多喷嘴对置式水煤浆气化技术
论多喷嘴对置式水煤浆气化技术进展及应用
论多喷嘴对置式水煤浆气化技术进展及应用1. 引言1.1 研究背景水煤浆气化技术是一种将煤炭转化为天然气或合成气的重要技术途径，具有节能减排、资源综合利用等显著优势。
随着环境保护意识的增强和对清洁能源需求的日益增长，水煤浆气化技术在实现低碳经济、减少大气污染和推动能源革命方面具有重要意义。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术作为水煤浆气化技术的一种新型形式，以其高效、节能、环保等优势逐渐受到研究者们的关注和重视。
深入研究多喷嘴对置式水煤浆气化技术的原理、特点及应用，对于加快其推广应用、促进环境保护和可持续发展具有重要的现实意义。
本文旨在系统探讨多喷嘴对置式水煤浆气化技术的研究进展及应用案例，为未来该技术的发展和应用提供理论和实践参考。
1.2 研究意义多喷嘴对置式水煤浆气化技术的研究意义主要体现在以下几个方面：多喷嘴对置式水煤浆气化技术在工业生产中具有广泛的应用前景，可以为工业生产提供稳定、高效的燃料来源，提高生产效率，降低生产成本。
深入研究多喷嘴对置式水煤浆气化技术的意义在于推动我国工业生产的现代化和智能化发展。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术的研究还对环境保护具有重要意义。
通过提高煤炭资源利用效率，减少燃烧排放，降低二氧化碳等温室气体排放量，可以降低空气污染和温室效应，有利于改善环境质量，保护生态系统，实现可持续发展。
深入研究多喷嘴对置式水煤浆气化技术的意义不仅在于提高能源利用效率，促进工业生产发展，还在于保护环境，实现可持续发展目标。
这些方面的重要意义将在接下来的正文部分进行详细阐述。
1.3 研究目的本文的研究目的是探讨多喷嘴对置式水煤浆气化技术在能源利用和环境保护领域的应用前景。
通过系统分析该技术的原理、特点、优势以及研究进展，我们旨在深入了解多喷嘴对置式水煤浆气化技术在气化过程中的效率和环保性能，以及其在实际应用中的应用案例。
特别是我们希望通过对多喷嘴对置式水煤浆气化技术的研究，为未来该技术的进一步发展提供参考和支持，为节能减排领域的发展做出贡献。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术新进展
工业示范
1150TPD 750TPD 2001~2005
大型化 2000TPD 2006~2010
大型化 3000TPD 2011~2015
超大型化 4000TPD 2016~2020
多喷嘴对置式水煤浆气化技术——技术优势
大型化 高效率 长周期稳定运行
降低投资 节能降耗 降低运行费用
大型化效果——180万吨/年煤制甲醇装置(60万吨/年煤制烯烃)
冷 室
废锅-激冷型水煤浆气化技术
不同入口型式辐射废锅的模拟研究
不同接口及入口结构示意图
直圆拱型
缩口结构
扩口结构
渐缩结构一
不同入口结构的顶部流场特征
渐缩结构二
废锅-激冷型水煤浆气化技术
辐射废锅数值模拟
辐射段结构示意图
直段高度为18m废锅的 速度场(左m/s）、温度场(中K)与颗粒相(右kg/m3)
工程应用
提高关键设备寿命 解决结渣堵渣问题 提高系统效率 实现优化控制
大型化理论基础
系统集成创新
长周期稳定运行
大型高效水煤浆气化成套技术
多喷嘴对置式水煤浆气化技术——推广应用
国国内内外外5557个个项项目目，，115508台台气气化化炉炉
已运行26个项目，67台气化炉 累计总原料煤能力 > 20万吨煤/天，单炉最大规模4000吨级/日
气流床气化炉内喷嘴雾化实验研究
气化炉内水煤浆雾化过程可视化
雾化过程统计分析 (粒径分布、稳定性和不同模式分布)
4000吨级水煤浆气化技术—基础研究
气流床气化炉内颗粒壁面沉积实验研究
气化炉内壁面沉积行为分类
颗粒沉积过程可视化
液滴沉积模式分布
颗粒沉积模式分布
简述多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工艺流程
