肖康 張文才

在我國能源結(jié)構(gòu)中，煤炭資源的應用處于整個能源結(jié)構(gòu)的核心地位，但是在煤炭的燃燒過程中，常會產(chǎn)生大量污染，這與我國的綠色發(fā)展理念不符，而水煤漿氣化技術(shù)能夠通過對煤炭的有效處理，將煤炭轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵞茉?，最終實現(xiàn)了對煤炭能源的綠色應用。本文通過對對噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)的了解和研究，指出相關(guān)設備的設計過程，并提出該項技術(shù)的實現(xiàn)方式。

煤炭氣化是一個較為新穎的概念，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)生化學反應，最終讓煤炭生成CO、H2等清潔氣體，實現(xiàn)了對煤炭的清潔利用。但是在相關(guān)設備的具體設計過程中，需要針對煤炭氣化過程的反應情況對系統(tǒng)進行基礎研究，研究內(nèi)容包括大型冷模、小型熱模、霧化性能等多個方面，并將測試結(jié)果與標準值比較，確定裝置的合理程度。

1 多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)設備參數(shù)的確定

1.1 大型冷模研究

冷模試驗是在在沒有化學反應的情況下，利用沙子和水等物體進行的一種模擬試驗，通常用于各類流力力學的實驗過程，在水煤漿氣化過程中，為使相關(guān)物質(zhì)能夠充分反應，需要對水煤漿的流動情況進行探究。該實驗系統(tǒng)主體為一個直徑為1m的對置氣化爐，氣化爐內(nèi)部含有噴嘴，另外在氣化爐與鼓風機、水泵等實驗設備相連，模擬氣化爐中水煤漿的運動情況，同時在實驗過程中，還需要設置示蹤劑，并建設相關(guān)檢測系統(tǒng)，從而探究試驗材料在氣化爐中的運動情況，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

通過水煤漿氣化條件的研究可以發(fā)現(xiàn)，在水煤漿的氣化過程中，除了需要在設備內(nèi)部施加一定的氣壓，還需要對水煤漿進行加熱，所以在試驗過程中需要對整個氣化系統(tǒng)的加熱情況進行探究，所以需要進行熱模實驗。在實驗設施的建設過程中，會在熱模氣化爐上方設置噴嘴，并將氣化爐一側(cè)開孔，該開孔與試驗物質(zhì)儲槽連接，同時在氣化爐中設置各類傳感器，探究氣化爐中試驗材料的運動情況。另外在該試驗過程中，重要的測量參數(shù)包括火焰溫度、溫度分布情況、氣化爐結(jié)構(gòu)參數(shù)與試驗物質(zhì)運動情況間的關(guān)系等方面，通過這幣川式驗方式能夠確定氣化物的合理程度，同時也能夠通過該項試驗對現(xiàn)有的氣化爐結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。

1.3 霧化性能研究

對于水煤漿氣化過程來說，噴嘴的功能為將水煤漿進行霧化，加決煤炭氣化過程中的化學反應速度和反應程度，通過上述試驗可以對氣化爐的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行設計與優(yōu)化，并且能夠保證氣化爐參數(shù)的合理，但是對于不同的噴嘴尺寸來說，在應用過程中也會對煤炭的氣化過程造成重大影響，所以需要通過冷模試驗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，在試驗過程中，試驗材料為水、甘油和水煤漿，同時系統(tǒng)中需要合理設置相應的檢測裝置，探究不同尺寸霧化噴嘴最終取得的實驗效果，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)的應用過程中，能夠通過化學反應確定產(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)，所以需要對氣體進行凈化處理，而凈化效果需要通過試驗進行探究。在試驗系統(tǒng)構(gòu)建中，核心部件為旋風分離器，在應用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)氣體與固體或者液體的有效分離，為了探究凈化結(jié)果，需要在旋風分離器中設置氣體檢測探針，并且該探針與計算機相連，通過計算機軟件測定旋風分離器中氣體的凈化程度，從而確定氣體凈化系統(tǒng)的最佳建設方案，充分提升氣體生產(chǎn)質(zhì)量。

2 多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)實現(xiàn)方式

（一）水煤漿反應系統(tǒng)設計

在整個水煤漿氣化系統(tǒng)中，反應系統(tǒng)為整個系統(tǒng)的設計和建設重點，通過上文可以看到，通過冷模和熱模實驗可以對氣化爐、噴嘴尺寸等方面進行合理設計與優(yōu)化，所以在系統(tǒng)建設中，需要以相關(guān)試驗結(jié)果為依據(jù)，確定各類重要構(gòu)件的參數(shù)。在噴嘴設置中，將在氣化爐上部對稱布置4個噴嘴，這些噴嘴同時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)生化學和物理變化，最終生成混合氣體以及殘渣。為了提升煤炭的反應程度，需要在氣化系統(tǒng)中設置兩個反應區(qū)域，稱為一次反應區(qū)和二次反應區(qū)，一次反應區(qū)為整個系統(tǒng)的總體反應區(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。二次反應區(qū)為甲烷、水、煤焦等物質(zhì)的反應區(qū)，通過化學反應最終生成CO和H2，另外對于二次反應區(qū)，在化學反應的過程中會吸收大量熱量，可以吸收一次反應中產(chǎn)生的熱量，在提高反應程度的同時，也實現(xiàn)對熱量的有效回收。

（二）氣體凈化系統(tǒng)設計

通過上文已知，氣體凈化系統(tǒng)的主要設備為旋風分離器，在設備運行過程中，能夠通過氣壓使設備發(fā)生旋轉(zhuǎn)，最終產(chǎn)生離心力，實現(xiàn)氣體與液體或固體的有效分離。在試驗過程中已經(jīng)按照系統(tǒng)所需的分離效果對設備參數(shù)進行合理選取，所以對于氣體凈化系統(tǒng)來說，主要設計重點為與氣體產(chǎn)生系統(tǒng)的連接方式。需要保證一次反應區(qū)與二次反應區(qū)的氣體都能夠輸入氣體凈化系統(tǒng)中，并且應用該系統(tǒng)實現(xiàn)了氣體凈化后將氣體有效輸出，所以對于該系統(tǒng)來說，起到氣體處理和輸出作用。

（三）含渣水處理系統(tǒng)設計

在含渣水的處理過程中，首先讓含渣水進入蒸發(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)過程中，通過加溫方式讓水體中的酸性氣體解吸，降低水體對環(huán)境的影響。最后對已經(jīng)經(jīng)過蒸發(fā)的水體進行進一步處理，處理方式為進行真空閃蒸，這種方式能夠進一步降低水體溫度，并且讓水體的含固量獲得提升，同時全面消除水體中的酸性氣體，實現(xiàn)對含渣水的無害化處理。

綜上所述，在多噴嘴對置式水煤漿氣化系統(tǒng)的設計過程中，需要通過冷模試驗和熱模試驗確定氣化爐的各項參數(shù)，在確定參數(shù)后繼續(xù)采取冷模試驗確定噴嘴參數(shù)。在系統(tǒng)的實際建設中，包括氣化反應系統(tǒng)、氣體凈化系統(tǒng)和含渣水處理系統(tǒng)的設計，提高氣體產(chǎn)鬢彝靡屯凈度的同時，也對廢水進行無害化處理。