【正文】 等。通過這幾套德士古煤氣化裝置的建設(shè)，我國在設(shè)計、設(shè)備制造、施工、生產(chǎn)操作等方面已積累了豐富的經(jīng)驗，除進口部分關(guān)鍵設(shè)備外，大部分設(shè)備均可立足國內(nèi)制造國產(chǎn)化程度較高。1)德士古水煤漿氣化工藝有以下優(yōu)缺點。①.煤種適應范圍較寬，理論上可氣化任何固體燃料，如各種煤、石油焦、煤的液化殘渣等，只是從經(jīng)濟角度出發(fā)，德士古法最適宜氣化那些低灰、低灰熔點的年輕煙煤，一般情況下不宜氣化褐煤(成漿困難)。②.工藝靈活，合成氣質(zhì)量高(CH4＜％，不含烯烴、高級烴、焦油、醇等)，產(chǎn)品氣可適用于化工合成，制氫和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等。③.水煤漿進料簡單可靠，工藝流程簡單，國外單臺爐最大日處理煤量1800t，相當于日產(chǎn)合成氨1200t。④.不污染環(huán)境，三廢處理較方便。⑤.可實現(xiàn)過程的計算機控制和最優(yōu)化操作。⑥.主要缺點為氧耗高，～(標)／m3(標)(CO十H2)。⑦另一缺點為氣化溫度高(T3+50℃)，磨蝕強，對迎火面耐火材料要求高，價格昂貴。2) 氣化反應原理水煤漿和純氧經(jīng)燒嘴進入氣化爐， MPa(G)、溫度1300℃左右的條件下進行氣化反應，生成以CO+H2 為主要成份的粗合成氣。在氣化爐內(nèi)進行的反應相當復雜，一般認為分三步進行：① 煤的裂解和揮發(fā)份的燃燒水煤漿和純氧進入高溫氣化爐后，水分迅速蒸發(fā)為水蒸汽。煤粉發(fā)生熱裂解并釋放出揮發(fā)份。裂解產(chǎn)物及易揮發(fā)分在高溫、高氧濃度的條件下迅速完全燃燒，同時煤粉變成煤焦，放出大量的反應熱。因此在合成氣中不含焦油、酚類和高分子烴類。該過程進行得相當短促。② 燃燒和氣化反應煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧氣發(fā)生燃燒反應，生成CO、CO2等氣體，放出反應熱；另一方面，煤焦又和水蒸汽、CO2 等發(fā)生氣化反應，生成CO、H2。③ 氣化反應經(jīng)過前兩步反應后，氣化爐中的氧氣已完全消耗。這時主要進行的是煤焦、甲烷等與水蒸汽、CO2 發(fā)生的氣化反應，生成CO 和H2。一般認為，在氣化爐中主要進行以下化學反應：部分氧化反應：CmHnSr＋m/2O2→mCO+(n/2r)H2+rH2S+Q煤的燃燒反應：CmHnSr＋(m+n/4r/2)O2→(mr)CO+n/2H2O+rCOS+Q煤的裂解反應：CmHnSr→(n/4r/2)CH4+(m n/4r/2)C+rH2SQCO2 還原反應：C+CO2→2COQ碳的完全燃燒反應：C+O2→CO2+Q非均相水煤氣反應：C+H2O→H2+COQC+2H2O→2H2+CO2Q甲烷轉(zhuǎn)化反應：CH4+H2O→3H2+COQ逆變換反應：H2+ CO2→H2O +COQ同時還可能發(fā)生以下副反應：COS+H2O→H2S+CO2 C+ O2+H2→HCOOHN2+3H2→2NH3 N2+H2+2C→2HCN這些副反應生成的酸性產(chǎn)物可能會使渣水的PH 值降低，呈酸性，造成渣水系統(tǒng)設(shè)備和管道的腐蝕。氣化反應中生成的硫化物主要以無機硫H2S 的形式存在，有機硫COS 的含量很少。德士古水煤漿氣化又分為激冷流程和廢鍋流程。對于激冷流程，氣化爐燃燒室排出物在激冷室中與水直接接觸冷卻，熔渣迅速固化，工藝氣經(jīng)水飽和。