爐型上置單噴嘴下噴式爐型

以GSP為代表的上置單噴嘴下噴式氣化爐,其外部為圓筒型結(jié)構(gòu), 內(nèi)部則分為上部氣化室和下部激冷室; 氣化室為一段式結(jié)構(gòu), 在爐頂布置單一煤粉和氣化劑混合噴嘴向下噴射物料, 合成氣和液渣通過(guò)下部的出渣口排出進(jìn)入激冷室。按照流體力學(xué)分析, GSP爐內(nèi)流場(chǎng)屬受限射流, 可分成射流區(qū)、回流區(qū)和管流區(qū)3個(gè)區(qū), 。從噴嘴噴出的射流具有一定的卷吸攜帶能力, 將其周?chē)母邷亓黧w卷吸進(jìn)射流場(chǎng)并與之相混合, 射流中心速度沿氣化爐軸線(xiàn)衰減, 形成的射流同時(shí)沿徑向發(fā)展并最終與氣化爐內(nèi)壁相交, 形成射流區(qū); 由射流產(chǎn)生的負(fù)壓力梯度在射流場(chǎng)與爐壁之間形成一反向運(yùn)動(dòng)的區(qū)域?yàn)榛亓鲄^(qū), 其大小與噴嘴射流速度、爐膛直徑和噴嘴直徑之比等因素有關(guān); 射流區(qū)的下游到氣化爐反應(yīng)室出口為流速相對(duì)較低的管流區(qū)。

按照化學(xué)反應(yīng)特征, 爐內(nèi)粉煤氣化反應(yīng)可分為揮發(fā)分析出和燃燒區(qū)、焦炭燃燒區(qū)和氣化區(qū)。揮發(fā)分析出和燃燒發(fā)生在射流區(qū)上游和回流區(qū)的上內(nèi)側(cè), 焦炭燃燒發(fā)生在射流區(qū)下游和回流區(qū)的下內(nèi)側(cè), 氣化反應(yīng)則發(fā)生在回流區(qū)外側(cè)和管流區(qū)。因此可將氣化爐內(nèi)流場(chǎng)劃分為射流燃燒區(qū)、管流氣化區(qū)和回流燃燒氣化共存區(qū)。在揮發(fā)分析出和燃燒區(qū),煤顆粒被迅速加熱釋放出揮發(fā)物, 裂解產(chǎn)生的揮發(fā)物迅速與氧氣發(fā)生反應(yīng)。因?yàn)樵搮^(qū)域的氧氣濃度高, 所以揮發(fā)物完全燃燒并產(chǎn)生大量熱; 在焦炭燃燒區(qū), 脫去揮發(fā)物的煤焦或其他炭顆粒, 一方面與殘余的氧氣反應(yīng)生成CO和CO2 , 另一方面與水蒸氣和CO2反應(yīng)生成CO和H2 , CO和H2又在氣相中與殘余的氧氣反應(yīng), 產(chǎn)生更多的熱量。射流燃燒區(qū)進(jìn)行的反應(yīng)均為放熱反應(yīng), 導(dǎo)致該區(qū)為爐內(nèi)高溫區(qū); 在氣化區(qū), 未完全反應(yīng)的焦炭會(huì)和CO2發(fā)生還原反應(yīng), 和水蒸氣發(fā)生水蒸氣分解反應(yīng), 和H2發(fā)生甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng), 生成的CO再和水蒸氣發(fā)生水煤氣反應(yīng)生成CO2和H2 , 這些反應(yīng)均為吸熱反應(yīng),該區(qū)的溫度稍低。

