水煤浆气化是以纯氧和水煤浆为原料，采用气流床反应器，在加压非催化条件下进行部分氧化反应，生成含CO和H₂的粗煤气的气化技术，其中GE水煤浆气化工艺(以下简称GE气化工艺)和多喷嘴对置式水煤浆气化工艺(以下简称多喷嘴气化工艺)是水煤浆气化工艺技术中最重要的2种工艺。1989年，兖矿鲁南化肥厂最早引进了德士古(Texaco)水煤浆气化技术；2004年，美国通用电气公司(GE)收购德士古公司气化部，德士古(Texaco)气化技术成为GE气化技术。多喷嘴气化技术是国家“九五”重点科技攻关项目；“十五”期间工业放大，即日处理千吨煤级工业示范装置的建设和运行(863课题)；“十一五”期间大型化，即日处理2 000 t煤级工业装置的建设运行(863课题)。

气化炉是气化装置的关键设备，2种气化技术的气化炉结构简图如图 1所示。

图 1

2种气化技术的气化炉结构简图

(1) GE水煤浆气化炉(以下简称GE气化炉)和多喷嘴对置式水煤浆气化炉(以下简称多喷嘴气化炉)都由上部的气化室(燃烧室)和下部的洗涤冷却室(激冷室)2个部分组成。气化室和洗涤冷却室的高度比基本一致，多喷嘴气化炉的高径比略大于GE气化炉。多喷嘴气化炉的气化室筒体和洗涤冷却室筒体直径相同，而GE气化炉洗涤冷却室的筒体直径要大于气化室的直径。2种气化炉的气化室都筑有3层耐火砖保护筒体，最里层是直接接触熔渣和高温气体的向火层，为铬铝锆砖，氧化铬含量约86%(质量分数，下同)，氧化锆含量约7%，俗称高铬砖；中间层是背衬层，为铬铝砖，氧化铬含量约12%，氧化铝含量约87%，俗称低铬砖；最外层是保温层，主要是含氧化铝的空心球砖，氧化铝含量约98%。

(2) 2种气化炉工艺烧嘴均由中心氧通道、环氧通道和水煤浆通道组成，高温状态下工作的烧嘴设有冷却水装置，但烧嘴安装位置、数量和烧嘴口部结构(图 2)不同。GE气化炉采用预混式烧嘴，单喷嘴安装在气化炉的正上方，烧嘴口中心氧管位置较深，水煤浆与氧气在烧嘴中充分混合、雾化后进入GE气化炉燃烧室；运行时，水煤浆与氧气的混合物从气化炉顶部往下喷射，形成单喷嘴受限射流场。多喷嘴气化炉有4只预膜式工艺烧嘴，安装在气化室中上部，4只工艺烧嘴均布在同一水平面上，相邻烧嘴轴线夹角为90°；烧嘴出口的氧气流股与水煤浆流股进行动量交换，煤浆被雾化，混合物料发生对喷撞击，进而形成对喷撞击流场。

图 2

2种气化技术工艺烧嘴口部结构

(3) 2种气化炉都需热备炉，即气化炉开车前需烘炉预热。GE气化炉的预热烧嘴和工艺烧嘴处于同一位置，气化炉预热完成后，将预热烧嘴更换为工艺烧嘴。多喷嘴气化炉预热烧嘴位于气化炉的正上方，气化炉预热完成后直接将上部法兰口盲死，大大节省了开车时间。

(4) GE气化炉洗涤冷却室利用冷却下降管与导气管共同对气固混合物进行冷却和分离，操作过程中有腾涌现象，煤气易带水和带灰，且洗涤冷却室液位难以控制。多喷嘴气化炉则采用洗涤冷却管和气泡分割器(图 3)对气固混合物进行冷却和分离，煤气经洗涤冷却管下端进入鼓泡床，床层设置的气泡分割器共设有4层破泡条，每层由若干根截面呈三角形锯齿状长条组成，相邻2层破泡条相互垂直，能够有效破除气体冲破水浴后在上升过程中所产生的气泡，运行时无腾涌和带水、带灰现象，且液位容易控制。

图 3

多喷嘴气化炉气泡分割器

(5) GE气化技术采用破渣机直接对燃烧过程中产生的大块炉渣进行强制破碎。多喷嘴气化技术在洗涤冷却室的底部设置了1台静态破渣器，粒径大于Φ 150 mm的灰渣在重力和水的湍动作用下沿静态破渣器斜面向下滚动，利用静态破渣器的棱角和水的湍动将灰渣破碎。

