OMB

OMB，中文名稱是多噴嘴對置氣化。“九五”期間，華東理工大學、兗礦魯南化肥廠、中國天辰化學工程公司共同承擔了“九五”攻關項目“新型(OMB)水煤漿氣化爐開發”，建設了日處理22t煤的OMB水煤漿氣化爐中試裝置。中試裝置的運行結果表明，該技術在工藝指標上具有明顯優勢，達到了國際領先水平。

基本介紹

• 中文名：多噴嘴對置氣化
• 外文名：Opposition Multi-Burner
• 投入運行時間：2004年12月1日
• 開發單位：華東理工大學等

OMB意義

英文：Opposition Multi-Burner

中文：多噴嘴對置氣化

OMB介紹

概述

我國是一個缺油少氣富煤的國家，資源特點決定了我國的能源化工原料來源必須以煤為主。煤氣化技術是煤基化工的核心技術和龍頭技術，開發具有中國自主智慧財產權的大型煤氣化技術對於我國煤化工事業的發展具有重要意義。

在山東華魯恆升化工股份有限公司國產化1000t/d合成氨大型氮肥裝置中，建設了1台 6.5MPa、處理煤750t/d的OMB水煤漿氣化爐(以下簡稱多噴嘴氣化爐)，這也是OMB技術在中試裝置通過考核後的第一台工業化裝置。山東華魯恆升化工股份有限公司多噴嘴氣化爐是在中試裝置的基礎上，由華東理工大學、水煤漿氣化與煤化工國家工程研究中心提供工藝軟體包，中國華陸工程公司進行工程設計，哈爾濱鍋爐廠有限公司製造了氣化爐設備主體，新鄉耐火材料廠提供了氣化爐燃燒室耐火襯裡。

山東華魯恆升化工股份有限公司四噴嘴氣化爐自2004年12月1日開始試車、投入運行。

OMB流程簡介

來自棒磨機的水煤漿經2個高壓煤漿泵加壓輸送，與來自空分裝置的高純度氧氣一起通過4個對稱布置在氣化爐上部同一水平面上的噴嘴進入氣化爐燃燒室。每個高壓煤漿泵分別給軸線上相對的2個噴嘴供料。在高溫高壓下，噴入氣化爐燃燒室的水煤漿與氧氣進行部分氧化反應，生成以CO、H2為主要成分的粗煤氣。生成的粗煤氣和熔融態的渣通過下降管進入下部的噴淋床與鼓泡床複合的激冷室，下降管上端連線激冷環，激冷環以交叉射流的方式對粗煤氣和熔渣進行噴淋冷卻，下降管下部浸入激冷水中，下端有4個切向排氣口。下降管與激冷室內壁之間有4層鋸齒型的破泡分隔板，形成鼓泡床。工藝氣出氣化爐後經文丘里洗滌器、分離器和水洗塔後送變換工段。分離器內有破泡板和導氣管，水洗塔上部有固閥塔盤、旋流塔盤和高效除沫器。

氣化爐局部工藝流程見圖1，燃燒室內流場結構由射流區I、撞擊區Ⅱ、撞擊流股Ⅲ、回流區Ⅳ、折返流區V和管流區Ⅵ組成。

工藝特點與技術優勢

3.1 工藝特點

OMB採用四噴嘴在同一水平面上向中間對噴，形成撞擊流場，使得混合更充分，燃燒更完全。氣流撞擊後，形成梅花瓣狀火焰，迅速燃燒，此區為撞擊區、氣流撞擊後，方向發生變化，部分氣流上升，遇拱頂後，沿爐壁下行，形成撞擊流區和折反流區；部分氣流下行，形成射流區和管流區。由此爐內流場看出，相對於德士古氣化，火焰在爐內上部燃燒，氣體在爐內停留時間延長，二次反應充分，有效氣體含量明顯提高，尤其因折反流區域存在，更延長了氣體在爐內停留時間。

撞擊流將燃燒區域約束在爐膛中央，在撞擊區域內，氧氣濃度相對較高，所以燃燒較德士古爐而言更為充分，所以殘碳含量相對更低。在靠近爐壁的部分以二次反應為主，二次反應為吸熱反應，二次反應的增加，就使得爐壁附近溫度降低，保護了向火面的耐火磚。

3.2 技術優勢

與引進德士古水煤漿加壓氣化技術相比，多噴嘴氣化爐由於其特殊的爐內流場，使得氣化反應更為完全，同時，因二次反應區明顯增大，故產出的粗煤氣中有效成分平均高2%～4%，碳轉化率也高。粗渣含碳量僅為1%左右(乾基)，最低不到0.1%。

OMB氣化爐的4個工藝燒嘴均採用預膜式燒嘴，其霧化夾角大，霧化效果好，又因採用對撞方式，其混合更加充分。當某一個燒嘴因製造或其他原因霧化不好時，因對撞原因，其影響也非常小。由近4000h的實踐經驗看，這種技術不但有效氣體成分高(最高達到85%)，而且反應完全，單位煤漿產氣量也較德士古氣化技術高，灰渣殘碳含量低；碳轉化率高。其主要運行指標見表l。