爐內(nèi)氣固兩相在爐內(nèi)溫度變化趨勢(shì)不同,噴入爐內(nèi)的氣相(水蒸氣和氧氣) 在揮發(fā)分燃燒和煙氣稀釋加熱下溫度急劇升高, 在射流區(qū)的上段就達(dá)到很高的溫度水平, 這些氣化劑迅速參與化學(xué)反應(yīng), 生成氣相物的溫度也保持了該溫度水平; 固相則在由煤粉顆粒- 焦炭- 灰渣的轉(zhuǎn)換過(guò)程中, 溫度穩(wěn)步上升。GSP采用的合成氣和液渣向下并流方式, 也使得排渣口的灰渣溫度維持在很高的水平,使灰渣呈液態(tài), 并利用高溫合成氣對(duì)高黏度熔渣的良好攜帶作用, 順利地實(shí)現(xiàn)了高灰熔點(diǎn)煤粉的液態(tài)排渣。

由于GSP采用單噴嘴射流方式, 煤粉顆粒比較集中分布在射流燃燒區(qū), 爐內(nèi)顆粒分布均勻性差, 爐內(nèi)溫度場(chǎng)梯度較大, 在射流燃燒區(qū)形成明顯的噴射火舌; 爐頂單噴嘴也使得爐內(nèi)湍流混合強(qiáng)度較低, 回流區(qū)較小; 進(jìn)料噴嘴與出口設(shè)置在同一軸線(xiàn)上, 由于噴嘴射流速度很高, 在慣性力作用下,有相當(dāng)一部分物流在爐內(nèi)短路, 直接沖向出口, 在氣化爐里的停留時(shí)間遠(yuǎn)小于整體物料的平均停留時(shí)間, 未參與反應(yīng)就離開(kāi)了氣化爐, 這在一定程度上影響了氣化反應(yīng)結(jié)果; 受?chē)娮烊萘康南拗? 氣化爐負(fù)荷可調(diào)范圍小。

目前, 工業(yè)化前景較好的以干煤粉為原料的氣流床氣化爐主要有Shell, Prenflo, GSP, TPR I (兩段式氣化爐) , NEDO (日立爐) 和CCP (兩段式空氣氣化爐) 等。按氣化爐的進(jìn)料位置和進(jìn)料方式的不同, 將這些氣化爐分為上置單噴嘴下噴式、下置多噴嘴對(duì)撞噴入式和下置多噴嘴切圓噴入式3種爐型 。

在氣流床氣化爐中, 屬于多噴嘴對(duì)撞噴入式的爐型主要有E - Gas, Shell, Prenflo, TPR I和多噴嘴對(duì)置式氣化爐, 其中Prenflo, Shell和TPR I采用干煤粉進(jìn)料。

Prenflo爐與Shell爐均是K - T爐的加壓氣化形式, 工藝流程中的磨煤與干燥、粉煤加壓與進(jìn)料、氣化與煤氣冷卻、除渣、干法除塵、濕法洗滌等系統(tǒng)基本相同, 均為廢鍋流程, 采用大量的冷煤氣對(duì)高溫煤氣進(jìn)行急冷, 氣化爐和煤氣冷卻器均采用水冷壁和螺旋盤(pán)管換熱器的結(jié)構(gòu), 二者的氣化爐反應(yīng)區(qū)基本相同, 其區(qū)別主要表現(xiàn)在: ① Prenflo爐采用橫向布置的盤(pán)管式水冷壁, 而Shell爐采用縱向布置的膜式水冷壁; ② 二者的煤氣冷卻器結(jié)構(gòu)不同, 煤氣冷卻流動(dòng)路線(xiàn)不同, 在廢鍋設(shè)置上,Shell爐在經(jīng)過(guò)導(dǎo)氣管后的側(cè)面設(shè)置廢鍋, 而Prenflo爐氣化工藝中廢鍋設(shè)置在頂部。

對(duì)于TPR I爐, 與其他下置多噴嘴對(duì)撞噴入式氣化爐不同的是, 其采用兩段式爐膛結(jié)構(gòu), 下?tīng)t膛是第一反應(yīng)區(qū), 為一個(gè)兩端窄中間寬的腔體, 其側(cè)壁上對(duì)稱(chēng)布置2個(gè)或4個(gè)用于輸入煤粉、水和氧氣的噴嘴, 噴入煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)80% ～85%的混合物;上爐膛是第二反應(yīng)區(qū), 高度較長(zhǎng), 側(cè)壁上布置對(duì)稱(chēng)的2個(gè)煤粉和水的噴嘴, 噴入煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%～20%的混合物。