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华东理工大学科技成果——多喷嘴对置式水煤浆气化技术
华东理工大学科技成果——多喷嘴对置式水煤浆气化技术项目简介煤炭气化，即在一定温度、压力下利用气化剂与煤炭反应生成洁净合成气（CO、H2的混合物），是实现煤炭洁净利用的关键，可为煤基化学品（合成氨、甲醇、烯烃等）、整体煤气化联合循环发电（IGCC）、煤基多联产、直接还原炼铁等系统提供龙头技术，为现代能源化工、冶金等行业的技术改造和节能降耗提供技术支撑。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术是世界上最先进的气流床气化技术之一。
水煤浆经四个对置的喷嘴雾化后进入气化炉内，与氧气反应生成含CO、H2和CO2的合成气，从气化炉出来的粗合成气经新型洗涤冷却室、混合器、旋风分离器和水洗塔等设备的洗涤和冷却后进入后序工段；气体洗涤设备内的黑水则经高温热水塔进行热量回收和除渣后成为灰水再返回气体洗涤设备内，全气化系统基本实现零排放。
该技术工艺指标先进，与同类技术相比，合成气有效成分高2-3个百分点、碳转化率高2-3个百分点、比氧耗降低7.9%、比煤耗降低2.2%等，生产强度大，又减少了专利实施许可费。
所属领域化工、能源项目成熟度产业化应用前景多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化成功，打破了国外技术在气化领域的垄断地位，标志着我国自主的大型煤气化技术已处于国际领先地位。
目前有33台多喷嘴对置式水煤浆气化装置处于工业运行、建设和设计中，同时该技术已走出国门，为美国一家石化公司提供气化技术。
知识产权及项目获奖情况与多喷嘴对置式水煤浆气化技术相关的有二十余项发明专利和实用新型专利。
拥有自主的知识产权。
项目曾得到国家“九五”科技攻关、“十五”和“十一五”“863”课题、“973”计划的支持。
所获主要奖励有：2007年国家科学技术进步二等奖；第十届中国专利奖优秀奖；2006年中国石油和化学工业科技进步特等奖；2006年中国高校-企业合作创新十大案例；2006年中国高校十大科技进展；2005年上海市科技进步三等奖。
合作方式主要以专利（实施）许可和技术转让的模式合作。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术设备概况
第３６卷第２期
化肥工业
２００９年４月
多喷嘴对置式水煤浆气化技术设备概况
张大晶
（水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心滕州２７７５２７）
摘要多喷嘴对王式水煤浆气化技术是我国具有自主知识产权的气流床气化技术．简迷了多喷嘴对置式 水煤荣气化技术的工艺流程。介绍了其中的重要设备情况，除关键的高压煤浆泵、氧阀、锁斗安全阀、Ｄｃｓ和ＥＳＤ 系统建议进口外，其余设备均建议实施国产化。 关键词煤气化气流床多喷嘴
２
工艺流程 改造后脱盐水系统工艺流程见图ｌ。
步处理后送动力车间作为锅炉给水．充分利用余
能，降低了能源消费。提高了能源综合利用率。 １．８脱盐水ｐＨ值偏低
３
结语
２００７年１１月，吉林长山化肥集团又新增加
了ｌ台７５ Ｌ／ｈ流化床锅炉．需增加脱盐水８０
Ｌ／ｈ。
原送睹的脱盐水ｐＨ值经常偏低，多次造成
动力车间因锅炉祷蚀而减量生产，甚至停车。 措施：将手动加氨改为自动加氨．使送出的脱 盐水ｌ，Ｈ值保持稳定：
经过对反渗透脱盐水装置改造和回收冷凝液，保 证了脱盐水供应。反渗透脱盐水装置最高产水量 可达３０【）Ｌ／ｈ。保证了脱盐水供应。
（收稿日期２（）０８旬３．１．１）
４３
万方数据
多喷嘴对置式水煤浆气化工艺
多喷嘴对置式水煤浆气化工艺由煤浆制备及
至气化炉的４个对置式喷嘴。同时由空分系统来 的高压氧气也分４路．再各分为２路．分别送４个 工艺喷嘴的中心通道和外环通道。煤浆与氧气通 过工艺喷嘴对喷进人气化炉。在气化炉燃烧室内 进行部分氧化反应．生成的粗合成气被冷却后在 洗涤冷却室的液位以下以鼓泡的形式进行洗涤和
多喷嘴对置式水煤浆气化设备的烟气净化与脱硫技术研究
