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2.3 烧嘴冷却系统
德士古工艺烧嘴是气化装置的关键设备，一般为三流道外混合式，在烧嘴中煤浆被高速氧气流充分雾化，以利于气化反应。由于德士古烧嘴插入气化炉燃烧室中，承受1400度座右的高温，为了防止烧嘴损坏，在烧嘴外侧设置了冷却盘管，在烧嘴头部设置了水夹套，并由一套单独的系统向烧嘴供应冷却水，该系统设置了复杂的安全连锁。
2.4 锁斗系统
落入激冷室底部的固态熔渣，经破渣机破碎后进入锁斗系统，锁斗系统设置了一套复杂的自动循环控制系统，用于定期收集炉渣。在排渣时，锁斗和气化炉隔离。锁斗循环分为减压，清洗，排渣，充压四部分，每个循环约30分钟，保证在不中断气化炉运行的情况下定期排渣。
图2.4.1 锁斗系统PID
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2.5 闪蒸及水处理系统
该系统主要用于水的回收处理。气化炉和碳洗塔排出的含固量较高黑水，送往水处理系统处理后循环使用。首先黑水送入高压、真空闪蒸系统，进行减压闪蒸，以降低黑水温度，释放不溶性气体及浓缩黑水，经闪蒸后的黑水含固量进一步提高，送往沉降槽澄清，澄清后的水循环使用。
去来自冷凝液泵1022-高压闪蒸罐顶换热器 去文丘里去火炬压力闪蒸分离罐 来自高压灰水泵中压罐顶换热器 来自去灰水罐1023-去火炬来自高压闪蒸罐 来自真空闪蒸罐 真空闪蒸换热器 真空泵分离罐 来自补充水循环水中压闪蒸罐 真空闪蒸分离罐 真空泵去地沟去灰水罐1023-来自1022-来自1022-去地沟去沉降槽1023-PIC212:0.706MPaPIC213:0.109MPaPIC214:-0.053MPa灰水闪蒸系统 1023-A4
AR:氧含量<0.015mg/l软水冷凝液低压蒸汽来自来自来自来自预热水泵软水除氧器去E-1310II1023-沉降槽冷凝液泵一次水去锁斗冲压1022-去地沟去P-2205去P-1205软水去E-1311絮凝剂 灰水罐絮凝剂高压灰水泵循环水去锁斗冲洗水罐去C-2202絮凝剂槽絮凝剂泵絮凝剂槽絮凝剂泵低压灰水泵低压灰水换热器灰水沉降及除氧系统 1023-5
图2.5.1 灰水处理系统
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2.6 德士古水煤浆气化工艺过程简述
德士古水煤浆加压气化的基本工艺过程是用高压煤浆泵将煤浆送入烧嘴，同时将来自空分的高压氧也送入烧嘴，氧走烧嘴的外环隙和中心管，煤浆走内环隙，二者一起由烧嘴喷入气化炉中，充分混合雾化，在1350～1400 ℃温度下进行气化反应，生成的高温合成气和熔融渣一起流经渣口，激冷环、下降管，进入激冷室的激冷水中。高温合成气和熔融渣与激冷水直接接触激冷，激冷的目的是将高温气体直接冷却到该压力下的饱和蒸汽温度，将熔融渣冷却后沉积，实现气渣分离。分离出的渣经破渣机，通过锁斗定期排入渣池，由捞渣机捞出装车外运。激冷水是由激冷水泵从洗涤塔抽出，送入激冷环，并沿下降管内壁旋转均匀分布下流。激冷水在下降管内壁形成的水膜，不仅避免高温气流及熔渣与下降管内壁直接接触而保护下降管，同时也逐渐降低气体温度。在激冷水中激冷后的合成气沿下降管和上升管的环隙空间均匀鼓泡上升，出激冷室后，经文丘里洗涤器和洗涤塔进
一步降温除尘，再送往CO变换。
图2.6.1 德士古水煤浆工艺流程
3.德士古水煤浆气化反应原理
