关于水煤浆气化技术的简介
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。
水煤浆气化技术简介
水煤浆气化技术简介
水煤浆气化技术是现代煤化学工程的一种新型气化技术，其主要
特点是使用水煤浆作为原料，经过高温高压条件下的分解与转化，可
获得高品质的合成气、液体燃料和化学品。
通过水煤浆气化技术，可以将低品位煤资源转化为高附加值产品，提高煤的利用率和资源利用效益，同时减少二氧化碳等有害气体排放，具有较好的环境效益。
目前水煤浆气化技术已经在国内外得到广泛应用，广泛用于燃气
轮机、燃气锅炉、化学品合成等领域。
在未来，水煤浆气化技术将会
成为我国能源结构转型升级的重要方式之一，具有广阔的应用前景。
水煤浆技术
水煤浆技术水煤浆技术是一种将煤转化为可燃气体的技术。
这种技术将煤粉和水混合，形成一种叫做水煤浆的混合物。
水煤浆技术有很多优点，比如燃烧效率高、燃烧过程中的排放物少、煤的利用率高等等。
在这篇文章中，我们将会探讨水煤浆技术的原理、应用、前景以及可能存在的问题。
一、水煤浆技术的原理水煤浆技术的原理很简单。
首先，需要将煤破碎成粉末。
然后，将煤粉和水混合，形成一种叫做水煤浆的混合物。
这种混合物可以被输送到燃烧设备中，并被燃烧成可燃气体。
在燃烧过程中，水煤浆中的水会蒸发，释放出热量，同时煤粉也会被燃烧，释放出更多的热量。
最终，水煤浆会被完全燃烧，产生出可燃气体。
二、水煤浆技术的应用水煤浆技术可以被广泛应用于各种燃烧设备中，比如锅炉、炉子、发电机等等。
这种技术可以用于煤的直接燃烧，也可以用于煤的气化。
水煤浆技术可以被应用于各种规模的燃烧设备中，从小型炉子到大型发电站都可以使用这种技术。
水煤浆技术的应用可以带来很多优点。
首先，水煤浆可以被方便地输送到燃烧设备中，这样可以避免煤粉在输送过程中的飞扬和损失。
其次，水煤浆的燃烧效率高，可以将煤的利用率提高到90%以上。
最后，水煤浆的燃烧过程中排放的污染物更少，对环境的影响也更小。
三、水煤浆技术的前景水煤浆技术在未来的能源产业中将会扮演重要的角色。
随着能源需求的增加，煤仍然是世界上最主要的能源之一。
但是，传统的煤燃烧技术存在着很多问题，比如燃烧效率低、排放污染物多等等。
水煤浆技术可以解决这些问题，提高煤的利用率，同时减少对环境的影响。
水煤浆技术的发展还面临着一些挑战。
比如，水煤浆的生产成本较高，需要大量的能源和水资源。
同时，水煤浆的燃烧过程中还会产生一些副产品，需要进行处理和处置。
这些问题需要被解决才能进一步推广水煤浆技术的应用。
四、水煤浆技术的可能存在的问题水煤浆技术的应用还存在着一些问题。
首先，水煤浆的生产成本较高，需要大量的能源和水资源。
其次，水煤浆的燃烧过程中会产生一些副产品，比如灰渣和废气等等。
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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：
水煤浆气化
目录引言 (1)第1章煤的性质 (2)1.1概述 (2)1.1.1煤的成因及主要组分 (2)1.1.2煤的结构与化学组分 (3)1.2煤的性质 (4)1.2.1煤的物理性质 (4)1.2.2煤的活性 (5)1.2.3煤的灰渣特性 (5)第2章水煤浆气化工艺计算 (6)2.1气化过程物料衡算 (6)2.1.1计算依据 (6)2.1.2计算实例 (6)2.1.3计算步骤 (7)2.2热量平衡 (13)2.2.1计算标准 (13)2.2.2计算实例 (13)第3章设备选型 (22)3.1煤气洗涤塔 (22)3.1.1进煤气洗涤塔气量计算 (22)3.1.2出洗涤塔气量计算 (23)3.1.3气体密度计算 (24)3.1.4冷却水量计算 (24)3.1.5洗涤塔的热平衡 (26)3.1.6塔径计算 (27)3.1.7塔高计算 (28)3.2气化炉 (28)3.2.1操作条件 (28)3.2.2计算 (28)第4章加压水煤浆气化技术 (30)4.1生产原理 (30)4.1.1气化原理概述 (30)4.1.2水煤浆气化热力学与化学 (30)4.2国内外发展情况 (31)4.2.1国外概况 (31)4.2.2国内概况 (32)4.3加压水煤浆气化技术的优点 (32)4.4水煤浆气化工艺条件 (33)4.4.1气化温度 (33)4.4.2气化压力 (33)4.4.3气化时间 (34)第5章加压水煤浆气化工艺流程 (35)5.1 多元料浆制备系统 (35)5.2 多元料浆气化系统 (36)5.2.1 多元料浆供料 (36)5.2.2 气化炉烧嘴冷却水单元 (37)5.2.3 气化炉渣处理单元 (37)5.2.4 粗煤气洗涤单元 (37)5.3 多元料浆气化灰水系统 (38)5.3.1 高温闪蒸单元 (38)5.3.2 低温闪蒸单元 (38)5.3.3细渣过滤单元 (39)第6章水煤浆气化技术问题 (40)结论 (42)参考文献 (43)引言煤的气化技术发展较早，约在20世纪20年代，世纪上就拥有了常压固定层气化炉，而30年代到50年代，世界上用于煤气化技术就包括了常压Winkler（温克勒沸腾炉）技术、加压固定床Lurgi（鲁奇炉）技术与常压气流床K-T炉技术，这一批技术称为第一代煤气化的技术[1]。