GE气化工艺和多喷嘴气化工艺都属于气流床气化工艺，主要包括水煤浆气化、煤气洗涤(初步净化)和渣水处理。GE气化工艺流程示意见图 4，多喷嘴气化工艺流程示意见图 5。

图 4

GE气化工艺流程示意

图 5

多喷嘴气化工艺流程示意

(1) GE气化工艺中文丘里管与多喷嘴气化工艺中混合器的结构和作用相同，主要目的是使煤气中夹带的固体颗粒完全湿润，以便在后系统中能快速去除。

(2) GE气化工艺中的碳洗塔与多喷嘴对置式气化工艺中的水洗塔均是为了洗涤除去煤气中的细灰，使煤气中水气比控制在1.4~1.6、含尘质量浓度控制在＜1 mg/m³；但两者的内部结构略有不同，洗涤方式也不相同。

在GE气化工艺中，从文丘里洗涤器出来的气液混合物进入碳洗塔，沿下降管进入塔底的水浴中。煤气向上穿过水层，大部分固体颗粒沉降至塔底部与气体分离。上升的煤气沿下降管和导气管的环隙向上穿过冲击式塔板，与洗涤液逆向接触，洗涤除去固体颗粒。气体在洗涤塔顶部经丝网除沫器除去夹带的雾沫，然后离开碳洗塔进入变换工序。

在多喷嘴气化工艺中，来自旋风分离器的煤气通过水洗塔内部开口向下的进气管进入水洗塔，上升的煤气经固阀塔盘和泡罩塔盘与洗涤液逆流接触以除去剩余的固体颗粒。气体在水洗塔顶部经旋流板除去夹带的雾沫，然后离开水洗塔进入变换工序。

(3) 多喷嘴气化工艺在混合器和水洗塔之间设置了1台旋风分离器，其目的是借助离心力最大限度地除去煤气中的液态水和细灰，使气化炉激冷水的水质大大提高，有利于延长激冷环的使用寿命，同时降低水洗塔的洗涤负荷。GE气化工艺中没有类似功能的设备。

(4) GE气化工艺采用换热器间接换热回收热量，即：闪蒸器闪蒸后的黑水经渣水处理系统处理后成为灰水，返回的灰水与闪蒸的酸性气在灰水换热器中回收热量，使灰水升温。

多喷嘴气化工艺采用蒸发热水塔实现热量回收。蒸发热水塔由蒸发室与热水室组成，协同完成黑水热量的回收，使返回的灰水升温，并通过蒸发方式回收部分黑水(蒸汽)补入返回的灰水中，使溶解于黑水中的酸性气和不凝气被脱除。

作为国内应用最广泛、最可靠的2种气化工艺技术，多喷嘴气化工艺和GE气化工艺都采用水煤浆供料、液态排渣，气化炉内壁衬有多层耐火砖，水煤浆和氧气从烧嘴高速连续喷入气化室内并迅速完成气化过程。通过对2种气化技术的气化炉结构和工艺流程对比，其不同点总结如下。

(1) 气化炉结构及流场不同。GE气化炉为单喷嘴受限射流场，单喷嘴工作负荷受限，雾化混合效果受限；多喷嘴气化炉为多喷嘴撞击流场，处理负荷大，雾化撞击混合效果好。

(2) 激冷方式不同。GE气化炉激冷室采用上升管和下降管激冷方式，有腾涌和气体带水、带灰现象；多喷嘴气化炉采用喷淋和鼓泡复合床激冷方式，无腾涌现象，避免了气体带水、带灰。

(3) 气体初步净化系统不同。GE气化技术采用文丘里管与碳洗塔组合的方式，细灰颗粒只在1台塔内洗涤，洗涤效果较差，黑水含固量高；多喷嘴气化技术采用混合器、旋风分离器和水洗塔组合的方式，采用先粗分、再精分的分级净化，洗涤效果较好，黑水水质好。

(4) 渣水处理系统不同。GE气化技术采用高压闪蒸和间接换热的工艺，换热器容易结垢、堵灰，长周期运行后换热效果下降；多喷嘴气化技术采用蒸发热水塔工艺，黑水在蒸发热水塔内闪蒸和直接换热，无结垢、堵灰现象，换热效果好。