煤炭是我國的基礎能源和重要原料，在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位，將長期是我國的主要能源。煤氣化技術是煤炭清潔轉(zhuǎn)化的核心技術之一，是發(fā)展煤基化學品(氨、甲醇、二甲醚等)、煤基液體燃料、先進的IGCC發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫、燃料電池等過程工業(yè)的基礎，是這些行業(yè)的共性技術、關鍵技術和龍頭技術。估計，我國“十一五”末期年氣化用煤約1億t。以煤間接液化為例，規(guī)模為500萬t／a的生產(chǎn)裝置，氣化用煤在2200～2500萬t／a。國內(nèi)在建的甲醇裝置、合成氨裝置、煤制油裝置和處于籌建中的煤制烯烴裝置、煤制油裝置、甲醇裝置等，已展現(xiàn)了對煤氣化技術的強勁需求。
在流派眾多的煤氣化技術中，氣流床氣化技術因煤種適應范圍比較廣、氣化溫度、壓力高、易于大型化，成為煤氣化技術發(fā)展的主流方向。國際上有代表性的氣流床氣化技術主要有GE(Texaco)氣化技術、Global E-Gas氣化技術，以干粉煤為原料的Shell氣化技術、Prenflo氣化技術、GSP氣化技術。
華東理工大學潔凈煤技術研究所長期從事煤氣化技術研究，基于對置撞擊射流強化混合的原理，提出了多噴嘴對置的水煤漿或粉煤氣化爐技術方案，在氣流床煤氣化技術的應用基礎研究和產(chǎn)業(yè)化方面取得了重要進展，先后完成了多噴嘴對置水煤漿和粉煤中間試驗，建設了多噴嘴對置水煤漿氣化工業(yè)裝置。實踐表明，開發(fā)的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術有明顯的優(yōu)勢。本文將對多噴嘴對置式氣化技術的實驗研究、中試研究和產(chǎn)業(yè)化示范作簡要總結。
1 實驗研究
1.1 過程分析
水煤漿和粉煤氣化過程涉及高溫、高壓、非均相條件下的流體流動以及與之相關的傳遞過程規(guī)律和復雜的化學反應過程。氣化爐內(nèi)平均溫度高達1350～1450℃(火焰前沿溫度更高)，氣化過程基本上屬于快反應，與流體流動密切相關的混合過程在其中起著極為重要的作用�；谏鲜龇治�，開發(fā)者提出了氣化過程的層次機理模型，見圖1。其中噴嘴和爐體的結構與幾何尺寸、工藝條件(第一層次)決定了爐內(nèi)的流場結構(速度分布、壓力分布、回流與卷吸——第二層次)，流場結構又決定了爐內(nèi)的混合過程(包括霧化——第三層次)，并由此形成了爐內(nèi)的濃度分布、溫度分布和停留時間分布(第四層次)。而有效氣成分、有效氣產(chǎn)率、碳轉(zhuǎn)化率和水蒸氣分解率等氣化反應結果，以及噴嘴壽命、耐火磚壽命、激冷環(huán)壽命和結渣等工程結果(第五層次)則受濃度分布、溫度分布和停留時間分布的影響。
其中第一層次是可控因素，關鍵是控制依據(jù)：第五層次為結果，是被動承受的：第二層次、第三層次、第四層次因素起因于第一層次因素，影響氣化結果，在工業(yè)條件下，是人們無法看到的，但又是設計第一層次因素的依據(jù)，它們與爐內(nèi)流體流動過程密切相關，鑒于流體流動特征以及與之相關的混合過程的特殊性，可以將其從復雜的氣化反應中分解出來，通過大型冷模裝置加以詳盡的研究。
由于氣化過程速率為傳遞過程控制，為此，我們提出了新的技術對策，即通過噴嘴配置、優(yōu)化爐型結構及尺寸，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)合理的流場結構，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。
1.2 大型冷模實驗
為了研究氣化爐內(nèi)的流動與混合過程，建立了φ1000mm、高6000mm的大型冷模裝置，采用DualPDA、熱線分速儀、快速氣相色譜，分別研究了單噴嘴和多噴嘴對置時氣化爐內(nèi)的流場、冷態(tài)濃度分布、停留時間分布、壓力分布，研究了噴嘴的霧化規(guī)律。基于冷模實驗和煤氣化反應的特征，提出了水煤漿氣化過程的分區(qū)模型。 &nbs....