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。
水煤浆气化技术
常压富氧水煤浆气化技术我国矿物能源以煤为主，到2010年，一次能源消费结构中煤占60％左右。
大力发展洁净煤技术，高效清洁地利用我国煤炭资源，对于促进能源与环境协调发展，满足国民经济快速稳定发展需要，具有极其重要的战略意义。
煤气化作为洁净煤技术的重要组成部分，具有龙头地位。
它将廉价的煤炭转化成为清洁煤气，既可用于生产化工产品，如合成氨、甲醇、二甲醚等，还可用于煤的直接与间接液化、联合循环发电(IGCC)和以煤气化为基础的多联产等领域。
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。
Shell气化技术即将被引进中国建于洞庭，显现其碳转化率高，冷煤气效率高的优势。
相比之下，水煤浆气化技术在中国引进得早，实践时间长，研究开发工作也做得更深入。
经过十多年的实践探索，中国在水煤浆气化技术方面，积累了丰富的操作、运行、管理与制适经验，气化技术日趋成熟与完善。
经过长期科技攻关，在水煤浆气化领域，形成了完整的气化理论体系，研究开发出拥有自主知识产权，达到国际领先水平的水煤浆气化技术。
一、Texaco水煤浆气化技术的引进与完善为了充分利用我国丰富的煤炭资源发展煤化工，自80年代至今，我国相继引进了4套Texaco水煤浆气化装置，用于生产甲醇与合成氨。
该技术具有气化炉结构简单、煤种适应较广、水煤浆进料易控安全、单炉生产能力大等特点。
基础上，先实施电力、甲醇、合成气联产，以后随着经验的增加和资金改善，逐步扩大联产内容，这个起步点的选择可以成为开发大西北的一个重要内容，亦为今后更完善的多联产系统的推广起示范作用；二是在加工高硫原油的石化企业附近，建立以石油焦或是高含硫渣油为气化原料的多联产系统，以排除高硫原油炼制所带来的困难。
(5)结合我国在气化方面己取得的、具有自己知识产权的成果(中国水煤浆气化与煤化工程研究中心和上海华东理工大学合作)，联合我国在煤气化和煤化工领域的优势单位，在多联产系统方面走出自己的路子。
水煤浆气化技术简介
（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。
工艺烧嘴
水煤浆未与中心氧接触前，在环隙通道为厚达 十余毫米的一圈膜，流速约2m/s。中心氧占总氧量 的15%~20%，流速约80m/s。环隙主氧占总氧量的 80%~85%，气速约120m/s，氧气在烧嘴入口处的 压力与炉压之比1.2~1.4。
烧嘴头部最外侧为水冷夹套。冷却水入口直抵 夹套，再由缠绕在烧嘴头部的数圈盘管引出。当喷 嘴冷却水供应量不足时，气化炉会自动停车。 烧嘴的材料为Inconel600，夹套头部材料为 Haynes188，烧嘴头部煤浆通道上都在主材表面堆 焊一层Stellite6耐磨层。
浓度60.5%的水煤浆 通过煤浆给料泵加压与高 压氧气（纯度99.6%）通 过四个对称布置在气化炉 中上部同一水平面的工艺 喷嘴对喷进入气化炉燃烧 室。
对喷撞击后形成6个特征各异的流动区，即射 流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管 流区。 利用煤的部分氧化释放出热量，维持在该煤种 灰熔点温度以上进行气化反应。炉内温度1350℃， 反应过程非常迅速，一般在4—10秒内完成。
工艺烧嘴主要是藉高速氧气流的动能，将水煤 浆雾化并充分混合，在炉内形成一股有一定长度黑 区的稳定火焰，为气化创造条件。 操作要点： 1、要控制好雾化角，防止火焰直接喷射到炉壁上， 或者火焰过长，燃烧中心向出渣口方向偏移，使煤 燃烧不完全。 2、水煤浆与氧气混合的好坏，直接影响气化效果。 局部过氧，会导致局部超温，对耐火内衬不利；局 部欠氧，会导致碳气化不完全，增加带出物中碳的 损失。
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浓度60.5%的水煤浆 通过煤浆给料泵加压与高 压氧气（纯度99.6%）通 过四个对称布置在气化炉 中上部同一水平面的工艺 喷嘴对喷进入气化炉燃烧 室。
整理课件
对喷撞击后形成6个特征各异的流动区，即射 流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管 流区。
利用煤的部分氧化释放出热量，维持在该煤种 灰熔点温度以上进行气化反应。炉内温度1350℃，反应过程非常迅速，一般在4—10秒内完成。
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。
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（5）折返流区： 沿反应器轴线向上运动的流股对拱顶形成撞击流，
近炉壁沿着轴线折返朝下运动。 （6）管流区：
在炉膛下部，射流、射流撞击、撞击流股，射流 撞击壁面等特征消失，轴向速度沿径向分布保持不 变，形成管流区。
