水煤浆气流床气化是指煤或石油焦等固体碳氢化合物以水煤浆或水炭浆的形式与气化剂一起通过喷嘴，气化剂高速喷出与料浆并流混合雾化，在气化炉内进行火焰型非催化部分氧化反应的工业过程。具有代表性的工艺技术有美国德士古发展公司开发的水煤浆加压气化技术、道化学公司开发的两段式水煤浆气化技术、中国自主开发的多喷嘴煤浆气化技术，它们当中以德士古发展公司水煤浆加压气化技术开发最早、在世界范围内的工业化应用最为广泛，本课也将重点介绍。 一、水煤浆加压气化过程原理及特点
水煤浆气化反应时一个很复杂的物理和化学反应过程，水煤浆和氧气喷入气化炉后瞬间经历煤浆升温及水分蒸发、煤热解挥发、残炭气化和气体间的化学反应等过程，最终生成以CO、H2为主要组分的粗煤气（或称合成气、工艺气）。灰渣采用液态排渣。
1、水煤浆气化制粗煤气技术的优点。
❶可用于气化的原料范围比较宽。几乎从褐煤到无烟煤的大部分煤种都可采用该项技术，
还可气化石油焦。煤液化残渣。半焦、沥青等原料，之后又开发了气化可燃垃圾、可燃废料的技术。
❷水煤浆进料与干粉进料比较，具有安全并容易控制的特点。
❸工艺技术成熟、流程简单，过程控制安全可靠。
❹操作弹性大，气化过程碳转化率比较高。
❺粗煤气质量好，用途广。
❻可供选择的气化压力范围宽。
❼单台气化炉的投煤量选择范围大。
❽气化过程污染少，环保性能好。
2、水煤浆气化技术的缺点。
半桥驱动器❶炉内耐火砖冲刷侵蚀严重，选用的高铬耐火砖寿命为1～2年，更换耐火砖费用大，增加
了生产运行成本。
❷喷嘴使用周期短，一般使用60～90天就需要更换或修复，停炉更换喷嘴对生产运行高负荷运行有影响，一般需要有备用炉，增加了建设成本。
❸考虑到喷嘴的雾化性能及气化反应过程对炉砖的损害，气化炉不适宜长时间在低负荷下运行，经济负荷应在70%以上。
❹水煤浆含水量太高，使冷媒气效率和煤气中的有效气体成分（CO+H2）偏低，氧耗、煤耗均比干法气流床气化高一些。
总之，水煤浆气化技术在一定条件下有其明显的优势，当前仍是被广泛采用的新一代先进煤气化技术之一。
二、德士古煤气化工艺
（一）、美国德士古发展公司水煤浆气化技术开发历程
德士古水煤浆加压气化工艺发展至今已有50多年的历史。鉴于在加压连续输送粉煤的难度
较大，1948年美国德士古发展公司受重油气化的启发，首先创建了水煤浆气化工艺，并在加州建设了第一套中试装置，这在煤气化发展史上是一个重大的开端。
由于在20世纪50～60年代油价较低，水煤浆气化无法发挥资源优势，在加上工程技术上的问题，水煤浆气化技术的发展停顿了10多年，直到20世纪70年代初发生了第一次世界性石油危机才出现了新的转机。一些发达国家又开始重新开发所谓第二代煤气化技术，并取得了突破性进展，德士古水煤浆加压气化技术就是其中比较成功的一个。
1973年德国鲁尔化学公司和鲁尔煤公司开始与德国德士古发展公司合作，进一步对该技术加以开发和完善。并于1975年在德国鲁尔公司内开始建设一台德士古水煤浆气化工业示范炉。1982年以后转入第二阶段的液化残渣试验，共气化了包括各种煤、石油焦及煤的德液化残渣在内的固体燃料20余种。
（二）、工艺流程的特点
1、两种设计形式的德士古气化炉
摄像机广角镜头 德士古气化炉有两种设计形式，即直接激冷方式的气化炉和装有煤气冷却器的气化炉。如图4-1和4-2所示。
在这两个方案中气化炉结构则是完全相同的。如图4-3所示。
由图4-3可知，气化部分是一个用耐火砖砌成的高温空间，水煤浆和纯度为95%的氧气从安装在炉顶的一个特制的燃烧喷嘴中向下喷入其中，形成一个非催化、连续的、喷流式的部分氧化过程。反应温度一般在1500℃以下。