多喷嘴对置式水煤浆气化设备的烟气净化与脱硫技术研究烟气净化与脱硫技术是水煤浆气化设备中至关重要的环节，它可以有效地去除烟尘和有害气体，保证排放的烟气符合环保要求。
在多喷嘴对置式水煤浆气化设备中，烟气净化与脱硫技术的研究是一项重要任务，下面将对其进行探讨与分析。
1. 多喷嘴对置式水煤浆气化设备的特点多喷嘴对置式水煤浆气化设备是一种高效、节能的气化设备，它采用了多喷嘴对置的结构，通过高温煤层燃烧加热水煤浆，产生高温高压的煤气。
与传统的气化设备相比，该设备具有以下特点：首先，多喷嘴对置式水煤浆气化设备具有较高的煤气产量和效率。
通过多喷嘴对置的结构，可以实现水煤浆气化反应的充分利用，提高气化效率。
同时，该设备还采用了先进的煤层燃烧技术，可以将煤的热值充分释放，使得气化过程更为高效，提高了煤气的产量。
其次，多喷嘴对置式水煤浆气化设备具有较低的氮氧化物排放。
通过优化煤层燃烧和气化过程中的参数控制，可以有效减少氮氧化物的生成。
同时，该设备还配备了高效的烟气净化与脱硫技术，进一步降低了氮氧化物的排放。
最后，多喷嘴对置式水煤浆气化设备采用的是封闭式操作，有效地避免了煤尘和有害气体的泄漏，保护了环境和工作人员的健康安全。
2. 烟气净化技术在多喷嘴对置式水煤浆气化设备中，烟气净化技术是必不可少的环节。
其主要作用是去除燃烧过程中产生的烟尘颗粒和有害气体，保证烟气排放符合环保标准。
常见的烟气净化技术包括机械过滤、静电除尘、湿式电除尘等。
机械过滤是通过过滤材料（如布袋）来捕捉颗粒物，一般适用于粉尘颗粒较大的情况。
而静电除尘则是利用高压电场来对颗粒物进行电除尘，适用于小颗粒物的去除。
湿式电除尘则是在烟气中加入水雾，通过电场作用将颗粒物吸附到水滴上。
在多喷嘴对置式水煤浆气化设备中，根据具体的烟气特性和排放要求，可以选择适合的烟气净化技术。
同时，还可以通过组合使用不同的净化设备，进一步提高烟气净化效果。
3. 烟气脱硫技术除了烟尘颗粒物的去除外，烟气中的二氧化硫（SO2）也是水煤浆气化设备需要处理的关键污染物之一。
1多喷嘴对置式水煤浆气化技术
主流煤气化技术及市场情况系列展示（之一）多喷嘴对置式水煤浆气化技术技术拥有单位：兖矿集团有限公司、华东理工大学编者按：煤气化装置是煤化工的龙头，选择适合的煤气化技术直接关系到整个煤化工装置的安全稳定运行和经济效益，煤气化技术的选择是煤化工装置和煤化工企业的关键点之一。
为了帮助煤化工企业合理地选择气化技术，从本期起，本刊将陆续介绍目前国内主要煤气化技术，从技术特点、主要技术参数、煤种适应性、研发过程、市场开发、典型运用案例、最新动态等方面，全面地展示各种煤气化技术的特点。
此次气化技术展示的所有材料，由相关企业提供，均不代表本刊倾向和观点。
山东兖矿国拓科技工程有限公司是由兖矿集团控股，会同国内著名科研机构、院校、勘察设计单位和企业组建的化工技术研发、推广和技术服务的高科技企业，依靠兖矿集团良好的企业形象、强大的技术研发和技术服务能力，主要从事化工技术开发、技术服务、技术转让、化工工程勘察、设计、施工等业务。
公司立足兖矿自身化工技术的研发与工业化装置，依托华东理工大学、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心、中国天辰工程公司等科研和设计机构，团队具有一流理论水平和实践经验，是典型的产、学、研结合运作模式。
山东兖矿国拓科技工程有限公司与华东理工大学一起向业界推广多喷嘴气化技术，并提供技术理论和工程技术服务支持，公司自2010年7月成立以来，已签订多喷嘴气化技术转让合同15家，与国内外煤化工企业达成合作意向10余项，另与国外多家科研机构和化工企业达成合作意向。
具有完全自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化技术由华东理工大学和兖矿集团共同研发，八五期间华东理工大学建立了多喷嘴气化技术数学模型，进行了实验室小试，九五期间兖矿集团承担了多喷嘴气化技术中试，并在兖矿国泰化工有限公司建设多喷嘴气化技术示范工程，2005年第一台千吨级多喷嘴对置式煤气化大型气化炉在兖矿国泰开车成功，由此拉开了我国水煤浆洁净煤大型化的序幕。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术主要特征介绍如下：一气化技术特点多喷嘴对置式水煤浆气化工艺是以氧气和水煤浆为原料，采用气流床反应器，在加压非催化条件下进行部分氧化反应，生成以一氧化碳和氢气为有效成分的粗煤气，作为氨和甲醇合成的合成气，或制氢（煤液化、燃料）的原料气、IGCC 发电的燃料气。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术