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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
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
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（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。
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（6）按外观形态分为定型、不定型耐火材料和耐火 纤维制品。
不定型耐火材料也称散状耐火材料，是由合理级配的耐 火骨料和粉料、结合剂或另掺外加剂等，以一定比例组成的 混合物，可直接使用或加适当的液体混合后使用。
二次反应以吸热为主，致使发生二次反应的区 域温度较低，相对地起到保护耐火砖的作用。
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3、气化炉中发生的化学反应
在气化炉中主要进行以下化学反应： 同时还可能发生 以下副反应：
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二、气化炉结构
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工业上有各种各 样的炉子如气化炉、 冶金炉、窑炉和焚烧 炉等。
想一想：以上各种炉 子有什么共同点？
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水煤浆、氧气进入气化室后，相继进行雾化、传 热、蒸发、脱挥发份、燃烧、气化等六个物理和化 学过程，前五个过程速度较快，已基本完成，而气 化反应除在上述五区中进行外，主要在管流区中进 行。
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2、煤浆颗粒在气化炉内的气化过程
煤浆颗粒在气化炉内的气化过程
经历了以下步骤：
湍流脉动
颗粒的湍流弥散
颗粒的振荡运动
来自火焰、炉内壁、高温 气体、固体物等
颗粒的对流加热
煤的热裂解
颗粒的辐射加热
裂解产物、挥发份及其 他易燃组分
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： 1、一次反应区(燃烧区)
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。 整理课件
（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
水煤浆气化技术简介
一、流场分布 二、气化炉结构 三、工艺喷嘴
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磨煤制 浆系统
气化系统
净化系统
渣水处理系统
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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
流场结构由射流
射流区
区、撞击区、撞
击流股、回流区、
回流区
折返流区和管流
区组成。
管流区
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60.5%煤浆
组成
粘土质耐火砖，SiO2含量小于65％，Al2O3含量28％～42 ％； 高铝砖，Al2O3含量大于或等于48％； 硅砖，SiO2含量不小于93％；熔融石英，SiO2含量99.5 ％以上。 MgO含量87％以上 以焦炭或无烟煤作原料，加焦油、沥青等结合剂，在强 还原气氛中烧成； 包括陶瓷砖，有纯氧化物制品，如Al2O3、MgO、ZrO2、 BeO、ThO2等；
一般都具有用耐 火材料包围的炉膛， 利用热介质或燃料燃 烧产生的热量将物质 （固体或流体）加热 ，使炉膛内物质发生 物理或化学变化。
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。
进入该区的反应物有工艺氧、煤浆以及回流流股 和折返流流股中CO、H2等。这个过程进行得相当 短促，主要发生在射流区与撞击区中，其结束的标 志是氧消耗殆尽。
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2、二次反应区 进入二次反应区的组分有煤焦、CO2、CH4、
H2O以及CO、H2等组分。这时主要进行的是煤焦、 CH4等与H2O、CO2发生的气化反应，生成CO和H2。 这是有效气成分的重要来源。二次反应主要发生在 管流区。
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。
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（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：