粗煤气的组要成分是CO和H2，还含有一定数量的CO2、水蒸气，另外还会有微量的Ar、N2、CH4、H2S和COS，它不含任何重质碳氢化合物、焦油和其他有害副产品。
煤中所含的灰分在气化过程中首先熔融成为液体状态，但当它被激冷水喷淋时，或从位于气化炉下部的辐射冷却器流入炉底的水槽中去时，将凝聚成为玻璃状的颗粒，通过锁气式排渣斗排出炉体。由于它是惰性的，故可以用作建筑材料。为了使煤中的灰分能在德士古炉内以液态排渣方式排出，就不宜燃用灰熔点高的煤种，否则必须采用降低灰熔点的添加剂。一般来说，适用于德士古气化炉的煤种的灰熔点应控制在1149～1482℃范围内。
激冷式气化炉与装有煤气冷却器的气化炉
的主要区别在于：对高温粗煤气所含的显热的回收利用这一点上。
在激冷式气化炉中，温度高达1370℃的粗煤气在激冷室中用水喷淋，激冷到200～260℃.进而去除灰和脱硫。显然，在激冷过程中会使粗煤气损失掉一部分物理显热，它大约等于低位发热量的10%。
装有煤气冷却器的气化炉又称为全热能回收式气化炉，它通过辐射冷却器和对流冷却器，可以把粗煤气的温度从1370℃降到400℃左右；借以加热锅炉的给水，使之产生相当数量的水蒸气，供蒸汽轮机使用。这样，就能提高热煤气的效率。从能量有效利用的观点来看，这种方案是合理的，但是由于辐射冷却器和对流冷却器的尺寸庞大，价格又昂贵会增加投资费用。
水过滤板对于煤价较低的地区来说，可以考虑选用激冷式德士古气化炉，以便利用初投资费用低的优点来降低IGCC的发电成本。对于煤价较高的地区，则宜选用装有煤气冷却器的德士古气化炉。
德士古气化炉使用的水煤浆是用湿式磨煤机磨制的。水煤浆的浓度与原煤的特性有关。通
常，水煤浆中固体煤的质量分数为60%～70%。水煤浆可以存放较长时间，便于用煤浆泵送到气化炉顶的喷嘴中去雾化、燃烧和气化。
2、德士古气化工艺的关键技术
德士古水煤浆气化工艺的关键技术有以下几方面。
① 煤浆制备 在水煤浆中加入添加剂以降低煤浆的黏度，使其易于输送和使煤浆中水在较长时间内不析出。
② 煤浆输送 由于煤浆粘度大且含有大量固体颗粒，对运转设备部件磨损很快，因此煤浆的输送多选用隔膜柱塞泵。
③ 烧嘴技术 德士古公司多年研究开发了三流道结构的烧嘴，开发了耐温、耐磨的制造烧嘴材料。
④ 耐火砖技术 水煤浆气化炉内衬耐火砖，不但需耐高温且能抵抗煤灰熔渣的侵蚀。
⑤ 激冷室降温除尘技术
⑥ 排渣技术
（三）、主要设备
1、气化炉
除冰车水煤浆加压气化炉是此项技术的核心设备。其上部是燃烧室，为一中空内衬耐火材料的立式圆筒形结构；下部根据不同需要，可为激冷室或为辐射废热锅炉结构。
激冷型德士古气化炉燃烧室和激冷室外壳是连成一体的。上部燃烧室为一中空圆形筒体带拱形顶部和锥形下部的反应空间，顶部烧嘴口供设置工艺烧嘴用，下部为生成气体出口区下面的激冷室。激冷室内紧接上部气体出口设有激冷环，喷出的水沿下降管流下形成一下降水膜，这层水膜可避免由燃烧室来的高温气体中夹带的熔融渣粒附着在下降管壁上，激冷室内保持相当高的液位。夹带着大量熔融渣粒的高温气体通过下降管直接与水溶液接触，气体得到冷却，并为水汽所饱和。熔融渣粒淬冷成粒化渣，从气体中分离出来，被收集在激冷室下部，由锁斗定期排出。饱和了水蒸气的气体进上升管到激冷室上部，经挡板除沫后由侧面气体出口管去洗涤塔，进一步冷却除尘。气体中夹带的渣粒约有95%从锁斗排出。
气化炉的结构特点如下。
❶反应区实为一区间，无任何机械部分。
