多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)研究

肖康 張文才

在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中，煤炭資源的應(yīng)用處于整個(gè)能源結(jié)構(gòu)的核心地位，但是在煤炭的燃燒過(guò)程中，常會(huì)產(chǎn)生大量污染，這與我國(guó)的綠色發(fā)展理念不符，而水煤漿氣化技術(shù)能夠通過(guò)對(duì)煤炭的有效處理，將煤炭轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵞茉?，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤炭能源的綠色應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)對(duì)噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的了解和研究，指出相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程，并提出該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式。

煤炭氣化是一個(gè)較為新穎的概念，是指將煤炭暴露于合適的環(huán)境下，利用氣化劑與煤炭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終讓煤炭生成CO、H2等清潔氣體，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤炭的清潔利用。但是在相關(guān)設(shè)備的具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要針對(duì)煤炭氣化過(guò)程的反應(yīng)情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行基礎(chǔ)研究，研究?jī)?nèi)容包括大型冷模、小型熱模、霧化性能等多個(gè)方面，并將測(cè)試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值比較，確定裝置的合理程度。

1 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)設(shè)備參數(shù)的確定

1.1 大型冷模研究

冷模試驗(yàn)是在在沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)的情況下，利用沙子和水等物體進(jìn)行的一種模擬試驗(yàn)，通常用于各類流力力學(xué)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，在水煤漿氣化過(guò)程中，為使相關(guān)物質(zhì)能夠充分反應(yīng)，需要對(duì)水煤漿的流動(dòng)情況進(jìn)行探究。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主體為一個(gè)直徑為1m的對(duì)置氣化爐，氣化爐內(nèi)部含有噴嘴，另外在氣化爐與鼓風(fēng)機(jī)、水泵等實(shí)驗(yàn)設(shè)備相連，模擬氣化爐中水煤漿的運(yùn)動(dòng)情況，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，還需要設(shè)置示蹤劑，并建設(shè)相關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)，從而探究試驗(yàn)材料在氣化爐中的運(yùn)動(dòng)情況，最終探究該中氣化爐能否滿足水煤漿氣化技術(shù)在氣化爐方面的要求。

1.2 小型粼蟆研究

通過(guò)水煤漿氣化條件的研究可以發(fā)現(xiàn)，在水煤漿的氣化過(guò)程中，除了需要在設(shè)備內(nèi)部施加一定的氣壓，還需要對(duì)水煤漿進(jìn)行加熱，所以在試驗(yàn)過(guò)程中需要對(duì)整個(gè)氣化系統(tǒng)的加熱情況進(jìn)行探究，所以需要進(jìn)行熱模實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)施的建設(shè)過(guò)程中，會(huì)在熱模氣化爐上方設(shè)置噴嘴，并將氣化爐一側(cè)開(kāi)孔，該開(kāi)孔與試驗(yàn)物質(zhì)儲(chǔ)槽連接，同時(shí)在氣化爐中設(shè)置各類傳感器，探究氣化爐中試驗(yàn)材料的運(yùn)動(dòng)情況。另外在該試驗(yàn)過(guò)程中，重要的測(cè)量參數(shù)包括火焰溫度、溫度分布情況、氣化爐結(jié)構(gòu)參數(shù)與試驗(yàn)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)情況間的關(guān)系等方面，通過(guò)這幣川式驗(yàn)方式能夠確定氣化物的合理程度，同時(shí)也能夠通過(guò)該項(xiàng)試驗(yàn)對(duì)現(xiàn)有的氣化爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

1.3 霧化性能研究

對(duì)于水煤漿氣化過(guò)程來(lái)說(shuō)，噴嘴的功能為將水煤漿進(jìn)行霧化，加決煤炭氣化過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)速度和反應(yīng)程度，通過(guò)上述試驗(yàn)可以對(duì)氣化爐的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，并且能夠保證氣化爐參數(shù)的合理，但是對(duì)于不同的噴嘴尺寸來(lái)說(shuō)，在應(yīng)用過(guò)程中也會(huì)對(duì)煤炭的氣化過(guò)程造成重大影響，所以需要通過(guò)冷模試驗(yàn)探究噴嘴尺寸與氣化爐參數(shù)間的關(guān)系，最終確定最適宜的霧化噴嘴尺寸。需要注意的是，在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)材料為水、甘油和水煤漿，同時(shí)系統(tǒng)中需要合理設(shè)置相應(yīng)的檢測(cè)裝置，探究不同尺寸霧化噴嘴最終取得的實(shí)驗(yàn)效果，找到霧化噴嘴的最佳參數(shù)。

