四喷嘴技术优势及问题解释

四喷嘴对置式气化炉技术优势及常见问题解释

一、四喷嘴对置式水煤浆气化技术的优势

1、适合规模大型化

根据四喷嘴对置式水煤浆气化炉结构特点，在同一水平面上布置四只喷嘴，每只喷嘴仅需分担相对较小的负荷，便可达到整炉较大的处理能力，在规模大型化方面具有明显的优势，特别是在1500吨以上的气化炉投资及运行优势突出。单喷嘴气化炉只有一只工艺喷嘴，加大生产能力需要增加喷嘴间隙，较大的喷嘴间隙影响雾化，造成碳转化率降低，因而提高气化负荷受到限制。目前国内投用的单喷嘴水煤浆加压气化炉单炉日投煤量超过1500吨的数量很少，而四喷嘴方面目前已有12个装置34台（套）日处理煤量1500吨以上的气化炉在建设或运行，建设中最大的气化炉日投煤量达到2500吨。

2、有效气体成分(CO+H2)高，碳转化率高

影响碳转化率的因素较多。工艺(炉型)确定后，气化炉的操作炉温(受煤的灰熔点影响较大)、入炉煤浆粒度分布、工艺喷嘴的雾化效果、物料在炉内停留时间等成为主要因素，其中喷嘴的雾化效果和物料停留时间对其影响较大。四喷嘴对置式气化炉采用预膜、外混式三通道喷嘴，三股物流射出喷嘴，煤浆的内外侧为高速流动的氧气，氧气通过高速剪切、振动等方式使煤浆实现初级雾化，初级雾化的物料再相互撞击形成二次雾化，避免了部分物料从喷嘴口直接运动到渣口形成短路，增强了雾化效果，提高了物料在炉内停留时间，增强了气化炉内介质的传质传热，有利于气化反应的进行，煤气中的有效气成份高、渣中可燃物含量低，一般在～5%。而单喷嘴顶喷气化炉由于垂直下喷，物料在炉内停留时间相对较短，如煤浆颗粒较大或气化炉负荷过高，部分原料煤来不及完全转化便通过渣口排出燃烧室外，因此碳的转化率会相对低一些，炉渣中残碳含量会相对高些，一般在20～30%。通过收集的数据对比，相同工况下的四喷嘴气化炉比单喷嘴气化炉有效气成份高2~3百分点，而渣中可燃物一般较相同工况下的单喷嘴气化炉低10~20百分点。

在甲醇（或氨）生产中，原料煤的成本占总成本的70%左右。四喷嘴对置式气化炉由于有较高的碳转化率和有效气成份，吨甲醇（氨）耗煤同比低5%左右，煤的综合利用率高于其它水煤浆气化炉型，加之有较高的有效气成份，长期运行将给用户带来巨大的经济效益。

3、粗煤气分级洗涤除尘，效果显著

气化炉出口的粗煤气含有较多的飞灰，由于飞灰亲水性较差，很难被润湿增重从而依靠重力实现固液分离。根据粗煤气的这一特点，四喷嘴气化炉系统粗煤气净化采用分级洗涤除尘方式。高温煤气经洗涤冷却室冷却降温除渣后先进入混合器，在混合器内和水充分接触，然后经旋风分离器分离出约80%的固体颗粒，再在水洗塔内进行二次洗涤。采用这种分级洗涤除尘方式，可确保煤气的洗涤效果，防止煤气带灰进入变换炉，从而延长变换催化剂寿命，降低变换炉阻力。此外，由于采用分级洗涤除尘，入水洗塔的合成气含尘量较少，使水洗塔洗涤水中含固量大幅降低，从而保证气化炉激冷水的质量，可有效防止激冷环内结垢堵塞现象的发生。而单喷嘴气化炉的粗煤气经文丘里洗涤器加湿后直接进入洗涤塔，合成气洗涤基本都是在水洗塔内完成，在大流量合成气洗涤时效果会受到影响。另外，单喷嘴气化装置合成气中的细灰大量存在于洗涤塔中的洗涤水内，这部分水作为气化炉激冷水使用，必将增加进入气化炉激冷水系统的细灰含量，增加激冷水管线及激冷环结垢堵塞的机会。