荣誉
? 2006年中国石油和化学工业科技进步特等奖 ? 2006年全国高校十大科技进展 ? 2006年中国高校－企业合作创新十大案例 ? 2004年煤炭工业十大科技成果 ? 2002年中国电力科技进步二等奖 ? 2001年“九五”科技攻关优秀成果奖 ? 1998年上海市科技进步一等奖 ? ……
国际煤气化领域的关注和认可
与GE、Shell 、Siemens的 气化技术同台 竞争！
多喷嘴对置式水煤浆气化技术的成功引起 了国际煤气化领域的关注，2006年煤气化 年会邀请华东理工大学报告该技术的进展
左上：气化技术协会主席 James Childress 右：华东理工大学介绍煤气化技术 下：著名气化专家、《Gasification 》作 者Chris Higman 博士
? 滕州凤凰化肥有限公司采用多喷嘴对置式水煤浆气化技术 年产60万吨醇氨(日处理3000吨煤，系统总投资约32亿元)；
? 兖矿鲁南化肥厂双结构改造项目中采用多喷嘴对置式水煤 浆气化技术(日处理1150吨煤，系统总投资约15亿元)；
? 江苏索普（集团）公司60万吨甲醇项目采用多喷嘴对置式 水煤浆气化技术（日处理3000吨煤，系统总投资约30亿元
研究开发方法
V III
大A
IV
A
II
I
型
III
冷 模
VI
A
A
1500
1200
℃ 度 900 温 壁 炉 600
平顶条件 1 平顶条件 2 预制件 1 条件 1 预制件 1 条件 2 预制件 2 条件 1 预制件 2 条件 2
300
0 0
0.3
0.6
0.9 ?????? /4)]
多喷嘴对置式水煤浆气化技术
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4000吨级水煤浆气化技术
“煤炭清洁高效利用和新型节能技术” 国家“十三五”重点专项
所属项目：大规模水煤浆气化技术开发及示范 课题名称：超大规模水煤浆气化放大关键技术 及污水减量化研究
围绕高温高压下湍流混合与复杂气化反应的相互作用的复杂科学问题研 究，掌握实现水煤浆气化过程高效化、大型化的基本理论指导原理。
400
200
辐射强度
CH*
0 0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
[O/C]e
[O/C]e
CH*辐射发光图像重建
柴油撞击火焰CH*二维分布
CH*辐射峰值随[O/C]e 的变化(柴油火焰)
L/De随[O/C]e的变化 (柴油火焰)
柴油和水煤浆撞击火焰黑体 辐射时均分布
第六届国际多喷嘴对置式煤气化技术推广及应用研讨会
多喷嘴对置式水煤浆气化技术新进展
华东理工大学
01
多喷嘴对置式水煤浆气化技术
多喷嘴对置式水煤浆气化技术
激冷流程工艺原理简图
磨煤制浆系统 气化系统 初步净化系统 渣水处理系统
多喷嘴对置式水煤浆气化技术
技术研发历程
技术发明 及中试 22TPD 1996~2000
已运行26个项目，67台气化炉 累计总原料煤能力 > 20万吨煤/天，单炉最大规模4000吨级/日
多喷嘴对置式水煤浆气化技术——国际影响
合成气产能世界第三，为世界煤气化技术第一集团供应商
2017美国国际气化技术年会信息
成为国际三大主流气化技术提供商之一
多喷嘴对置式水煤浆气化技术
鉴定意见：该成果总体技术指标达到了国际领先水平，并保持多喷嘴
科 学 问 题
极端条件（1300~1400℃、4.0~8.7MPa）、有 限空间内的湍流多相流动与过程强化 高温、高压下复杂反应产物分离 高温、高压、还原性气氛下熔渣形成机理、流变特 性与传热机理
目标：长周期高效稳定运行
多喷嘴对置式水煤浆气化技术
科学原理