以下采用Shell爐為例說(shuō)明下置多噴嘴對(duì)撞噴入式氣化爐的爐內(nèi)流場(chǎng)與物料的溫度特性。Shell爐應(yīng)用撞擊流原理, 將干煤粉與氧氣通過(guò)同一水平面上4只對(duì)稱(chēng)布置的燒嘴噴入爐內(nèi), 兩股等量的氣固兩相流同軸相向射流撞擊, 形成具有高度湍動(dòng)的撞擊區(qū)和高度湍動(dòng)區(qū), 在慣性力作用下, 固相顆粒穿過(guò)撞擊面滲入反向流, 使干煤粉與氧氣在氣化爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)混合并進(jìn)行部分氧化反應(yīng), 生成的粗合成氣和熔渣一起向下進(jìn)入氣化爐激冷室激冷和分離。

采用激光多普勒動(dòng)態(tài)粒子分析儀研究了冷態(tài)下受限容器中多噴嘴對(duì)置射流的流動(dòng)特征, 將Shell爐內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程分為5個(gè)區(qū)域, 即射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊擴(kuò)展流區(qū)、回流區(qū)和管流區(qū)。氣固兩相流從噴嘴高速?lài)姵龊髮⒅車(chē)黧w卷吸帶向下游流動(dòng)形成射流區(qū); 當(dāng)4個(gè)對(duì)置的噴嘴射流交匯后, 在交匯中心區(qū)域形成相向射流的劇烈撞擊區(qū)。該區(qū)域流體間的剪切作用力大, 速度脈沖強(qiáng), 湍流強(qiáng)度大; 經(jīng)過(guò)撞擊混合后具有較高靜壓的流體迅速改變流動(dòng)方向, 沿著氣化爐的軸線(xiàn)方向運(yùn)動(dòng), 形成向上和向下的兩股撞擊擴(kuò)展流區(qū)。由于這兩股流體相對(duì)速度較高, 具有射流性質(zhì), 對(duì)周邊流體仍有卷吸作用, 使得該區(qū)域的寬度沿徑向逐漸擴(kuò)展, 軸向速度沿徑向逐漸減小, 沿軸向達(dá)到一個(gè)最大值后也逐漸衰減; 四股射流與兩股撞擊流股周邊均出現(xiàn)回流區(qū), 回流是受限射流產(chǎn)生流體間相互混合的流動(dòng)特征之一, 起到強(qiáng)化混合的作用; 在氣化室上部, 流體的軸向速度沿徑向分布基本保持不變的區(qū)域稱(chēng)為管流區(qū)。

與GSP爐相類(lèi)似, Shell爐內(nèi)流場(chǎng)也可按反應(yīng)特征分為射流燃燒區(qū)、管流氣化區(qū)和回流燃燒氣化共存區(qū)。射流燃燒區(qū)包括射流區(qū)、撞擊區(qū)及撞擊擴(kuò)展流區(qū)的一部分, 在該區(qū)域進(jìn)行的是揮發(fā)分析出和燃燒以及焦炭燃燒, 并伴有射流卷吸的CO 和H2的燃燒反應(yīng), 這些放熱反應(yīng)導(dǎo)致該區(qū)域?yàn)闋t內(nèi)高溫區(qū); 管流氣化區(qū)包括管流區(qū)和撞擊擴(kuò)展區(qū)的一部分, 進(jìn)行的是C和CH4等氣化反應(yīng)和逆變換反應(yīng),這類(lèi)吸熱反應(yīng)導(dǎo)致該區(qū)域溫度相對(duì)稍低; 在回流共存區(qū), 射流卷吸作用和湍流擴(kuò)散使回流區(qū)、射流區(qū)和撞擊流擴(kuò)展區(qū)發(fā)生質(zhì)量交換, 其中以卷吸為主,但因湍流的隨機(jī)性, 也將有個(gè)別氧氣微團(tuán)經(jīng)湍流擴(kuò)散作用而進(jìn)入回流區(qū)中。因此在回流區(qū)中既有燃燒反應(yīng), 亦有氣化反應(yīng), 但以氣化反應(yīng)為主。

