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摘要：新型四喷嘴对置式气化炉装置是具有自主知识产权的水煤浆气化技术，为了维护其长周期运行，除了要克服其自身存在的缺陷外，还需对炉渣进行优化控制。本文首先对四喷嘴水煤浆气化炉做了概述，然后详细阐述了四喷嘴水煤浆气化炉炉渣的优化控制措施。
关键词：四喷嘴水煤浆气化炉；炉渣；气化；煤浆；负荷
一、四喷嘴水煤浆气化炉概述
具有自主知识产权的四喷嘴对置式水煤浆气化示范装置的技术特点是：四喷嘴对置的水煤浆气流床气化炉及复合床煤气洗涤冷却设备；分级净化的煤气初步净化工艺；蒸发分离直接换热式含渣水处理及热回收工艺。
图四喷嘴对置式气化及煤气初步净化示意图
1-磨煤机；2-煤浆槽；3-多喷嘴对置式气化炉；4-锁斗；5-水洗塔；6-蒸发热水塔；7-真空闪蒸器；8-澄清槽；9-灰水槽
（一）多喷嘴对置式气化及煤气初步净化
气化反应是串并联反应同时存在的极为复杂的反应体系，可分为一次反应与二次反应：
1、一次反应区（燃烧区）
进入该区的反应物有工艺氧、煤浆以及回流流股和折返流流股中CO、H2等。水煤浆入炉后，首先进行雾化，同时接受来自火焰、炉内壁、高温气体、固体物等的辐射热，以及回流流股及折返流流股的热量。煤浆瞬间蒸发，煤粉发生热裂解并释放出挥发份。裂解产物、挥发份及其他易燃组分在高温、高氧浓度下迅速完全燃烧，放出大量热。这个过程进行得相当短促，主要发生在射流区与撞击区中，其结束的标志是氧消耗殆尽。
2、二次反应区
进入二次反应区的组分有煤焦、CO2、CH4、H2O以及CO、H2等组分。这时主要进行的是煤焦、CH4等与H2O、CO2发生的气化反应，生成CO和H2。这是有效气成分的重要来源。二次反应主要发生在管流区。
3、一次与二次反应共存区
四喷嘴对置气化炉中射流区与撞击区、撞击流股、回流区、折返流区共存，不时进行质量交换，再加湍流的随机性，射流区的反应组分及产物都有可能进入撞击区、撞击流股、回流区、折返流区，导致这些区域既进行一次反应，也进行二次反应。
出气化室的夹带熔融态灰渣的高温合成气，在复合床结构的洗涤冷却室内完成合成气的洗涤冷却和熔渣的初步分离。
采用混合器、旋风分离器和水洗塔相结合的节能高效煤气初步净化系统，使煤气中灰、渣的含量降到最低，并且减少压力损失。
（二）含渣水处理
气化炉及煤气初步净化系统来的含渣水分别减压后导入含渣水处理系统，含渣水首先进入蒸发热水塔蒸发室。蒸发室内含渣水大量汽化，溶解在水中的酸性气体一起解吸。蒸发室产生的蒸汽进入热水室与循环灰水直接接触换热，使灰水得到最大程度的升温。蒸发室底部含固量得到增浓的液相产物再进行真空闪蒸，进一步降低含渣水温度和浓缩含渣水的含固量，将酸性气体完全解吸。
二、四喷嘴水煤浆气化炉炉渣的优化控制措施
（一）对煤浆粒度和灰分的控制
1、对煤浆粒度的控制
球磨机在使用过程中，钢球与煤浆摩擦碰撞，钢球会逐渐磨损变小，煤浆的粒度逐渐变大，因此需根据煤浆粒度分布情况及生产经验，及时补充合适尺寸的钢球，保证煤浆粒度在合理的范围内。球磨机入料量也会影响煤浆粒度的大小及分布，入料量过大时，部分未充分研磨的大颗粒煤浆会被压入煤浆出料槽中，导致煤浆粒度分布中大颗粒质量分数明显增加，也可能使球磨机产生大颗粒带浆现象。一旦出现此现象，必须及时调整球磨机入料量，将球磨机负荷控制在正常范围内，以保证煤浆粒度分布合理。