多噴嘴氣化技術採用多個噴嘴同時進料，雖然安裝噴嘴時間相對延長，但是由於可以在烘爐階段就可以將工藝噴嘴安裝好，當爐溫達到投料條件時，將預熱噴嘴從頂部取出，裝上封堵，就可以進行投料，因而從烘爐到投料的過渡期較短，同時，也把停爐及過氧的風險化解。在有條件的企業，當一對噴嘴停車時，另一對噴嘴可繼續運行，維持生產，當缺陷消除後，可繼續投入運行，這種方式已經成功用於企業生產。在這種運行方式下，因單噴嘴信號故障造成停車的幾率大幅降低。在4個噴嘴中，當1個噴嘴因煤漿泵或其他因素造成煤漿流量低過氧時，其他噴嘴可及時緩解這種危險，贏得處理時機。安全係數提高，對生產極為有利。

多噴嘴對置式水煤漿氣化技術的合成氣初步淨化系統採用了分級淨化的方法，即先對合成氣中容易分離的固體進行分離，然後用水洗的方式進行進一步淨化，這種淨化流程具有明顯的優點。德士古水煤漿氣化爐投料初期，由於附著在工藝氣出口管線內壁上的垢片受熱及高速氣流沖刷後脫落，易造成水洗塔出口管線堵塞。多噴嘴氣化技術由於設定了分離器，灰垢被預先擋在了分離器內，這樣，即使分離器排水管線被堵，碳洗塔排水照樣可完成排灰作用。

有關問題探討

OMB技術在華魯恆升化工有限公司已經運行了一年多，到2006年6月為止，累計運行超過6000h，最長連續運行時間近2個月(包括連投一次)，工業運行證明了該技術的優勢。但由於是第一套工業化裝置，存在一定的問題還是難免的，以下列出了在運行過程中暴露的一些問題，並對產生問題的原因進行了分析，提出了改進意見。

4.1 存在的問題

4.1.1 上部空間耐火磚壽命偏短，封堵頭更換頻繁

多噴嘴氣化爐爐內高溫區在噴嘴位置以下500mm及噴嘴位置以上一直到拱頂。這些高溫區也是四噴嘴氣化爐耐火襯裡損蝕最嚴重的部位，例如：噴嘴周圍及以下500mm和以上簡體熱面磚在累計使用3425h的時間內，因損蝕過快已經進行過更換；在累計使用3425h的時間後拱頂磚則已損蝕130mm。

頂部堵頭壽命也較短。每次停車都要重做新的，並且必須待降下溫來檢查拱頂蝕損情況後，才能確定堵頭長度再進行製作，影響備用。頂部堵頭是影響氣化爐高負荷長周期運行的隱患。開始使用的頂部堵頭結構為澆鑄料外包耐熱鋼殼體，僅運行86h就燒蝕近50%，後來將下部澆鑄料改為耐熱鋼筋掛耐火磚外包耐熱鋼殼體結構後，運行時間有所延長，但仍舊是安全生產的隱患。

4.1.2 噴嘴室口徑過小，容易造成“窩火”

噴嘴室起初採用了帽檐結構，以防止噴嘴掛渣，即：噴嘴就位後藏在前面的擴口磚後面，擴口磚洞口比噴嘴外徑小。運行中發現這樣很容易造成“窩火”，嚴重時會燒毀擴口磚後面的背撐磚甚至噴嘴本身。將擴口磚洞口改大後，沒再出現窩火現象。

4.1.3 激冷室檢修不便，容易積灰

激冷室內，多噴嘴氣化爐用破泡板代替了傳統水煤漿氣化爐的上升管，由於破泡板與相應支架為焊接成形，激冷室缺少上部人孔，停車時若不破壞局部破泡板，檢修人員從下部人孔無法上到激冷環進水管處檢修、沖洗。

在早期操作過程中，由於未掌握多噴嘴氣化爐的運行規律，長期在較低溫度下操作，導致出燃燒室的粗合成氣中細灰含量較高，每次停車後進爐檢查時發現，破泡板之間縫隙內嚴重集灰，從下往上看不出破泡板之間的縫隙，且集灰結得比較結實。在氣化爐每次運行的後期，從氣化爐壓差上也能反映出這一點。

就激冷室結構，對新建四噴嘴氣化爐的建議是：上、下部各設一個人孔；破泡板之間的距離適當加大；每層破泡板加人孔方便檢修沖洗。破泡板強度要足夠，以免運行中發生衝散事件。

4.2 對問題的原因分析及改進建議

4.2.1 噴嘴以上空間偏小

在中試成功的基礎上，華東理工大學在設計第一台工業裝置時，改變了噴嘴以上到氣化爐頂空間的高徑比，當時的目的是提高氣化爐單位空間的產氣量。但是，實際運行表明，改變後的高徑比偏小。由於撞擊後的物料部分向上運動，上部空間偏小，則會導致耐火磚離撞擊火焰過近，溫度偏高，導致頂部耐火磚和預熱口封堵處於高溫環境，耐火磚壽命較短。