經(jīng)過激冷，濕工藝氣再用水進行洗滌，除去殘余的飛灰；根據(jù)需要，可經(jīng)過變換爐，將工藝氣中所含的一部分CO和水蒸汽反應變換成氫氣和CO，然后經(jīng)過低溫冷卻，進行酸性氣體脫除。對于廢鍋流程，氣化爐燃燒室排出物經(jīng)過輻射鍋爐，產(chǎn)生高壓蒸汽，同時高溫工藝氣被冷卻。輻鍋設(shè)計要將工藝氣及熔渣溫度降至煤灰軟化溫度以下。燃燒室排出的絕大部分灰渣留在輻鍋底部水浴中。含有少量飛灰的高溫氣體再經(jīng)過對流鍋爐進一步處理。渣、細灰及灰水的處理方式同激冷流程的情形。（3）殼牌粉煤氣化殼牌粉煤氣化技術(shù)由殼牌公司在渣油氣化的基礎(chǔ)上于1972年開始研究，1978年在德國漢堡建成一套中試裝置，1987年在美國休斯敦附近建成投產(chǎn)了投煤量在250~400噸/日的示范裝置，1993年使用該工藝的大型煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置在荷蘭Buggenum投產(chǎn)，氣化爐為單系統(tǒng)操作，單臺爐的投煤量2000噸/日。該技術(shù)的主要特點是：1）干粉煤進料，煤種適應性廣；2）氣化溫度高，碳轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品氣中甲烷含量低，CO+H2含量高達90%（干氣）；3）與德士古氣化相比，氧耗可降低15%~25%；4)單爐生產(chǎn)能力大，目前單爐最大煤處理能力為2000噸/日，5）氣化爐采用水冷壁，無耐火襯里，維護工作量??；6）氣化熱效率高，冷煤氣效率可達80%左右。7）氣化廢水處理較簡單，必要時可以做到零排放。以上三種煤氣化技術(shù)的共同特點是采用純氧加壓氣化、單爐生產(chǎn)能力大，技術(shù)先進。但投資大，對裝置規(guī)模有較高的要求，最小規(guī)模為年產(chǎn)20萬噸合成氨，一般在年產(chǎn)30萬噸氨以上的規(guī)模。由于引進技術(shù)的煤氣化裝投資費用高，近年來，雖然國內(nèi)許多企業(yè)，特別是中小氮肥擬采用這些技術(shù)進行原料路線的改造，但由于資金限制，改造成功的廠數(shù)很少。 （4）GSP煤氣化該技術(shù)以干煤粉進料、單噴嘴下噴、水冷壁結(jié)構(gòu)、水激冷流程、設(shè)備造價低、維護費用少、開停時間短、氣化效率高。目前已有多加企業(yè)擬選該氣化技術(shù)。（1）固定層富氧連續(xù)氣化固定層富氧連續(xù)氣化技術(shù)是在固定層間歇氣化技術(shù)上改進開發(fā)的，該技術(shù)采用含氧40~60%的富氧空氣，與蒸汽混合后入爐連續(xù)造氣。60年代，以焦炭為原料的富氧氣化技術(shù)在吉化、淮南等廠開發(fā)成功，90年代，部分企業(yè)掌握了無煙煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)。固定層富氧連續(xù)氣化技術(shù)實現(xiàn)連續(xù)操作消除了吹風氣污染、單爐生產(chǎn)能力可提高一倍。該技術(shù)不僅需要氧氣，還需使用無煙塊煤（小塊）或焦炭，原料仍有很大的局限性。（2）間歇式流化床煤氣化鄭州永泰能源新設(shè)備有限公司開發(fā)的常壓間歇式流化床煤氣化工藝于80年代初開始開發(fā)，已成功地應用于城市燃氣中。該工藝為常壓間歇式流化床煤氣化技術(shù)。它使用粉煤，用空氣和水蒸汽作為氣化劑又作流化介質(zhì)，使粉煤在流化狀態(tài)下燃燒和氣化，間歇進行，空氣作氣化劑時產(chǎn)生的吹風氣放空，蒸汽作氣化劑時，制取水煤氣。