❷由于反应温度甚高，炉内设有耐火衬里。
❸为了调节控制反应物料的配比，在燃烧室的中下部设有测量炉内温度用的高温热电偶4支。
❹为了及时掌握炉内衬里的损坏情况，在炉壳外表面装设表面测温系统。
❺imca激冷室外壳内壁采用堆焊高级不锈钢的办法来解决腐蚀问题。
气化炉气化效果的好坏取决于燃烧室形状及其与工艺烧嘴结构之间的匹配。而气化炉的寿命则与炉内衬耐火材料材质和结构形式的选择有关。
2、工艺烧嘴（喷嘴）
工艺烧嘴和气化炉同属水煤浆加压气化装置的核心设备，二者的结构和几何尺寸属于专利。
1)工艺烧嘴的功能和要求
工艺烧嘴的主要功能是借高速氧气流的功能将水煤浆雾化并充分混合，在炉内形成一股有一定长度黑区德稳定火焰，为气化创造条件。
工艺烧嘴的设计要求有以下几个方面。人脸识别考勤
❶烧嘴接受的物料量是由工艺条件决定的，这是烧嘴设计的基本依据。
❷采用的气流雾化形式是由水煤浆性质决定的。
❸雾化了的水煤浆与氧气混合的好坏，直接影响气化效果。
❹由于反应在有限的炉内空间进行，因此炉子结构尺寸要与烧嘴的雾化角和火焰长度相匹配，以达到有限炉子空间的充分和有效的利用。
2)工艺烧嘴的寿命
在正常运行期间，烧嘴头部煤浆通道出口处的磨损是不可避免的。当氧煤浆通道因磨损
而变宽以后，工艺指标变差，就必须更换新的工艺烧嘴，这个运行周期就是工艺烧嘴的连续运行天数。无论国内、国外，目前的运行水平可以达到两个月左右，但一般均45天定期检查更换。这就是气化炉避免不了定期停车的原因，也就是气化炉一定要设备用炉的理由。
3、煤浆设备及输送设备
在煤浆设备及输送流程中的主要设备有称量给料机、球磨机、煤浆泵、煤浆槽搅拌器及煤浆振动筛等。流程的配置和设备的选型都是为了设备能泵送的合格煤浆。煤浆的规格，是由实验室对个别煤种进行的制浆试验确定的。
（四）、操作条件
德士古气化炉的主要操作条件包括煤浆浓度（质量分数）、气化温度、气化压力、气化时间和氧碳比。
1、煤浆浓度
煤浆浓度是德士古气化法独特的控制指标。这也是一个极重要的工艺参数。高浓度煤浆是非牛顿流体，可用表观黏度概念描述其流变性质。水煤浆的表观粘度随剪切时间增加而降低，即具有触变性能。它的表观粘度又随剪切速率提高而降低这称为结构黏度。对煤浆的输送来说，与这两种黏度都有关系，因为煤浆泵的启动对煤浆的临界黏度有一定要求。一般水煤浆黏度控制在1Pa.s左右。
2、气化温度和气化压力
气化温度和气化压力对于气化过程的影响是很显著的。为了提高气化温度和气化效率，缩短反应时间，与其他气流床气化方法一样，德士古炉的气化温度比较高，并且采取液态排渣。故操作温度必须大于煤的灰熔点，但是同时又须考虑炉壁耐火材料的耐高温性和使用寿命，因此，一般在1350～1500℃之间。当灰熔点高于1500℃时，就要添加助溶剂，使其灰熔点降低到1500℃以下。
气化炉的生产能力与是成正比的。升高压力，有利于提高气化炉的单炉生产能力，一般在10MPa以下。炉内气化压力高低的确定还取决于产品煤气的用途。例如生产合成氨一般为8.5～10MPa；如用合成甲醇则为6～7MPa为适宜，这样后面的工序不需在增压。
3、气化时间
固体的气化速率要比油气化慢得多，因此，煤气化所需时间比油气化长，一般为油气化的1.5～2倍。煤浆在德士古炉内的气化时间一般为3～10s之间，它取决于煤的颗粒度、活性以及气化温度和压力。
4、氧碳比
氧碳比是指气化过程中氧耗量与煤中碳消耗量的比值。它与煤的性质、煤浆浓度、煤浆粒度分布有关，其值一般在0.9～0.95之间。显然，氧碳比愈高氧消耗量就愈大，这将影响经济指标。
