水煤浆气化有效气成分的提高途径探究

【摘要】本文主要是通过对于多元料浆的气化装置当中的A、C气化炉的运行状况作了比较，然后找出影响有效气体成分，即二氧化碳和氢气的含量的主要因素，结果表明，影响其含量的主要因素是烧嘴的结构以及水煤浆的浓度，那么，通过分析，提出了应该调整烧嘴的喷口尺寸来改变中心的氧气含量和烧嘴压差的改进措施，这样可以有效的提高气体含量。

【关键词】水煤浆气化 有效气体成分 提高途径

1 工艺条件的分析1.1 工艺的概况

某能源化工有限公司的年产煤制甲醇项目能力为600kt/a，其气化装置的设计一共是三套，即A、C炉开和B炉备，气化的压力是6.5MPa，这个装置在2011年的下半年首次进行投料使用，目前运行正常。

2012年的6月18日到28日期间，A、C气化炉是处于满负荷运行平稳，投煤浆量均为90m3/ h，在相同运行时间下，A 炉有效气（CO+H2）含量明显高于 C 炉，其中，CH4含量变化不大，H2含量C炉稍高于A炉， 说明影响有效气含量主要是CO含量波动引起的。

通过对2套气化炉10d内的主要运行数据记录，从气化炉温度、氧煤比、中心氧量、烧嘴压差、煤浆浓度、氧气量等工艺条件对比分析，期望找到影响有效气含量的主要原因。

1.2 氧煤比及炉温的分析

图1为2012年6月18至6月28日A、C 炉氧煤比多次记录平均值。

从图1中可以看出，C 炉氧煤比较A炉高一些，这与C炉总氧气量高有关，但是两炉氧煤比变化趋势一致，这与空分系统每日提供的总氧气量、氧气纯度有关。许多实验研究数据表明，当氧煤比增加到一定值后，碳转化率不再变化；随着氧煤比增加，一部分碳完全氧化生成二氧化碳，使煤气中的有效气成分降低。

从图表1知C炉的CH4含量略高于A炉，但是相差不大。气化炉内燃烧份额增加气化温度升高，由于煤气化反应过程中的C与CO2的反应为吸热反应，高温有利于反应向正方向移动，合成气中CO含量升高。由于C炉总氧气量大于A炉，当氧量过剩时，多余O2会与合成气中可燃成分H2、CO、CH4反应生成CO2和H2O，所以导致CO含量先增加后又减少。A炉氧煤比低，CO含量高，说明在二次反应中参与的O2量小，因此比氧耗低，气化成本低，这是气化装置的最优选择。

1.3 中心氧量及烧嘴压差对比分析

烧嘴是水煤浆气化炉的核心设备，其功能有二：一是雾化煤浆；二是与炉体匹配形成适宜的流场。西北化工研究院多元料浆气化技术采用“三通道预混式烧嘴”，设计中心氧气占总氧量的 15%～20%。中心氧能提高氧气和多元料浆的返混程度，外环氧能减轻多元料浆对炉膛内壁的冲刷磨损烧蚀，中心氧的另一个主要作用是利用其出烧嘴后与炉膛内的压差所产生的流速，牵引烧嘴的火焰，使气化反应区域在炉膛内达到一个理想的范围。中心氧量不能太小， 否则达不到对煤浆的稀释和加速作用。

2 改进措施

停车检修时选择A炉烧嘴作为参照，以A炉烧嘴喷口尺寸作为标准更改B、C炉烧嘴。 更换后发现B、C炉中心氧量明显改善， 烧嘴压差达到设计值，有效气含量有了一定的提高。对B、C炉磨煤机钢棒数量和类型进行调整，严格控制煤浆粒度分布，选择多个厂家生产的添加剂进行试用对比，找到了适合于所用煤种的添加剂，将入炉煤浆浓度提高至 59%以上。

3 结束语

影响水煤浆加压气化工艺气组成的因素很多，通过日常生产过程的数据进行分析对比，得出一些经验性结论， 期望相关厂家和同行技术人员就此问题能够给予关注， 提出更多提高有效气含量的途径。

参考文献

[1] 周炜星，刘辉，吴韬，等.气流式喷嘴雾化过程的分形特征及液滴分裂模型[J].非线性动力学学报，2000，8（2）：90-96

[2] 许祥静，刘军.煤炭气化工艺[M].北京：化学工业出版社，2004：10-20