2、对煤浆灰分的控制
要尽可能固定原料煤煤种；及时对采购的原料煤进行分析，根据分析结果进行相应的工艺参数调整；选用原煤、水洗精煤和库存煤按照适合的比例进行配煤，既能节约成本，又能很好地控制炉渣中可燃物含量。
（二）对负荷的控制
四喷嘴水平对置式气化炉的烧嘴在气化炉中部，在调节负荷时，相对应的2只烧嘴会同时加量或减量。煤浆进入气化炉时，部分煤浆先气化后与氧气反应，没有气化的煤浆与氧气混合与来自对面和左右侧的煤浆碰撞，氧气与煤浆充分混合、燃烧，在炉膛内的反应时间一般为4～6s。当负荷低时，煤浆相互碰撞后未能充分混合，造成转化率降低、炉渣中可燃物上升。当负荷过大时，部分未反应并且方向向下的煤浆颗粒会直接出气化炉，造成炉渣中可燃物含量的上升，所以，气化炉运行负荷必须控制在一定的范围内。目前气化炉长期满负荷运行，根据炉渣样品分析，炉渣中可燃物质量分数控制在5%左右。
（三）中心氧的控制
由于烧嘴是水平放置，下部磨损比上部要严重；而且与煤浆接触的烧嘴口处间隙变大，造成运行后期烧嘴三环不同心，雾化效果变差。由于烧嘴是对置式布置，如果喷射角度偏移，物料混合不充分，会影响气化反应，炉渣中可燃物含量也会发生波动，此时需根据炉渣中可燃物含量、出口气体的成分、气化炉炉壁温度等原因综合分析，对烧嘴的喷射角度进行调节，并适当调节氧煤比。
（四）对压力的控制
压力升高可提高气化反应的碳转化率，压力越高越有利于气化反应。但考虑到压力升高后制炉成本及耐火砖的冲刷以及后系统所能承受的荷，系统必须保证一定的压力，但在开、停车及生产负荷不稳定时，压力波动或降压运行均可造成渣中残碳量增加，可燃物含量升高。
（五）对锁斗系统的控制
1、锁斗系统的重要性
在气化反应中，不仅生成了我们所需产物合成气，伴随之，也产生了大量的固态熔渣。如果不及时将其排出，它将会堆积，占据洗涤冷却室内有效容积，被黑水带入后系统，堵塞管道、设备等。当其堆积至一定程度时，便会堵塞黑水出口，可以想象，水循环将无法进行，最终气化炉无法运行。
由此可见，锁斗系统虽为一辅助系统，但其扮演了一极其重要的角色。当由于某种原因，锁斗无法正常运行，超过一定时间，气化炉就有可能被迫停车。
2、锁斗系统的优化操作
渣堵根本原因是气化炉操作炉温太低或由于煤种灰熔点高、热值低等原因造成熔渣中出现大块，从而堵塞锁斗管路。因此在平时操作中，控制室应注意高温热偶以及气体成分变化，现场注意勤看渣样，综合判断炉温以作适当调整，严禁无故大幅度调整炉温。当煤种更换或灰熔点增高时，应视情况及时调整炉温。
当然，凡事无必然，即使如上所做，我们也不能说就能杜绝渣堵。所以还有两个数值及其趋势是控制室人员应密切注意的：锁斗内压差、锁斗冲洗水罐液位。上文我们已提过，这两个数值是锁斗上部渣堵和下部渣堵最先有感應的两个数值，尤其锁斗压差，一但其有异常，锁斗上部很可能存在轻微渣堵，一般反冲几次便可恢复，然后炉温做出适宜调整。否则一旦渣堵严重再处理，就耗时耗力了。
参考文献