4、高效的热回收

四喷嘴对置式气化技术采用直接换热式废热回收工艺。从气化炉、旋风分离器、水洗塔出来的三股黑水减压后进入蒸发热水塔蒸发室，黑水在蒸发室进行闪蒸，闪蒸出的水蒸汽通过上升管进入蒸发热水塔上部热水室填料层，与低压灰水直接换热，低压灰水被加热返回系统循环使用。使用这种回收热量技术，闪蒸汽和灰水温差小，热回收效率高。另外蒸发热水塔填料层运行周期较长，填料清理比较简单，填料卸出后经过简单的机械清理即可重新使用。而单喷嘴气化炉的热量回收多采用换热器进行，由于换热器换热面积相对较小，阻力大，易出现结垢堵塞，因此热量回收率相对较低，设备清理也较困难，部分单喷嘴气化装置设有备用灰水加热器，运行约60天左右便需将运行灰水加热器退出清理，工作量大。

5、先进的带压联投技术

由于四喷嘴对置式气化炉的两对喷嘴有各自独立的控制系统，在气化炉运行

过程中一对喷嘴因非喷嘴因素停止运行后，另外一对喷嘴可以正常工作维持后系统的生产，后系统只减少单台炉1/2的气量，停止运行的一对工艺喷嘴通入高压氮气进行保护，消除停车故障后，在高压下进行投料恢复正常生产。而单喷嘴气化炉一但停车，则后系统要减少一台炉的气量供应，影响较大，单喷嘴气化炉因非喷嘴原因停车后，虽然也可在高压下进行投料，但此时气化炉已无合成气产生，对后系统已产生较大影响，因此其意义不大，仅限于减少了开、停车的时间及工作量方面。

气化炉进行带压联投过程中，通过特有的物料压力调节流程，控制氧气及煤浆的压力高于气化炉的操作压力一定值，再通过精确控制安全系统阀门的动作时间及顺序，可以保证物料正常进入气化炉内，其整个过程均是在可控的状态下进行，因此安全系数较高，实际操作的成功率基本达到100%。目前，该技术在已投入运行的四喷嘴气化装置上普遍成功应用。

另外，根据有关资料的统计，生产装置80%的事故发生在系统开、停车过程中，带压联投技术减少了后系统开、停车次数，在给用户带来巨大经济效益的同时，还大大减轻了操作、维修人员的劳动强度，在一定程度上避免了事故的发生。

6、长寿命的高温热偶

四喷嘴对置式水煤浆气化炉的流场决定了气化炉高温热偶寿命较长，在多数投入运行的四喷嘴气化炉上，其热偶寿命不少已超过3个月，为及时监控、调节气化炉提供了重要的参考依据。长寿命的高温热偶对新投入运行的生产厂家尤其重要，可大大缩短操作人员掌握气化炉运行规律的时间，有利于装置的安全稳定运行。

目前单喷嘴气化炉高温热偶使用寿命一般不超过半个月，寿命短的只有数小时。

7、无波动倒炉

国内的甲醇、合成氨厂的空分装置一般都有一定量的富裕的氧气，但其富裕量一般不足以维持一台气化炉低负荷运行。根据四喷嘴对置式气化装置的特点，在需要进行气化炉切换时，可充分利用这部分富裕氧气进行在线无波动倒炉，目前该技术已在多家装置上成功实施运用。无波动倒炉是在带压联投基础上开发的一种新的运行方式，在该技术开发成功前气化倒炉时都要先停后开，后系统在减

少一台炉气量的负荷运行，波动较大，有时会造成后系统切气停车，且整个过程约需要8个小时。而在线无波动倒炉时，倒炉过程按先开后停的方式进行——即先将即将投入运行的气化炉一对喷嘴投料、升压，并入系统运行，然后将需要停车的气化炉一对喷嘴停车，再将要运行气化炉另一对喷嘴带压联投并入运行，最后将需要退出的气化炉的另一对喷嘴退出。整个过程一般在2～3个小时内完成，其间前后系统基本没有波动，系统负荷波动也较小，实现了系统的稳定运行及效益运行。