氣固兩相在Shell爐內(nèi)的溫度變化趨勢(shì)與GSP爐內(nèi)不同, 在射流區(qū)內(nèi), 噴入爐內(nèi)的氣相(水蒸氣和氧氣) 在揮發(fā)分的燃燒和生成煙氣的稀釋加熱作用下, 溫度急劇直線(xiàn)上升, 到達(dá)撞擊區(qū)時(shí),由于焦炭的燃燒放熱反應(yīng)使得其溫度進(jìn)一步提升,并達(dá)到最高溫度, 也使得該區(qū)域?yàn)闋t內(nèi)最高溫度區(qū); 隨后進(jìn)入撞擊擴(kuò)展流區(qū)、回流區(qū)和管流區(qū)發(fā)生氣化吸熱反應(yīng), 并與焦炭- 灰渣發(fā)生熱交換, 爐頂出口煤氣溫度降低, 減少了后續(xù)冷卻單元; 由于煤粉顆粒表面熱阻較大, 溫升較慢, 在煤粉顆粒- 焦炭- 灰渣的轉(zhuǎn)換過(guò)程中, 溫度穩(wěn)步上升, 在隨氣相上升至爐內(nèi)最高軌跡點(diǎn)時(shí), 溫度達(dá)到最高, 在隨后的下降過(guò)程中, 其溫度基本維持不變, 直至下段的出渣口。

然而, 下置多噴嘴對(duì)撞噴入式氣化爐也存在一些不足之處: ①在細(xì)長(zhǎng)形的圓筒內(nèi)采用徑向噴嘴直接對(duì)沖, 從各噴嘴噴出的物料還未能充分發(fā)展即相互碰撞, 并發(fā)生激烈的燃燒放熱反應(yīng), 使得爐內(nèi)高溫區(qū)集中在這一水平面上, 爐內(nèi)溫度梯度較大。②射流直接碰撞產(chǎn)生了向下和向上兩股撞擊流股, 向下的撞擊流股沿徑向的迅速擴(kuò)張阻礙了噴嘴射流對(duì)周?chē)邷責(zé)煔獾木砦饔? 回流區(qū)過(guò)小,延遲了射流區(qū)內(nèi)煤粉著火燃燒的進(jìn)程。③噴嘴的直接對(duì)沖并不能保證所有煤粉顆粒都在撞擊區(qū)內(nèi)相互碰撞而衰減, 必有一部分直接沖向?qū)?cè)噴嘴, 對(duì)噴嘴周?chē)浔诘氖褂脡勖斐蓸O大的威脅, 如果氣化爐溫度稍低, 就可能在噴嘴周?chē)酥羾娮焐辖Y(jié)渣, 從而影響噴嘴的使用壽命和性能。④向下的撞擊流股有部分直接沖向氣化爐底部出口, 形成“短路”現(xiàn)象。⑤受撞擊作用的影響, 單個(gè)噴嘴的容量不能太大, 否則撞擊效果減弱, 這樣單臺(tái)氣化爐的負(fù)荷受到限制, 不可能達(dá)到太大。⑥負(fù)荷對(duì)氣化效果的影響明顯, 氣化爐對(duì)負(fù)荷調(diào)節(jié)的適應(yīng)性相對(duì)較差。⑦ Shell爐和Prenflo爐均為一段式干煤粉進(jìn)料的氣化裝置, 為了保證液態(tài)排渣順利進(jìn)行,爐底溫度必須在其灰熔點(diǎn)以上。為了讓高溫煤氣中的熔融態(tài)灰渣凝固以免使煤氣冷卻器堵塞, 不得不采用大量的冷煤氣對(duì)高溫煤氣進(jìn)行急冷, 方可使其由1 400 ℃冷卻到900 ℃, 其熱量損失較大, 氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率、冷煤氣效率和總熱效率等指標(biāo)也比較低, 并且由于煤氣流量較大, 造成煤氣冷卻器、除塵和水洗滌裝置的尺寸過(guò)大 。

