煤化工 水煤浆
工艺2班 20103665 褚颖颖
主要内容
• • • • 历史背景及分类 国内外发展 工艺原理及流程图 工艺的优缺点
历史背景及分类
煤气化已有一百多年的发展历史，先后开发 了一百多种气化工艺和气化炉型，有工业应 用前景的十余种。煤气化分类无统一规定， 最常用的是按原料在气化炉内的移动方式分 为固定床、流化床和气流床三种：固定床气 化是块煤从炉顶加入，自上而下经历干燥、 干馏、还原、氧化和灰渣层，灰渣最终经灰 箱排出炉外；气化剂自下而上经灰渣层预热
灰渣层预热后进入氧化层和还原层，生成的 煤气显热用于煤的干馏和干燥。固定床气 化的局限性是对床层均匀性和透气性要求 很高，要求入炉煤要有一定的粒（块）度 及均匀性，对煤的机械强度、热稳定性、 含碳量、灰熔点、粘结性、结渣性等指标 都有比较严格的限制。
国外发展情况
水煤浆气化工艺国外称作德士古煤气 化工艺（TCGP），至今已有50多年的 历史。1948年美国德士古石油公司受 重油气化的启发，首先创造了水煤浆 气化工艺，并在加州洛杉矶近郊蒙特 贝洛建设第一套中试装置，规模约 15t/d。这在煤气化发展史上是个重大 的开端，但由于当时煤无法与天然气 和石油相竞争，没有得道认可，直至
3、气化压力高 气化压力高，单炉产量高。目前在美国已建成日 处理煤量为2000吨／台，压力为6.7Mpa的生产装置。
• 4、合成气质量好 一般情况下，产品煤气中有效成分CO+H2≥80%
• 5、气化温度高 气化炉在1400℃左右操作，煤在熔融后呈液态排 出燃烧室，碳转化率高达96%以上。生产的高温 煤气采用直接冷激回收热能，产生的蒸汽用于加 热灰水。 • 6、有利于环境保护 由于气化温度高，煤中的挥发份直接燃烧， 所以不生成焦油、酚等污染环境的副产物，废水 主要成分是含氰化合物，远比炼焦产生的废水易 于处理；同时气化系统的水在本系统内循环使用， 外排废水很少，远比其它气化方法产生的废水量 少对于固体排放物，在气化中没有飞灰等带出， 生成的熔渣不污染环境，而且是良好的建筑材料。
科技成果——多喷嘴对置式水煤浆气化技术
科技成果——多喷嘴对置式水煤浆气化技术适用范围化工行业煤制合成气行业现状同等产量条件下常压固定床技术：比氧耗380Nm3O2/kNm3（CO+H2）；有效气成分CO+H2含量60%-70%；碳转化率78%；年消耗71万tce。
成果简介1、技术原理水煤浆、氧气进入气化室后，相继进行雾化、传热、蒸发、脱挥发分、燃烧、气化等6个物理和化学过程，煤浆颗粒在气化炉内经过湍流弥散、振荡运动、对流加热、辐射加热、煤浆蒸发与挥发份的析出和气相反应等，最终形成以CO、H2为主的煤气及灰渣。
产生的合成气经分级净化达到后序工段的要求，同时采用直接换热式渣水处理系统。
2、关键技术多喷嘴对置式水煤浆气化技术采用四喷嘴撞击流、预膜式喷嘴，加强混合，强化热质传递。
关键技术设备包括：（1）由喷淋床与鼓泡床组成的复合床高温煤气洗涤冷却设备；（2）合成气“分级”净化。
由混合器、分离器、水洗塔组成的高效节能型煤气初步净化系统；（3）直接换热式含渣水处理系统；（4）预膜式长寿命高效气化喷嘴；（5）结构新颖的交叉流式洗涤水分布器；（6）国内首次成功实施停运气化烧嘴在线带压投料的操作技术。
3、工艺流程通过喷嘴对置、优化炉型结构及尺寸，在炉内形成撞击流，以强化混合和热质传递过程，并形成炉内合理的流场结构。
主要包括煤浆制备、输送单元，多喷嘴对置式水煤浆气化单元，煤气初步净化单元和含渣水处理单元，其中关键单元为气化、煤气初步净化和含渣水热回收。
图1 多喷嘴对置式水煤浆气化工艺流程图主要技术指标与引进的水煤浆气化技术相比，采用该技术可使比氧耗降低7.9%，比煤耗降低2.2%。
以北宿煤为原料，合成气有效气成分（CO+H2）含量84.9%，比氧耗309Nm3O2/1000Nm3（CO+H2），降低7.9%；比煤耗535kg/1000Nm3（CO+H2），降低 2.2%；碳转化率98.8%，提高2%-3%；产气率2.20Nm3/kg；有效气成分提高2%-3%；CO2含量降低2%-3%。
水煤浆技术
水煤浆技术介绍
水煤浆由65%左右的煤，34%的水及少量化学添加剂制成，是一种浆体燃料，可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧，其热值相当于燃料油的一半，可代替燃料油用于锅炉、电站、工业炉和窑炉，用于代替煤炭燃用，具有燃烧效益高、负荷调整便利、减少环境污染、改善劳动条件和节省用煤等优点。
迄今为止，世界上已经商业化的IGCC大型电站，均采用气流床技术，最具有代表性的是以干煤粉为原料的Shell气化技术和以水煤浆为原料的Texaco气化技术。
