像输气一样运煤

像输气一样运“煤”

李大庆 实习生 李绍富

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■编者按

洁净煤技术是指从煤炭开采到利用的全过程中，旨在减少污染物排放与提高利用效率的生产、加工、转化、燃烧及污染控制等新技术体系。主要包括煤炭的洁净生产技术、煤炭的洁净加工技术、煤炭的高效洁净转化技术、煤的高效洁净燃烧与发电技术和燃煤污染排放治理技术等。

煤气化作为洁净煤技术的重要组成部分，将廉价的煤炭转化成为清洁煤气，既可用于生产化工产品，如合成氨、甲醇、二甲醚等，还可用于煤的直接与间接液化、联合循环发电(IGCC)和以煤气化为基础的多联产等领域。经过长期科技攻关，在水煤浆气化领域，形成了完整的气化理论体系，研究开发出拥有自主知识产权，达到国际领先水平的水煤浆气化技术。

烧煤就像使用液化气一样清洁，煤炭用户也不再为燃烧煤炭后的废渣处理而发愁。这些听起来好像离我们很遥远，但是国家863新型水煤浆气化技术课题组的同志们正在努力把这一听起来遥远的事情变成现实。

首创水煤浆气化技术

煤在我国能源资源消费中所占的比例最大。但是我国煤资源分布不均，每年运送煤资源都要耗费很多财力物力。铁路部门和相关单位每年夏天都要为北煤南运的事忙得焦头烂额。煤气化成为急需解决的难题。煤气化，即在一定温度、压力条件下利用气化剂(O2、H2O或CO2)与煤炭反应生成洁净合成气(CO、H2的混合物)，是实现煤炭洁净利用的核心技术。

我们的主要任务是建设新型(多喷嘴对置式)水煤浆气化技术的示范装置，并完成工业示范运行，形成具有自主知识产权的大型化水煤浆气化技术。项目组专家华东理工大学于遵宏教授说，项目完成后，核心技术将为联合循环发电装置、煤基多联产装置、大宗化学品生产装置，或者为煤直接液化、间接液化提供气源，应用前景极其广阔。作为技术途径之一，还能为我国的能源结构调整提供技术支撑。

新型水煤浆气化技术的煤种适应性强，经济效益极为显着(节省气化装置引进外汇，大大降低合成气生产成本)，并具有良好的环保性能。随着示范装置的运行成功，将彻底打破国外气化技术在我国的垄断。于教授介绍说。这是能源领域的一个里程碑技术，是国内首创的具有自主知识产权的煤气化技术。我们项目的示范装置的单炉规模是国内最大的，建成后单炉煤日处理量可达1150吨。

示范装置2005年试运行

目前，我们已经进行了新型水煤浆气化技术非标设备工程放大依据的试验研究，并基于此编制完成了新型水煤浆气化技术工艺设计软件包。于教授介绍说，目前我们课题组正在进行四喷嘴撞击流中不同质量、能量流股撞击流场研究，撞击流温度分布、火焰稳定性与操作变量相关性研究，初步净化系统中旋风分离器、水洗塔组合性能研究。

在优化研究四喷嘴对置水煤浆气化技术的周期、安全、高效运行规律方面，课题组已完成了洗涤冷却室分离空间几何变量研究，有代表性煤种气化动力学研究，喷嘴头部壁厚与射流交汇角选优研究，以不同煤种为原料的四喷嘴对置气化炉与气化装置数学模拟，已开发的洗涤冷却器在500吨煤/天装置上的工业试验，北宿原煤成浆性能研究。

建于兖矿集团有限公司的多喷嘴对置式水煤浆气化技术示范装置已于2003年5月1日开工建设，气化系统的定货基本完成，现已开始设备安装，核心设备气化炉也已进入最后制造阶段，示范装置将于2005年上半年投入试运行。

我们的最终目标是在2005年底前，建成我国具有自主知识产权的国际领先水平的多喷嘴对置式水煤浆气化工业示范装置(1000吨煤/天)，完成工业装置的考核试验运行，形成多喷嘴对置式水煤浆气化技术产业化和大型化的设计理论。于教授强调说。

采用四喷嘴对置形成撞击流

引进的水煤浆气化技术(Texaco)的喷嘴置于气化炉顶，与煤气(灰渣)出口在同一轴线上。由于喷出速度极高，部分物料短路，造成碳转化率较低，实质是其停留时间分布、速度分布不尽合理。我们采用受限射流条件下四喷嘴对置形成撞击流，加强了混合，强化了热质传递，这样撞击流场结构及其混合尺度、压力分布、停留时间分布、浓度分布比较理想，中试实践已证明气化效果优于引进的水煤浆气化技术，示范装置可望产生良好的气化效果。