1.4 合成器凈化研究

在水煤漿氣化技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，能夠通過(guò)化學(xué)反應(yīng)確定產(chǎn)生不同的氣體，為了能夠?qū)崿F(xiàn)氣體燃料的高效利用，需要最大限度降低氣體中的各類雜質(zhì)，所以需要對(duì)氣體進(jìn)行凈化處理，而凈化效果需要通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行探究。在試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建中，核心部件為旋風(fēng)分離器，在應(yīng)用過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)氣體與固體或者液體的有效分離，為了探究?jī)艋Y(jié)果，需要在旋風(fēng)分離器中設(shè)置氣體檢測(cè)探針，并且該探針與計(jì)算機(jī)相連，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件測(cè)定旋風(fēng)分離器中氣體的凈化程度，從而確定氣體凈化系統(tǒng)的最佳建設(shè)方案，充分提升氣體生產(chǎn)質(zhì)量。

2 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式

（一）水煤漿反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在整個(gè)水煤漿氣化系統(tǒng)中，反應(yīng)系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)重點(diǎn)，通過(guò)上文可以看到，通過(guò)冷模和熱模實(shí)驗(yàn)可以對(duì)氣化爐、噴嘴尺寸等方面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)與優(yōu)化，所以在系統(tǒng)建設(shè)中，需要以相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，確定各類重要構(gòu)件的參數(shù)。在噴嘴設(shè)置中，將在氣化爐上部對(duì)稱布置4個(gè)噴嘴，這些噴嘴同時(shí)將氧氣和煤炭粉末灌入氣化爐中，在氣化爐的環(huán)境中煤炭粉末能夠發(fā)生化學(xué)和物理變化，最終生成混合氣體以及殘?jiān)?。為了提升煤炭的反?yīng)程度，需要在氣化系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域，稱為一次反應(yīng)區(qū)和二次反應(yīng)區(qū)，一次反應(yīng)區(qū)為整個(gè)系統(tǒng)的總體反應(yīng)區(qū)，在該區(qū)域中將生成大量混合氣體，并產(chǎn)生水、煤焦等生成物。二次反應(yīng)區(qū)為甲烷、水、煤焦等物質(zhì)的反應(yīng)區(qū)，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)最終生成CO和H2，另外對(duì)于二次反應(yīng)區(qū)，在化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中會(huì)吸收大量熱量，可以吸收一次反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量，在提高反應(yīng)程度的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量的有效回收。

（二）氣體凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)上文已知，氣體凈化系統(tǒng)的主要設(shè)備為旋風(fēng)分離器，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，能夠通過(guò)氣壓使設(shè)備發(fā)生旋轉(zhuǎn)，最終產(chǎn)生離心力，實(shí)現(xiàn)氣體與液體或固體的有效分離。在試驗(yàn)過(guò)程中已經(jīng)按照系統(tǒng)所需的分離效果對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行合理選取，所以對(duì)于氣體凈化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要設(shè)計(jì)重點(diǎn)為與氣體產(chǎn)生系統(tǒng)的連接方式。需要保證一次反應(yīng)區(qū)與二次反應(yīng)區(qū)的氣體都能夠輸入氣體凈化系統(tǒng)中，并且應(yīng)用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了氣體凈化后將氣體有效輸出，所以對(duì)于該系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，起到氣體處理和輸出作用。

（三）含渣水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在含渣水的處理過(guò)程中，首先讓含渣水進(jìn)入蒸發(fā)塔中，讓含渣水大量汽化，提升未蒸發(fā)部分含渣水中的固體含量，對(duì)于獲得的蒸汽，需要將其通人到熱水室中，并與循環(huán)灰水直接接觸，通過(guò)這種換熱的方式提高循環(huán)灰水的溫度。其次在含渣水的蒸發(fā)過(guò)程中，通過(guò)加溫方式讓水體中的酸性氣體解吸，降低水體對(duì)環(huán)境的影響。最后對(duì)已經(jīng)經(jīng)過(guò)蒸發(fā)的水體進(jìn)行進(jìn)一步處理，處理方式為進(jìn)行真空閃蒸，這種方式能夠進(jìn)一步降低水體溫度，并且讓水體的含固量獲得提升，同時(shí)全面消除水體中的酸性氣體，實(shí)現(xiàn)對(duì)含渣水的無(wú)害化處理。

綜上所述，在多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要通過(guò)冷模試驗(yàn)和熱模試驗(yàn)確定氣化爐的各項(xiàng)參數(shù)，在確定參數(shù)后繼續(xù)采取冷模試驗(yàn)確定噴嘴參數(shù)。在系統(tǒng)的實(shí)際建設(shè)中，包括氣化反應(yīng)系統(tǒng)、氣體凈化系統(tǒng)和含渣水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高氣體產(chǎn)鬢彝靡屯凈度的同時(shí)，也對(duì)廢水進(jìn)行無(wú)害化處理。