在干煤粉氣流床氣化爐中, 屬于下置多噴嘴切圓噴入式氣化爐主要有NEDO氣化爐和CCP氣化爐。這2種爐型均為兩段式結(jié)構(gòu), 在爐側(cè)的中下部位切圓布置多只煤粉和氣化劑噴嘴向爐內(nèi)噴射物料以形成爐內(nèi)旋轉(zhuǎn), 粗合成氣從爐頂排出, 液渣通過(guò)爐底部的出渣口排出。

NEDO爐采用一室兩段的設(shè)計(jì), 爐內(nèi)設(shè)置了上下2層噴嘴, 每層各有4個(gè)噴嘴按切線(xiàn)方向安裝,上下噴嘴有不同的切圓半徑。按流體力學(xué)分析, 可將爐內(nèi)流動(dòng)分成5個(gè)區(qū): 下段射流旋轉(zhuǎn)區(qū)和上段射流旋轉(zhuǎn)區(qū)、外旋擴(kuò)散區(qū)、內(nèi)旋上升區(qū)和管流區(qū)。從上下兩層切向安裝的4個(gè)噴嘴噴出形成的旋轉(zhuǎn)射流具有強(qiáng)烈的卷吸攜帶能力,將其周?chē)母邷亓黧w卷吸進(jìn)漩流中并與之混合, 形成射流旋轉(zhuǎn)區(qū)。不同的是, 下層噴嘴在爐內(nèi)形成向上的下段射流旋轉(zhuǎn)區(qū), 而上層噴嘴在爐內(nèi)形成向下的上段射流旋轉(zhuǎn)區(qū); 在兩次噴嘴之間, 由于兩股旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)氣流的存在, 在外側(cè)形成向下的外旋擴(kuò)散區(qū), 在內(nèi)側(cè)形成向上的內(nèi)旋上升區(qū), 并一直發(fā)展到爐頂合成氣出口形成管流區(qū)。由于氣流螺旋式流動(dòng), 可延長(zhǎng)煤在爐內(nèi)的停留時(shí)間, 有利于煤的氣化。

CCP爐內(nèi)也設(shè)置了上下兩層噴嘴, 每層各有4個(gè)噴嘴按切線(xiàn)方向安裝, 各層噴嘴有不同的切圓半徑。煤粉和氣化劑從四角切向高速引入, 在爐內(nèi)形成一個(gè)自下而上運(yùn)動(dòng)的漩渦。與NEDO 爐不同,CCP爐體采用的是兩室兩段設(shè)計(jì), 即設(shè)有下段燃燒室和上段氣化室, 兩室之間設(shè)有頸縮結(jié)構(gòu)。按照流體力學(xué)過(guò)程分析, 也可將爐內(nèi)的流動(dòng)分成下段射流旋轉(zhuǎn)區(qū)和上段射流旋轉(zhuǎn)區(qū)、外旋擴(kuò)散區(qū)、內(nèi)旋上升區(qū)和管流區(qū)共5個(gè)區(qū)。與NEDO爐不同的是, 射流旋轉(zhuǎn)區(qū)的旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)射流區(qū)相同, 均旋轉(zhuǎn)向上。