[1]廖胡，郭庆华，梁钦锋，张健，廖敏，于广锁.多喷嘴对置式气化炉中飞灰性质[J].化工学报，2009（11）
[2]张杰，李玉成.四喷嘴水煤浆气化技术运行中的问题剖析[J].大氮肥，2011（01）
关键词：四喷嘴水煤浆气化炉；炉渣；气化；煤浆；负荷
一、四喷嘴水煤浆气化炉概述
具有自主知识产权的四喷嘴对置式水煤浆气化示范装置的技术特点是：四喷嘴对置的水煤浆气流床气化炉及复合床煤气洗涤冷却设备；分级净化的煤气初步净化工艺；蒸发分离直接换热式含渣水处理及热回收工艺。
图四喷嘴对置式气化及煤气初步净化示意图
1-磨煤机；2-煤浆槽；3-多喷嘴对置式气化炉；4-锁斗；5-水洗塔；6-蒸发热水塔；7-真空闪蒸器；8-澄清槽；9-灰水槽
（一）多喷嘴对置式气化及煤气初步净化
气化反应是串并联反应同时存在的极为复杂的反应体系，可分为一次反应与二次反应：
1、一次反应区（燃烧区）
进入该区的反应物有工艺氧、煤浆以及回流流股和折返流流股中CO、H2等。水煤浆入炉后，首先进行雾化，同时接受来自火焰、炉内壁、高温气体、固体物等的辐射热，以及回流流股及折返流流股的热量。煤浆瞬间蒸发，煤粉发生热裂解并释放出挥发份。裂解产物、挥发份及其他易燃组分在高温、高氧浓度下迅速完全燃烧，放出大量热。这个过程进行得相当短促，主要发生在射流区与撞击区中，其结束的标志是氧消耗殆尽。
2、二次反应区
进入二次反应区的组分有煤焦、CO2、CH4、H2O以及CO、H2等组分。这时主要进行的是煤焦、CH4等与H2O、CO2发生的气化反应，生成CO和H2。这是有效气成分的重要来源。二次反应主要发生在管流区。
3、一次与二次反应共存区
四喷嘴对置气化炉中射流区与撞击区、撞击流股、回流区、折返流区共存，不时进行质量交换，再加湍流的随机性，射流区的反应组分及产物都有可能进入撞击区、撞击流股、回流区、折返流区，导致这些区域既进行一次反应，也进行二次反应。
出气化室的夹带熔融态灰渣的高温合成气，在复合床结构的洗涤冷却室内完成合成气的洗涤冷却和熔渣的初步分离。
采用混合器、旋风分离器和水洗塔相结合的节能高效煤气初步净化系统，使煤气中灰、渣的含量降到最低，并且减少压力损失。
（二）含渣水处理
气化炉及煤气初步净化系统来的含渣水分别减压后导入含渣水处理系统，含渣水首先进入蒸发热水塔蒸发室。蒸发室内含渣水大量汽化，溶解在水中的酸性气体一起解吸。蒸发室产生的蒸汽进入热水室与循环灰水直接接触换热，使灰水得到最大程度的升温。蒸发室底部含固量得到增浓的液相产物再进行真空闪蒸，进一步降低含渣水温度和浓缩含渣水的含固量，将酸性气体完全解吸。
二、四喷嘴水煤浆气化炉炉渣的优化控制措施
（一）对煤浆粒度和灰分的控制
1、对煤浆粒度的控制
球磨机在使用过程中，钢球与煤浆摩擦碰撞，钢球会逐渐磨损变小，煤浆的粒度逐渐变大，因此需根据煤浆粒度分布情况及生产经验，及时补充合适尺寸的钢球，保证煤浆粒度在合理的范围内。球磨机入料量也会影响煤浆粒度的大小及分布，入料量过大时，部分未充分研磨的大颗粒煤浆会被压入煤浆出料槽中，导致煤浆粒度分布中大颗粒质量分数明显增加，也可能使球磨机产生大颗粒带浆现象。一旦出现此现象，必须及时调整球磨机入料量，将球磨机负荷控制在正常范围内，以保证煤浆粒度分布合理。