二、对目前四喷嘴气化炉运行中大家较关心的问题解释：

1、气化炉运行负荷问题：

目前已投入运行的6.5MPa气化炉有华鲁恒升750t/d、新能凤凰1500t/d、江苏索普1500t/d、宁波万华1200t/d等四套装置的12台(套)气化炉，4.0MPa气化炉有神华宁煤2000t/d、江苏灵谷1800t/d、兖矿国泰1150t/d、兖矿鲁化1150t/d 等9台（套），这些气化炉运行均较正常，基本没有因气化炉自身原因制约安全稳定运行的情况发生。在这些运行的气化炉中，部分气化炉因前后系统存在问题限制其无法满负荷运行，另有部分气化炉虽然投煤量没有达到设计值，是由于其操作煤种与当初的设计煤种不同，但在气化炉的产气量上已达到或超过设计值，其后序产品产量也多数达到或超过设计值。如神华宁煤设计有效气产量为187500Nm3/h，现在已超过190000 Nm3/h。

在这些气化炉成功运行的基础上，从1500t/d规模放大到2000t/d规模，放大倍数只有1.33倍，这在工业应用上是可靠的。目前四喷嘴气化炉技术虽然没有2000t/d的6.5MPa气化炉投入运行，但现在已有四个装置的15台（套）2000t/d 及以上规模气化炉正在建设中，该规格的气化炉已得到较多用户的认可。

2、气化炉拱顶壁温高问题：

根据四喷嘴气化炉与单喷嘴气化炉内流场规律，两种技术在对耐火砖的侵蚀部位上有区别，四喷嘴气化炉耐火砖薄弱部位在拱顶，而单喷嘴气化炉耐火砖的薄弱部位在锥底及筒体下部。四喷嘴气化炉在技术应用初期出现过拱顶超温、耐火砖寿命短的问题，后来经排查原因，确定为气化炉拱顶部分长径比不合理或操作中入炉氧气流速控制不合理造成，目前所有新建设的气化炉中，其拱顶部分长径比已进行了合理调整，对操作中入炉氧气流速也进行了控制，计算出了合理的

“压力/负荷”对应操作曲线，已完全消除了拱顶超温及耐火砖蚀损快的状况，以兖矿国泰A、B＃气化炉为例，这两台气化炉由于设计上存在缺陷，长径比较小，且在原始开车时操作经验不足，氧气流速不合理，造成拱顶砖蚀损快，拱顶温度高，原始砌筑的耐火砖使用寿命较短，经排查原因后，对入炉氧气流速进行了控制，虽然原有拱顶长径比无法改变，但拱顶超温的情况已彻底消除，耐火砖使用寿命已达到6300多小时，且超过了许多单喷嘴气化炉锥底砖的使用寿命，而后来安装的经过调整拱顶长径比的兖矿国泰C＃气化炉，其拱顶砖使用寿命可超过7000小时，筒体及锥底砖均已超过25000小时的使用周期且蚀损较少。

对于江苏灵谷今年9月份出现的拱顶砖烧蚀的问题，已分析清楚原因，并制定了相应的预防措施，该问题已引起其它企业的重视，并各自加强了相应的管理。

3、下降管变形问题：

近期有部分四喷嘴气化炉下降管在运行到一定周期后出现变形问题，国拓公司通过安排专业技术人员与这些厂家进行技术交流，分析运行参数，发现这些厂家在原料煤质量方面均出现了波动，由于分析的滞后性，煤种变化时调节不及时，都存在气化炉渣口堵塞，激冷环部位挂渣现象，并由此造成激冷水流分布不匀，下降管局部受热变形。针对该现状，在操作上只要控制合理的操作温度，及时分析原料煤及合成气成份的变化，及时进行调节，是可以避免的。在单喷嘴气化炉装置上，在原料煤发生变化，操作炉温较低时，也会造成渣口堵塞，激冷环挂渣，下降管变形的现象。

对于激冷流程的水煤浆加压气化技术，下降管变形是共性问题，与气化技术本身没有直接的关系，可通过加强操作管理和设备管理避免该问题的发生。