按照化學(xué)反應(yīng)特征, NEDO 爐和CCP爐的爐內(nèi)氣化反應(yīng)均可大致可分為下段燃燒區(qū)(室) 和上段氣化區(qū)(室) 。在下段燃燒室中供給煤粉和多量氧氣, 煤顆粒將被迅速加熱, 揮發(fā)物釋放并迅速完全燃燒, 焦炭也發(fā)生激烈氧化反應(yīng)生成CO 和CO2 , 同時(shí)產(chǎn)生大量的熱量維持燃燒室足夠的高溫, 保證溫度控制在灰熔點(diǎn)以上, 使灰渣以液態(tài)形式排出, 同時(shí)產(chǎn)生的高溫氣體進(jìn)入上段氣化區(qū)為氣化反應(yīng)提供必要的熱量; 在還原區(qū)中供給煤粉和少量氧氣, 噴入的煤粉與從燃燒區(qū)來(lái)的高溫氣體迅速混合, 發(fā)生煤粉熱解產(chǎn)生高活性煤焦, 并隨之發(fā)生氣化反應(yīng), 主要生成H2和CO。

NEDO和CCP的爐內(nèi)氣固兩相溫度變化趨勢(shì)：在下段, 這2種爐型內(nèi)氣固兩相的變化趨勢(shì)相似, 過(guò)量氧氣的噴入使得噴入的煤粉發(fā)生激烈的熱解反應(yīng), 產(chǎn)生的揮發(fā)分和焦炭迅速燃燒,并發(fā)出大量熱量, 同時(shí)由于氣流旋流運(yùn)動(dòng)使氣固兩相在同一高度的停留時(shí)間延長(zhǎng), 使得氣固兩相在噴嘴水平面上的溫升程度比其他爐型迅速, 特別是固相焦炭和煤灰的溫度; 在上段, 氣化反應(yīng)所需的熱量由下段上升的高溫氣體提供, 這使得兩段之間的氣相溫度稍有降低; 同時(shí), 氣化吸熱反應(yīng)也使得這2種氣化爐上段噴入的煤粉和氣化劑的溫升速度均比下段慢, 不同的是, 由于這2種氣化爐的上段的流體動(dòng)力場(chǎng)的不同, NEDO 爐形成向下的溫升曲線(xiàn), 而CCP爐在上段則形成上揚(yáng)的溫升曲線(xiàn)。從氣化爐整體看, 由于下置多噴嘴切圓噴入式爐型將爐體分成燃燒放熱反應(yīng)的上段和氣化吸熱反應(yīng)的上段, 這使得上段的爐內(nèi)溫度比下段低很多, 相差達(dá)到700 ℃, 這也使得爐頂排出粗煤氣溫度比其他爐型的低, 減少了后續(xù)冷卻單元。

由于這些爐型在上下各段均采用4個(gè)對(duì)稱(chēng)噴嘴將煤粉和氣化劑混合物切圓噴入爐內(nèi), 在每段進(jìn)料水平面上, 煤粉在高速氣化劑旋轉(zhuǎn)射流的帶動(dòng)下均勻分布在每段氣化爐空間內(nèi), 使氣化反應(yīng)也隨之發(fā)生在氣化爐空間內(nèi), 而不是在某一個(gè)火焰峰面上,避免了其他氣化方式的超高溫火舌或火炬的出現(xiàn),使每段氣化爐內(nèi)溫度更均勻, 避免了傳統(tǒng)的氣化反應(yīng)局部溫度過(guò)高, 并顯著降低了爐內(nèi)最高溫度; 同時(shí), 爐內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)力場(chǎng)增加了煤粉和氣化劑的接觸與反應(yīng)時(shí)間, 使得氣化反應(yīng)更完全, 從而有助于進(jìn)一步提高氣化效率; 另外, 采用分段設(shè)計(jì), 將燃燒放熱區(qū)和氣化吸熱區(qū)分開(kāi), 在保證液態(tài)排渣的同時(shí)降低爐頂粗煤氣的溫度, 減少了煤氣冷卻器的換熱面積和數(shù)量, 降低了冷卻器、除塵和水洗滌裝置的負(fù)荷和尺寸。所以, 目前兩段或多段干煤粉進(jìn)料氣流床氣化爐已成為國(guó)內(nèi)外競(jìng)相開(kāi)發(fā)的技術(shù)。