2、对煤浆灰分的控制
要尽可能固定原料煤煤种；及时对采购的原料煤进行分析，根据分析结果进行相应的工艺参数调整；选用原煤、水洗精煤和库存煤按照适合的比例进行配煤，既能节约成本，又能很好地控制炉渣中可燃物含量。
（二）对负荷的控制
四喷嘴水平对置式气化炉的烧嘴在气化炉中部，在调节负荷时，相对应的2只烧嘴会同时加量或减量。煤浆进入气化炉时，部分煤浆先气化后与氧气反应，没有气化的煤浆与氧气混合与来自对面和左右侧的煤浆碰撞，氧气与煤浆充分混合、燃烧，在炉膛内的反应时间一般为4～6s。当负荷低时，煤浆相互碰撞后未能充分混合，造成转化率降低、炉渣中可燃物上升。当负荷过大时，部分未反应并且方向向下的煤浆颗粒会直接出气化炉，造成炉渣中可燃物含量的上升，所以，气化炉运行负荷必须控制在一定的范围内。目前气化炉长期满负荷运行，根据炉渣样品分析，炉渣中可燃物质量分数控制在5%左右。
（三）中心氧的控制
由于烧嘴是水平放置，下部磨损比上部要严重；而且与煤浆接触的烧嘴口处间隙变大，造成运行后期烧嘴三环不同心，雾化效果变差。由于烧嘴是对置式布置，如果喷射角度偏移，物料混合不充分，会影响气化反应，炉渣中可燃物含量也会发生波动，此时需根据炉渣中可燃物含量、出口气体的成分、气化炉炉壁温度等原因综合分析，对烧嘴的喷射角度进行调节，并适当调节氧煤比。
（四）对压力的控制
压力升高可提高气化反应的碳转化率，压力越高越有利于气化反应。但考虑到压力升高后制炉成本及耐火砖的冲刷以及后系统所能承受的荷，系统必须保证一定的压力，但在开、停车及生产负荷不稳定时，压力波动或降压运行均可造成渣中残碳量增加，可燃物含量升高。
（五）对锁斗系统的控制
1、锁斗系统的重要性
在气化反应中，不仅生成了我们所需产物合成气，伴随之，也产生了大量的固态熔渣。如果不及时将其排出，它将会堆积，占据洗涤冷却室内有效容积，被黑水带入后系统，堵塞管道、设备等。当其堆积至一定程度时，便会堵塞黑水出口，可以想象，水循环将无法进行，最终气化炉无法运行。
由此可见，锁斗系统虽为一辅助系统，但其扮演了一极其重要的角色。当由于某种原因，锁斗无法正常运行，超过一定时间，气化炉就有可能被迫停车。
2、锁斗系统的优化操作
渣堵根本原因是气化炉操作炉温太低或由于煤种灰熔点高、热值低等原因造成熔渣中出现大块，从而堵塞锁斗管路。因此在平时操作中，控制室应注意高温热偶以及气体成分变化，现场注意勤看渣样，综合判断炉温以作适当调整，严禁无故大幅度调整炉温。当煤种更换或灰熔点增高时，应视情况及时调整炉温。
当然，凡事无必然，即使如上所做，我们也不能说就能杜绝渣堵。所以还有两个数值及其趋势是控制室人员应密切注意的：锁斗内压差、锁斗冲洗水罐液位。上文我们已提过，这两个数值是锁斗上部渣堵和下部渣堵最先有感應的两个数值，尤其锁斗压差，一但其有异常，锁斗上部很可能存在轻微渣堵，一般反冲几次便可恢复，然后炉温做出适宜调整。否则一旦渣堵严重再处理，就耗时耗力了。
参考文献
[1]廖胡，郭庆华，梁钦锋，张健，廖敏，于广锁.多喷嘴对置式气化炉中飞灰性质[J].化工学报，2009（11）
[2]张杰，李玉成.四喷嘴水煤浆气化技术运行中的问题剖析[J].大氮肥，2011（01）