該技術(shù)具有如下的特點：使用煤種范圍較廣，適用于灰融點高于1200℃的各種煤種的粉煤；氣化溫度高，生產(chǎn)過程基本不產(chǎn)生焦油和酚；氣化過程采用空氣，省去制氧過程。間歇流化床煤氣爐可以113mm的粉煤制氣，原料可使用無煙煤，也可使用廉價的褐煤、弱粘結(jié)性煙煤。該爐已在河南南陽、鄭州等城市煤氣廠運行了兩年左右的時間，運行比較穩(wěn)定，具備了進一步擴大生產(chǎn)規(guī)模的能力。但在合成氨裝置上尚沒有成功運轉(zhuǎn)的經(jīng)驗，另外，氣化爐規(guī)模小，單臺爐產(chǎn)量在1600～1700m3左右，化肥廠的改造需建設(shè)許多臺氣化爐，占地面積大，管理不便。裝置是間歇操作自動化程度低，存在吹風氣的污染問題。目前山東魯西化工集團正在建設(shè)采用常壓流化床煤氣化技術(shù)的Φ2500mm氣化爐，用于生產(chǎn)合成氨，計劃先上一臺，再逐步更換其余煤氣化爐。（3）灰融聚流化床氣化爐灰融聚流化床氣化爐是中科院山西煤化所開發(fā)的。1999年3月內(nèi)徑1米氣化爐進行的120噸陜西彬縣粉狀煙煤的大樣試燒。目前陜西城化股份公司正在進行8萬噸合成氨的原料路線改造，擬建四臺常壓氣化爐及配套的空氣裝置，單臺氣化爐滿足2萬噸/年合成氨的要求。目前已有一臺氣化爐建成投產(chǎn)（年產(chǎn)2萬噸合成氨）。從氣化指標上看，該技術(shù)也可用于生產(chǎn)合成氨，但該技術(shù)日前還處在小規(guī)模工業(yè)示范的階段，缺乏大規(guī)模工業(yè)化及長周期運行的經(jīng)驗。在放大及工程化應用方面還需要一定的過程。（4）恩德粉煤流化床氣化裝置恩德粉煤流化床氣化裝置是由撫順恩德機械有限公司在溫克勒爐技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合中國國情加以消化、吸收、開發(fā)和完善，采用了先進的DCS控制，完全實現(xiàn)國產(chǎn)化的技術(shù)裝置。恩德爐同原溫克勒氣化爐相比，主要有以下3項改進：一是爐底爐箅改為噴嘴布風，解決了爐底結(jié)渣問題，使氣化爐運轉(zhuǎn)變得穩(wěn)定可靠，爐子運轉(zhuǎn)率一般在90％以上。二是在爐體中上部增設(shè)二次噴嘴，使小顆粒進一步氣化；采取熱回流方法解決了帶出物含碳量高的問題。三是改變廢熱鍋爐設(shè)置。恩德爐將廢熱鍋爐設(shè)置在旋風除塵器的后面，出爐煤氣經(jīng)除塵器后再進入廢熱鍋爐。由于煤氣中含灰量降低，對鍋爐管的磨損大為減少，這樣大大延長了廢熱鍋爐的使用壽命。（5）多噴嘴新型水煤漿氣化技術(shù)“九五”期間華東理工大學、兗礦魯南化肥廠、中國天辰化學工程公司承擔了國家重點科技攻關(guān)課題“新型(多噴嘴對置)水煤漿氣化爐開發(fā)”，進行了多噴嘴對置式水煤漿氣化爐的中試研究。有關(guān)部門組織的鑒定和驗收認為“填補國內(nèi)空白”和“國際領(lǐng)先”?！笆濉逼陂g多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)已進入商業(yè)示范階段?！靶滦退簼{氣化技術(shù)”已獲“十五”國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863 計劃)立項，由兗礦集團有限公司、華東理工大學承擔，在兗礦國泰化工有限公司建設(shè)多噴嘴對置式水煤漿氣化爐及配套工程，進行多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)的工業(yè)示范。