但由于NEDO爐和CCP爐下段煤粉和氣化劑進(jìn)口與排渣口很接近, 下段的激烈旋轉(zhuǎn)射流使得部分未完全反應(yīng)的焦炭與落下的煤灰熔在一起, 來(lái)不及進(jìn)行氧化反應(yīng)就已從排渣口排出, 降低了氣化效率; 強(qiáng)烈的射流會(huì)使部分煤粉或焦炭顆粒刷壁, 特別是大切圓旋轉(zhuǎn)的上段區(qū)域, 容易導(dǎo)致?tīng)t體內(nèi)壁磨損; 另外, 對(duì)于灰熔點(diǎn)較高的煤種, 由于煤氣上行和排渣下行的方式?jīng)]有充分利用高溫煤氣對(duì)液態(tài)排渣的良好攜帶作用, 容易造成出渣口排渣不暢。

我國(guó)是煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó), 煤氣化技術(shù)作為潔凈煤技術(shù)的重要方向之一, 是以煤基為能源的化工系統(tǒng)中最重要的核心技術(shù), 也是合成燃料甲醇、燃料二甲醚, 尋求新型石油替代能源, 緩解我國(guó)石油供需矛盾和能源安全的重要途徑之一。因此, 應(yīng)在歸納總結(jié)現(xiàn)有先進(jìn)煤氣化技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 結(jié)合我國(guó)各地不同特性的煤種, 加強(qiáng)煤氣化核心技術(shù)的開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新, 形成具有自主產(chǎn)權(quán)的高效煤粉氣化技術(shù) 。

國(guó)際上應(yīng)用較廣的管式裂解爐有短停留時(shí)間爐、超選擇性爐、林德- 西拉斯?fàn)t、超短停留時(shí)間爐。

短停留時(shí)間爐

是魯姆斯公司在60和70年代開(kāi)發(fā)的爐型（SRT）,有三種:即SRT-Ⅰ、SRT-1Ⅱ及SRT-Ⅲ型（圖2），其中SRT-Ⅱ又可分為高選擇性(HS)和高生產(chǎn)能力 (HC)兩種。SRT-Ⅰ型由等徑管組成；SRT-Ⅱ及SRT-Ⅲ則為前細(xì)后粗的變徑管，四股平行進(jìn)料以強(qiáng)化前期加熱，縮短停留時(shí)間和后期降低烴分壓,從而提高選擇性,增加乙烯產(chǎn)率。由于三種反應(yīng)管采用了不同的管徑及排列方式，其工藝特性差異較大（見(jiàn)表）。

SRT 型爐是世界上大型乙烯裝置中應(yīng)用最多的爐型。中國(guó)的燕山石油化工公司，揚(yáng)子石油化工公司和齊魯石油化工公司的 300kt乙烯生產(chǎn)裝置均采用此種裂解爐。

超選擇性裂解爐

簡(jiǎn)稱(chēng)USC爐。它是美國(guó)斯通－韋伯斯特公司在70年代開(kāi)發(fā)的一種爐型，爐子的基本結(jié)構(gòu)與SRT爐大體相同，但反應(yīng)管由多組 W型變徑管組成（圖3），每組四根管,前兩根材質(zhì)為HK-40,后兩根為HP-40，全部離心澆鑄和內(nèi)部機(jī)械加工平整,管徑由小到大，一般為50～83mm,長(zhǎng)為10～20m。按照生產(chǎn)能力的要求，每臺(tái)爐可裝16、24或32個(gè)管組，裂解產(chǎn)物離開(kāi)反應(yīng)管后迅速進(jìn)入一種專(zhuān)用急冷鍋爐(USX),每?jī)山M反應(yīng)管配備一個(gè)急冷鍋爐。