撞击流流场调控 多相流动反应机理 撞击火焰结构及温 度场调控
关键技术
高效长寿命喷嘴 新型耐火衬里结构 高效合成气洗涤 无波动切换技术
工程应用
提高关键设备寿命 解决结渣堵渣问题 提高系统效率 实现优化控制
大型化理论基础
系统集成创新
长周期稳定运行
大型高效水煤浆气化成套技术
多喷嘴对置式水煤浆气化技术——推广应用
国内外 55 个项目， 150 台气化炉 国内外 57 个项目， 158 台气化炉
对置式水煤浆气化技术在国际同类气化技术中的引领地位
2015年上海市科技进步一等奖 2015年山东省科技进步一等奖 2016年国家科技进步二等奖 2017年中国石化联合会科技进步一等奖 2017年上海市科技进步二等奖
多喷嘴水煤浆气化技术 成功实现超大型化跨越
02
4000吨级水煤浆气化技术
syngas
inert gas
0.5 mm
0-4 mm
水冷壁传热模型
表面温度分布
废锅-激冷型水煤浆气化技术
OMB水煤浆气化废锅-激冷型技术开发及示范
项目地点：陕西榆林（兖州煤业榆林能化有限公司） 项目内容：单炉日处理煤2000吨级示范装置 配套生产50万吨/年聚甲氧基二甲醚
形成单炉4000吨级超大型水煤浆气化工艺
4000吨级水煤浆气化技术—基础研究
气流床气化炉内喷嘴雾化实验研究
气化炉内水煤浆雾化过程可视化
雾化过程统计分析 (粒径分布、稳定性和不同模式分布)
4000吨级水煤浆气化技术—基础研究
气流床气化炉内颗粒壁面沉积实验研究
气化炉内壁面沉积行为分类
颗粒沉积过程可视化
大型化效果——180万吨/年煤制甲醇装置(60万吨/年煤制烯烃)
单炉规模/t/d 1000 3000 气化炉数量与配置/台 9开3备 3开1备 气化装置总投资/亿元 ～13 ～10
工程问题和科学问题
喷嘴寿命
工 程 问 题
耐火砖寿命 气化炉结渣、堵渣 合成气洗涤系统积灰 水系统问题 大型化效率
工业示范 1150TPD 750TPD 2001~2005
大型化 2000TPD 2006~2010
大型化 3000TPD 2011~2015
超大型化 4000TPD 2016~2020
多喷嘴对置式水煤浆气化ຫໍສະໝຸດ 术——技术优势 大型化 高效率 长周期稳定运行 降低投资 节能降耗 降低运行费用
水煤浆撞击火焰CH*二维分布
CH*Max/(CO+H2)比值与 [O/C]e的关系(柴油火焰)
4000吨级水煤浆气化技术—基础研究
气流床气化炉内耐火砖侵蚀研究
热态试验气化炉耐火砖侵蚀特性
试验及工业耐火砖侵蚀对比
工业气化炉耐火砖侵蚀特性
4000吨级水煤浆气化技术
4000吨级水煤浆气化装置建设现场
渣水处理框架
提高煤炭资源利用效率 实现热量回收
辐 射 废 锅
满足煤基多联产、IGCC发电 适合F-T合成、甲醇、SNG等煤化工装置
激 冷 室
废锅-激冷型水煤浆气化技术
不同入口型式辐射废锅的模拟研究
不同接口及入口结构示意图
直圆拱型
缩口结构
扩口结构
渐缩结构一
渐缩结构二
不同入口结构的顶部流场特征
废锅-激冷型水煤浆气化技术
液滴沉积模式分布
颗粒沉积模式分布
脱附模式分布
4000吨级水煤浆气化技术—基础研究
气流床气化炉内火焰光谱诊断
1200 15 1000
-1
单喷嘴射流火焰C H *强度峰值 两喷嘴撞击火焰C H *强度峰值
·m-2
12
单喷嘴射流火焰 两喷嘴撞击火焰
800 9 600
L/De / mW · Sr
6 3 0 0.6
辐射废锅数值模拟
辐射段结构示意图
直段高度为18m废锅的 速度场(左m/s）、温度场(中K)与颗粒相(右kg/m3)
废锅-激冷型水煤浆气化技术
颗粒流场数值模拟
水冷壁表面温度分布/K
渣颗粒浓度分布(kg/m3)
颗粒运动轨迹
废锅-激冷型水煤浆气化技术
水冷壁传热模拟计算
ash and slag cooling water
气化及净化框架
煤浆泵房
磨煤框架
03
废锅-激冷型水煤浆气化技术
废锅-激冷型水煤浆气化技术
采用废锅-激冷流程，辐射废锅可回收相当于原料煤热 值 8~10% 的能量，用于产生高压蒸汽，作动力蒸汽或驱 动透平，可以大大降低动力煤消耗，从而明显降低系统的 能耗。合成气水气比能满足后工序部分变换的要求。
气 化 室