水煤浆的原料是经过洗选的，含灰和硫都大为降低，如加石灰石脱硫，在相同条件下比原煤脱硫率高20%。
此外水煤浆燃烧温度低，NOx排放也很低。
不同的煤浆产品是根据煤与不同流体的混合来命名的：
(1)油煤浆（coal oil mixture简称COM）——50%的煤粉和50%的油的混合物。
(2)煤油水浆（coal oil water mixture简称COW）——煤粉、油及10%以上水的混合物。
(3)水煤浆（coal water mixture简称CWM或coal water fuel简称CWF）——60%—70%的煤粉与30%—40%的水以及少量添加剂的混合物。
根据原煤的灰分高低又可分为超低灰、低灰、中灰和高灰煤浆。
其中高灰煤浆又叫做煤泥水煤浆，它是用洗煤泥与水混合而成，可作为矿区工业锅炉替代优质煤的代用燃料。
(4)煤—甲醇混合物（coal methanol mixture简称CMM）——60%的煤粉和40%甲醇或甲醇水的混合物。
此外还有石油焦浆（石油焦为低灰高热值的石油残渣），石油焦浆又可分为石油焦浆油混合的油焦浆和水与石油焦混合的水焦浆。
GE水煤浆气化技术
②煤仓氮封
流程：
1100#公用站 煤仓 1200#公用站 1400#公用站 1700#公用站
空分
7、15MPa氮气的作用及流程
来自空分15MPa高压氮气储存在高压氮气储罐V1205， 正常操作压力13.3MPa，其作用如下：
1.气化炉开车引氧前通过氧气管线反充压程序将氧气 管线界区总阀后压力充至8MPa，防止氧气界区总阀 因高压差动作引起事故；另外引氧过程中，氧气两 道切断阀之间建立高压氮塞，防止氧气切断阀内漏 引起事故。
2.气化炉停车过程中，高压氮气对煤浆管线及氧气管 线进行吹扫，确保系统安全；另外氧气两道切断阀 之间建立高压氮塞，防止原料气反串至氧气管线发 生事故。
7、15MPa氮气的作用及流程
To FI To FI
Oxygen
SLURRY To FI
N2 In
8、16MPa氮气的作用及流程
作用： 1.高压冷凝液罐V1401提供高压氮封。
2.5锁斗系统
锁斗是一个定期收集和排放固体渣的水封 体系，集渣和排渣均遵照锁斗循环逻辑，并按 一定时序完成 。在收渣阶段，激冷室底部的 渣水经破渣机进入锁斗V1301。锁斗循环泵 P1301从锁斗顶部抽取相对洁净的水送回激冷 室底部帮助排渣。排入渣池的粗渣在前仓经沉 降后由捞渣机送入灰车送出界区。锁斗循环大 致分为减压、清洗、排渣、充压、收渣五个阶 段，由锁斗程序自动控制。
3.重点设备
3.3破渣机 破渣机位于气化炉激冷室底部与锁斗之间，用 来破碎炉中产生的大块炉渣以及气化炉中脱落的炉 衬耐火砖块，保证正常固体粒度的炉渣能顺利进入 锁斗。 破渣机主要分为三部风：主机部分、液压部分 和电控部分。主机部分主要完成对炉渣和脱落的耐 火砖的破碎，液压部分是驱动破渣机主机运转的动 力来源，电控部分通过前面板输入控制命令，控制 破渣机的工作，三部分协调完成以保证破碎气化炉 中排出的大块炉渣或气化炉炉衬耐火砖块，保证气 化炉的正常工作。
水煤浆气化工艺原理
针对现有气化炉的不足之处，进行优 化设计，提高气化炉的效率和寿命。
新型水煤浆制备技术
研究新型水煤浆制备技术，优化水煤 浆的粒度和浓度，提高其稳定性。
资源化利用
将水煤浆气化工艺产生的废弃物进行 资源化利用，实现能源的循环利用和 可持续发展。
THANKS
感谢观看
高效节能
水煤浆气化工艺采用高效的气化 炉，能够充分利用煤炭资源，提
高能源利用率，降低能耗。
环保友好
水煤浆气化工艺产生的合成气 经过洗涤和净化处理，能够减 少对环境的污染。
灵活性高
水煤浆气化工艺可以根据市场 需求调整产品种类和产量，具 有较强的灵活性。
资源丰富
水煤浆气化工艺使用的原料煤 炭在我国资源丰富，能够满足
水煤浆气化工艺的改进方向
优化反应条件
通过进一步研究和改进，优化水煤浆 气化工艺的反应条件，提高能源利用 率和降低能耗。
开发新型催化剂
研究开发新型催化剂，提高水煤浆气 化反应的活性和选择性，减少副产物 的生成。
强化废水处理
加强废水处理技术的研究和应用，减 少废水中有害物质的含量，降低废水 处理难度。
水煤浆气化反应机理
煤浆制备
将煤炭破碎、研磨成微细颗粒，与水、添加剂混合搅拌制成水煤浆。
气化反应
在高温高压条件下，水煤浆与气化剂（氧气、水蒸气）在气化炉内发 生部分氧化反应，生成以一氧化碳和氢气为主的可燃气体。
反应过程
水煤浆中的碳与气化剂中的氧发生反应，生成二氧化碳和水蒸气；同 时，碳与水蒸气发生反应，生成一氧化碳和氢气。
该工艺在国内外得到了广泛应用，对于实现煤炭的高效利用 、降低环境污染、发展可再生能源等方面具有重要意义。
目的与意义