USC爐的主要技術(shù)特性為:①采用多組小口徑管并雙面輻射加熱,爐管比表面較大，加熱均勻且熱強(qiáng)度高,從而實(shí)現(xiàn)了0.3s以下的短停留時(shí)間。②采用變徑管以降低過(guò)程的烴分壓。短的停留時(shí)間和低的烴分壓使裂解反應(yīng)具有良好的選擇性。

USC爐單臺(tái)爐子乙烯年生產(chǎn)能力可達(dá) 40kt。中國(guó)大慶石油化工總廠(chǎng)以及世界上很多石油化工廠(chǎng)都采用它來(lái)生產(chǎn)乙烯及其聯(lián)產(chǎn)品。

林德－西拉斯裂解爐

簡(jiǎn)稱(chēng)LSCC爐。 是林德公司和西拉斯公司在70年代初合作研制而成的一種爐型。爐子的基本結(jié)構(gòu)與SRT爐相似。爐膛中央吊裝構(gòu)形特殊的反應(yīng)管（圖4）,每組反應(yīng)管是由12根小口徑管（前8根組成4對(duì)平列管,后4根組成兩對(duì)平列管）以及4根中口徑管（由4根管組成兩對(duì)平列管）和一根大口徑管組成，管徑為6～15cm，管總長(zhǎng)45～60m。裂解產(chǎn)物離開(kāi)反應(yīng)管后立即進(jìn)入急冷鍋爐驟冷。

LSCC爐反應(yīng)器的特點(diǎn)是原料入口處為小口徑管雙排雙面輻射加熱，物料能迅速升溫，縮短停留時(shí)間，后繼的反應(yīng)管則為單排雙面輻射，管徑采取逐管增大方式以達(dá)到降低烴分壓的目的。物料在反應(yīng)管中的停留時(shí)間為0.2～0.4s。短停留時(shí)間和低烴分壓使裂解反應(yīng)具有較高的選擇性，乙烯產(chǎn)率高。

LSCC裂解爐在工業(yè)上得到一定的應(yīng)用，單臺(tái)爐的乙烯年產(chǎn)量可達(dá)70kt。

超短停留時(shí)間裂解爐

簡(jiǎn)稱(chēng)USRT爐，或稱(chēng)毫秒裂解爐。是美國(guó)凱洛格公司和日本出光石油化學(xué)公司在70年代末共同開(kāi)發(fā)成功的新型管式裂解爐。爐子由十多根直徑約為2.54cm,長(zhǎng)約10m的單根直管并聯(lián)組成。反應(yīng)管吊在輻射室中央，由底部燒嘴進(jìn)行雙面輻射加熱。物料由下部進(jìn)入上部離開(kāi)并迅速進(jìn)入專(zhuān)用的USX型急冷鍋爐,每?jī)筛磻?yīng)管合用一個(gè)USX，多個(gè)USX合接一個(gè)二次急冷鍋爐。裂解過(guò)程停留時(shí)間可低于100ms,從而顯著提高了反應(yīng)的選擇性。同傳統(tǒng)的管式裂解爐相比，乙烯相對(duì)收率約可提高10%，甲烷和燃料油則有所減少。

USRT爐單臺(tái)爐的乙烯年產(chǎn)量為50～60kt。此種爐首次應(yīng)用于日本出光石油化學(xué)公司所屬千葉化工廠(chǎng)的年產(chǎn)300kt乙烯的生產(chǎn)裝置上。中國(guó)蘭州石油化學(xué)公司也將采用這種裂解爐生產(chǎn)乙烯。

除了上述幾種主要爐型外，工業(yè)上曾得到應(yīng)用的還有日本三菱倒梯臺(tái)爐（采用橢圓形裂解反應(yīng)管）、法國(guó)石油研究院(IFP)的梯臺(tái)爐、美國(guó)福斯特-惠勒梯臺(tái)爐、多區(qū)爐等，但這些爐子現(xiàn)已很少為生產(chǎn)廠(chǎng)采用。