水煤浆和99.6%纯氧经德士古烧嘴呈射流状太进入气化炉，在高温、高压下进行气化反应，生成以CO + H2为主要成分的粗合成气。
进入气化炉的水煤浆在气化炉内的反应过程大体可分为三个反应区段:裂解区、燃烧区、气化区。在裂解区主要进行了水煤浆中水分的蒸发、挥发份的脱除和热裂解,该过程需要的热量主要来源于炉内高温环境辐射的热量,回流过来的高温反应气的加热。煤脱除挥发份以后变成煤焦。在燃烧区主要进行的是燃烧反应。首先发生燃烧反应的是裂解区产生的可燃气体,以及少量的从回流区卷吸进来的反应气,紧接着发生煤焦的燃烧反应。燃烧反应的主要产物为CO2 ,只有在气化炉内的大部分氧气消耗
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掉以后才产生CO的反应。气化炉内的氧气消耗过程为:与可燃气反应约占入炉总氧的10 % ,与煤焦反应产生CO2 约占炉总氧的60 % ,与煤焦反应产生CO 约占炉总氧的30 %。与氧气的消耗情况相对应,煤焦的消耗情况为:燃烧产生CO2 消耗煤焦总量的30 % ,燃烧产生CO约占煤焦30 % ,还有约40 %的煤焦在燃烧区未能参加燃烧反应而直接进入了气化区。在气化区主要发生煤焦和水蒸气的反应、煤焦和CO2 的还原反应以及其他一些氧化还原反应。气化反应是气化炉内的主要反应,存在着化学反应平衡的问题,需要较长的时间,较多的热量,对气化反应的结果影响也比较大。在各阶段反应所需要的时间划分上,裂解反应和燃烧反应所占的比例很小,约占不到10 % ,气化还原反应所占的时间较多约占90 %以上。下面是气化炉内几种物质与碳的反应速率对比: 燃烧反应:C + O2 = CO2 的反应速率为10000 ; 还原反应:C + H2O = CO + H2 的反应速率为4 ,
C + CO2 = 2CO 的反应速率为1 。
从碳的反应速率可以看出,燃烧反应的速率非常大,还原反应的速率相对比较小,所以还原反应所占的时间比例比较大
水煤浆制备
其内容主要侧重于研究各种外在和内在因素对水煤浆流变性质的影响, 对高浓度水煤浆制备和改善水煤浆流变学性质等起到了至关重要的指导作用。煤炭特性对煤成浆性和煤浆流变性的影响
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煤质是影响煤浆流变性的首要因素。能否制备出高浓度、低黏度水煤浆, 煤质是关键。这取决于煤的表面物理的、化学的结构特征, 包括煤表面亲水性、煤孔隙度及煤孔结构特征、煤岩相组成、煤矿物质组成、可磨性、介质中离子强度组成、煤表面电化学性质等因素。一般说来, 煤的变质程度越低, 煤中氧碳比越高, 亲水官能团越多, 内在水分越高, 孔隙越发达, 可磨性指数越小, 煤中所含可溶性高价金属离子越多, 煤的成浆性越差。
4. 德士古水煤浆技术发展的重要意义
4.1 水煤浆代替燃油是国家经济发展之需要
我国是一个少油、富煤的国家，已探明煤炭资源储量为1万亿t以上，按年产煤炭10亿吨计，可连续开采1000年．但石油探明储量人均仅为3 t，是全球平均值的12％．我国对燃油要求量很大，国内的石油产量远远不能满足国内经济发展的需求．从1993年开始，我国已成为石油进口国，1993年进口原油905wt，到2000年进口量已达6000多万t．国家每年为此约支付几百亿美元的外汇．随着我国经济的迅速发展，在国内石油产量还不会有大的增长情况下，我国进口石油仍呈上升趋势，而石
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