在國家發(fā)改委的支持下，山東華魯恒升化工股份有限公司大氮肥國產(chǎn)化工程建設(shè)一臺多噴嘴對置式水煤漿氣化爐(，日處理煤750 噸)。現(xiàn)兩套多噴嘴對置式水煤漿氣化工業(yè)示范裝置均已進入正常工業(yè)運行。. 多噴嘴對置式水煤漿氣化過程及特點～，溫度約為1300℃。在此高溫下化學反應速率相對較快，而氣化過程速率為傳遞過程控制。為此，采取的技術(shù)對策是：通過噴嘴配置、優(yōu)化爐型結(jié)構(gòu)及尺寸，在爐內(nèi)形成撞擊流，以強化混合(熱質(zhì)傳遞)過程并形成爐內(nèi)合理的流場結(jié)構(gòu)，從而達到良好的工藝與工程效果：有效氣成分高、碳轉(zhuǎn)化率高、耐火磚壽命長。 氣化過程及技術(shù)特點具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式水煤漿氣化示范裝置的技術(shù)特點是：多噴嘴對置的水煤漿氣流床氣化爐及復合床煤氣洗滌冷卻設(shè)備；分級凈化的煤氣初步凈化工藝；蒸發(fā)分離直接換熱式含渣水處理及熱回收工藝。(1) 多噴嘴對置式氣化及煤氣初步凈化煤漿經(jīng)隔膜泵加壓，通過四個對稱布置在氣化爐氣化室中上部同一水平面的工藝噴嘴，與氧氣一起對噴進入氣化爐。對置氣化爐的流場結(jié)構(gòu)由射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)和管流區(qū)組成。煤漿顆粒在氣化爐內(nèi)的氣化過程經(jīng)歷了以下步驟：顆粒的湍流彌散、顆粒的振蕩運動、顆粒的對流加熱、顆粒的輻射加熱、煤漿蒸發(fā)與顆粒中揮發(fā)分的析出、揮發(fā)產(chǎn)物的氣相反應、煤焦的多相反應、灰渣的形成等。氣化反應是串并聯(lián)反應同時存在的極為復雜的反應體系，可分為一次反應與二次反應：①一次反應區(qū)(燃燒區(qū))進入該區(qū)的反應物有工藝氧、煤漿以及回流流股和折返流流股中CO、H2 等。水煤漿入爐后，首先進行霧化，同時接受來自火焰、爐內(nèi)壁、高溫氣體、固體物等的輻射熱，以及回流流股及折返流流股的熱量。煤漿瞬間蒸發(fā)，煤粉發(fā)生熱裂解并釋放出揮發(fā)份。裂解產(chǎn)物、揮發(fā)份及其他易燃組分在高溫、高氧濃度下迅速完全燃燒，放出大量熱。這個過程進行得相當短促，主要發(fā)生在射流區(qū)與撞擊區(qū)中，其結(jié)束的標志是氧消耗殆盡。②二次反應區(qū)進入二次反應區(qū)的組分有煤焦、COCHH2O 以及CO、H2 等組分。這時主要進行的是煤焦、CH4 等與H2O、CO2 發(fā)生的氣化反應，生成CO 和H2。這是有效氣成分的重要來源。二次反應主要發(fā)生在管流區(qū)。③一次與二次反應共存區(qū)多噴嘴對置氣化爐中射流區(qū)與撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)共存，不時進行質(zhì)量交換，再加湍流的隨機性，射流區(qū)的反應組分及產(chǎn)物都有可能進入撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)，導致這些區(qū)域既進行一次反應，也進行二次反應。 出氣化室的夾帶熔融態(tài)灰渣的高溫合成氣，在復合床結(jié)構(gòu)的洗滌冷卻室內(nèi)完成合成氣的洗滌冷卻和熔渣的初步分離。