4.2.2 工藝噴嘴通道偏小

華魯恆升化工股份有限公司建設的多噴嘴對置式水煤漿氣化爐日處理煤750t，運行結果表明，對多噴嘴氣化技術而言，這樣的規模偏小了。由於採用4個噴嘴同時進料，工藝噴嘴的通道要比德士古噴嘴小得多，過小的噴嘴通道會帶來如下問題：

a)由於製造或維修誤差，造成噴嘴煤漿環隙和外氧環隙不均勻；四噴嘴氣化爐在生產中經常出現噴嘴小噴頭外錐面、中噴頭內錐面不均勻磨蝕，從而造成煤漿環隙嚴重不均勻，從而偏噴，導致噴嘴周圍耐火磚某部位嚴重沖刷。

b)由於預膜式噴嘴煤漿環隙較相同生產能力的德士古氣化爐噴嘴小，幾個大的煤漿顆粒擠在煤漿環隙里很容易造成堵塞，這種堵塞是隨機的，也有可能在運行過程中被沖開，因而也會導致噴嘴偏噴，影響周圍的耐火磚。所以，多噴嘴技術更適用於大型氣化爐，其被堵塞幾率會明顯降低。

4.2.3 頂部堵頭的結構方式和加工工藝不合理

頂部堵頭損毀的原因除了4.2.1的分析外，還有其本身在製造工藝等方面的原因：

a)原設計的直接打澆築料的堵頭，澆築料高溫強度太弱，很容易被燒毀。

b)堵頭與拱頂爐磚之間的縫隙，使得火焰竄入，先逐步燒毀頂部堵頭的金屬殼體，燒斷掛耐火磚的鋼筋，然後耐火磚掉落下來。

c)堵頭在開車投料前直接放入高溫爐內，巨大的溫差也是造成澆注料或耐火磚強度降低的因素之一。

d)工藝操作條件的變化，如爐溫的高低、渣口壓差等也會加劇堵頭及拱頂的沖刷。

計畫將靠中心的幾圈拱頂磚加厚50mm(已委託耐火材料廠家進行過相關計算)，將最上面一圈放置頂部堵頭的拱頂磚做成台階狀，避免火焰直衝頂部堵頭的金屬殼體。

套用市場

工藝燒嘴是氣化系統的關鍵設備，過去認為4個燒嘴同時運行必然會增加因燒嘴故障造成氣化爐停車的幾率，由於採用合理的預膜式結構及高壓氮氣保護流程，可使燒嘴的正常磨損、侵蝕情況降到最小，加之操作水平及檢修水平的不斷提高，目前工藝燒嘴的壽命也不斷延長，多家企業工藝燒嘴平均壽命超過60天，部分情況更好的單位工藝燒嘴使用壽命平均達到100天左右，兗礦國泰、兗礦魯化工藝燒嘴多次超過了120天，兗礦國泰最長周期達到152天。

耐火磚、工藝燒嘴等關鍵部件的穩定運行也保證了氣化裝置運行的穩定，目前多家裝置運行負荷達到或超過設計值，兗礦國泰、新能鳳凰、神華寧煤等裝置在投入運行後半年左右便通過了裝置性能考核驗收，各裝置考核指標均在設計範圍內，特別是煤耗、氧耗、合成氣有效成分、碳轉化率等主要指標均明顯優於設計值，其他的裝置投入運行後，由於運行穩定，各項指標達到或超過計畫值，已決定不再進行性能考核。江蘇靈谷化工氣化裝置在雙爐一開一備(氣化爐冷備)的狀況下，保持了裝置連續穩定運行的狀態，從2010年10月至2011年6月30日，整個合成氨、尿素裝置連續滿負荷運行240多天。目前，該技術良好的工業套用效果已得到業內的一致認可，在國內外得到廣泛推廣，建設規模也不斷擴大，截止到2011年8月，該技術已在國內外推廣套用24家，75台（套）氣化爐。

隨著OMB技術的日益成熟，工業運行業績的不斷積累，國外煤氣化技術對中國的長期壟斷逐漸被打破。該技術正被國際氣化工業領域所認識和接受，並正成為大型氣化項目的主流選擇之一。2006年在美國華盛頓召開的國際氣化年會，主辦方安排在大會上介紹該技術，獲得了巨大反響，隨後每年的國際氣化年會都有該技術連續報導，介紹該技術的進展情況。國際著名氣化專家、《Gasification》一書作者Christopher Higman對該技術評價較高，並將該技術寫入其著作《Gasification》第二版中。國際期刊《Chemical Engineering》的高級編輯Frankfurt在其為“Newsfront”欄目撰寫的主題論文中，著重介紹了多噴嘴對置式水煤漿氣化技術及其套用狀況。

多家國際公司就採用該技術的相關事宜與專利商進行了洽談。經過長時間深入的技術交流和實地考察，2008年7月，美國Valero能源公司（北美最大的煉油公司，2007年全球500強排名第43位）簽訂了採用多噴嘴氣化技術的商務契約，將運用該技術進行石油焦氣化制氫項目，所建設的石油焦氣化項目為目前全世界最大的氣化裝置，總投資達到30億美元。該項目也是中國大型化工成套技術首次向美國等已開發國家輸出。