在煤气初步净化方面，我们采用分级的概念，实行混合器、旋风分离器、水洗塔三单元组合，即先粗分再精分，属高效、节能型。在混合器后设置旋风分离器，以除去80%~90%的细灰，在进入水洗塔时，煤气已经较为洁净；加入水洗塔的洗涤水比加入混合器的润湿洗涤水更为清洁，保证洗涤效果。水洗塔采用泡罩塔，其操作弹性与对沉淀物的兼容性较筛板塔为优。可望出现良好的洗涤效果，克服带水、带灰现象。

在加热灰水这一环节中我们采用含渣水蒸发，产生的蒸汽与灰水直接接触，同时完成传质、传热过程，其先进性为：不会堵塞；回收热量充分，热效率高；可望有较长的操作周期和更好的能量回收效果。

实现用煤循环经济模式

选择和利用煤气化技术，不是简单地用煤，而是要看能否形成一个产品链，即上游企业生产的废物作为下游企业的原料。利用多喷嘴对置式水煤浆气化技术造气生成的灰渣经高温熔融，热量能被利用，而且是良好的建筑材料，如制造水泥、煤渣砖、铺路石料，避免了企业为堆放炉渣到处征地，既花钱又污染环境，以至成为地方的一种公害。

含渣水经能量回收、初步净化后，绝大部分循环使用。少量排放的废水没有挥发性有机物，微量金属的浓度也很低，经生化处理即可达到国家排放标准，较一般气化方法产生的废水容易处理。若与其他系统优化设计，水的零排放完全可能。煤气中的硫以硫化氢的形式存在于煤气中，经下游工序处理达到浓度趋近于零，煤中硫转化为商品硫磺。

多喷嘴对置式水煤浆气化炉提高了碳转化率，将有效地降低煤炭的使用量。同样是煤，通过重复利用，最终达到了零排放。而且多联产系统，通过一系列的转换，使煤成为了一系列附加值高的化工产品。可以说多喷嘴对置式水煤浆气化技术把煤化工企业提升到了循环经济这个最佳发展模式上了。

■链接

多喷嘴对置式水煤浆气化技术

多喷嘴对置式水煤浆气化技术是气流床气化技术，以煤炭大规模高效气化技术为基础，将城市煤气、洁净发电和供热、液体燃料等清洁能源产品的生产与碳化学深加工相结合的一种加压大型化装置。对气化用煤没有特殊要求，煤种适应性强，可采用资源丰富、分布广泛的烟煤或褐煤，并对粒度、灰分和含硫量有较大的兼容性。只要煤的灰含量、灰熔点、可磨性和成浆性等方面满足要求即可，如煤的含灰量最好小于19%%，灰熔点低于1350℃，哈氏可磨指数大于50，煤浆浓度最好在60%%以上。对粉煤和块煤没有特别限制，粉煤更好，可减少磨煤功耗。

这项技术能满足未来大型煤化工装置和其他装置制备合成气和燃料气的需要。例如由水煤浆气化可开发甲醇、甲醛、甲胺、醋酸等一系列C1化工产品，同时可开发二甲醚、DMF等一系列产品，以及加氢产品，从而形成以水煤浆气化为树干的产品树。

认识水煤浆

水煤浆由70%左右的煤，30%的水及少量化学添加剂制成，是一种浆体燃料，可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧，其热值相当于燃料油的一半，可代替燃料油用于锅炉、电站、工业炉和窑炉，用于代替煤炭燃用，具有燃烧效益高、负荷调整便利、减少环境污染、改善劳动条件和节省用煤等优点。桂林钢厂以水煤浆代煤粉燃烧，折合标准煤约为90公斤/吨材，节煤33%，烟尘排放由732降至240毫克/m3致癌的NOx含量由280.8降至44毫克/m3，使环境和劳动条件得到明显改善。此外，由于燃烧水煤浆工艺性能好，使钢材的烧损率由1.8%下降至1.5%，企业获得较好的经济效益。所以水煤浆技术不仅可用于代油，用于代煤也有节能和环保效益。

我国煤炭资源分布集中在三西，即山西、陕西及内蒙西部。目前有63%的煤炭要从三西调出，我国长期存在北煤南运、西煤东调的格局。煤炭的管道运输投资少、建设周期短、营运费低、为全密闭输送，不污染环境。水煤浆经管道输送到终端即可供用户燃用，而且可长期密闭储存。