采用混合器、旋風分離器和水洗塔相結(jié)合的節(jié)能高效煤氣初步凈化系統(tǒng)，使煤氣中灰、渣的含量降到最低，并且減少壓力損失。(2) 含渣水處理氣化爐及煤氣初步凈化系統(tǒng)來的含渣水分別減壓后導入含渣水處理系統(tǒng)，含渣水首先進入蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室。蒸發(fā)室內(nèi)含渣水大量汽化，溶解在水中的酸性氣體一起解吸。蒸發(fā)室產(chǎn)生的蒸汽進入熱水室與循環(huán)灰水直接接觸換熱，使灰水得到最大程度的升溫。蒸發(fā)室底部含固量得到增濃的液相產(chǎn)物再進行真空閃蒸，進一步降低含渣水溫度和濃縮含渣水的含固量，將酸性氣體完全解吸。 與引進水煤漿氣化技術(shù)的區(qū)別(1) 引進水煤漿氣化技術(shù)為單噴嘴，流場為受限射流，物料停留時間分布寬，碳轉(zhuǎn)化率低，射流以較大速度沖刷耐火磚。多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)采用撞擊流，旨在加強混合，強化熱質(zhì)傳遞。實踐證明氣化效果優(yōu)于引進水煤漿氣化技術(shù)。(2) 引進水煤漿氣化技術(shù)為預混式噴嘴。多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)采用預膜式噴嘴，屬高效、節(jié)能型，氧氣壓降低。(3) 引進水煤漿氣化技術(shù)洗滌冷卻室結(jié)構(gòu)為上升管下降管套筒式，粗合成氣易帶水帶灰。多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)采用復合床洗滌冷卻室，消除帶水帶灰問題，洗滌冷卻室液位可控。(4) 引進水煤漿氣化技術(shù)采用文氏管與篩板塔組合初步凈化煤氣方案，多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)采用混合器、分離器、水洗塔組合方案，采用“分級”凈化，屬高效、節(jié)能型凈化工藝。(5) 引進水煤漿氣化技術(shù)采用間接換熱方案回收黑水余熱，多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)采用直接換熱方案回收黑水熱量，有利于解決換熱器結(jié)垢堵塞問題，提高熱傳遞效率。(6) 具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)專利費將比引進技術(shù)大大降低，僅為引進技術(shù)的1/2~1/3。 氣化爐內(nèi)的流動過程在燒嘴出口處，氧流股與煤漿流股進行動量交換，煤漿被霧化，粒徑約為100μm。4個工藝燒嘴在同一水平面上，相鄰燒嘴軸線夾角為90o，4股射流撞擊，形成如下圖所示流場結(jié)構(gòu) 四噴嘴對置氣化爐流場結(jié)構(gòu)可劃分為以下六個區(qū)域：射流區(qū)(I)、撞擊區(qū)(II)、撞擊流股(III，上下兩股)、回流區(qū)(IV，共六個)、折返流區(qū)(V)、管流區(qū)(VI)。射流區(qū)：流體從燒嘴以較高速度噴出后，由于湍流脈動，射流將其周圍的流體卷吸帶向下游流動，射流寬度隨之不斷擴展，其速度也逐漸減弱，直至與相鄰射流邊界相交。由于受撞擊區(qū)較高壓力的作用，射流速度衰減加快，射流擴張角也隨之加大，此后為撞擊區(qū)。撞擊區(qū)：當射流邊界交匯后，在中心部位形成相向射流的劇烈碰撞運動，該區(qū)域靜壓較高，且在撞擊區(qū)中心達到最高。此點即為駐點，射流軸線速度為零。由于相向流股的撞擊作用