GSP氣化技術運行改造

摘 要：文章主要介紹了GSP氣化技術在工業應用中出現的問題，并針對這些制約長周期運行技術的瓶頸，通過優化GSP氣化技術，實現氣化爐的長周期、滿負荷、安全穩定運行。

關鍵詞：GSP；氣化；停車；優化；研究

神華寧夏煤業集團于2005年引進單臺日耗煤2000噸單噴嘴干煤粉氣化技術（GSP干煤粉氣化技術）作為年產50萬噸煤基聚丙烯項目的合成氣生產技術。氣化爐采用4開1備，單臺氣化爐粗煤氣產量130，000Nm3/hr（CO+H2），煤氣總產量52，000Nm3/hr（CO+H2）。2010年11月04日成功投料試車，針對試車運行暴露的問題進行了大規模的技術改造，優化了技術工藝，解決了制約穩定運行的瓶頸問題，實現世界首套大規模工業示范單噴嘴干煤粉氣化裝置滿負荷穩定運行。

1 氣化裝置試車情況

作為世界首套大規模工業化應用的GSP粉煤氣化技術，在試車階段遇到了一系列問題，由于GSP干粉煤氣化沒有大規模運行經驗可供借鑒，對于遇到的一些問題，經分析研究后，還要靠實踐去驗證是否正確。2010年11月4日GSP干煤粉氣化裝置投料試車成功，但是僅運行17分鐘；之后多次出現煤粉輸送不穩定、煤粉鎖斗下料不暢、水冷壁掛渣不好等問題，氣化爐無法穩定運行。

2 試車過程中出現的主要問題及改造

2.1 密相輸送系統出現的問題及改造優化

原設計煤粉輸送完全依靠發料罐和氣化爐間的壓差實現控制，即開車時通過逐漸提高發料罐和氣化爐間的壓差來增加煤粉輸送量。但影響此壓差改變的因素很多：a、發料罐壓力的改變。發料罐在升壓后，其壓力由補氣和排氣系統控制兩組共四個閥門進行分程控制，另外四個煤鎖斗下料，疏松氣體控制閥、流化氣體控制閥等控制氣路氣體的改變也會影響發料罐的壓力。b、氣化爐在開車升壓過程中，壓力是受兩個調節閥控制的，在實際生產中，由于閥門的延后性，也很難控制氣化爐壓力恒定為設定的壓力，相反，有時氣化爐還會出現大的壓力波動。由上知，影響此壓差的因素太多，所涉及閥門就多達十幾個，所以很難通過壓差的改變實現煤粉穩定輸送。在開車過程中煤粉輸送系統出現的問題較多，如料位指示失真、鎖斗進料程序混亂、鎖斗下料不暢、煤粉的返料系統堵塞等，其中最主要的問題是煤粉輸送流量不穩定，尤其是在開車階段，很難保持穩定的煤粉輸送量。

在此情況下，將給料器和氣化爐壓差控制在0.6MPa，增加煤粉流量控制閥，通過煤粉流量控制閥的調節來實現提升負荷的目的；另外，為實現無擾動投料，通過增設回流管線，先將煤粉流量穩定后再進行投料工作。

（1）增加流量控制閥

在每條煤粉輸送管線出發料罐附近增設流量控制閥，此安裝位置是為了避免對質量流量計的檢測造成影響。為避免流量調節閥被煤粉堵塞，此閥上還設置吹掃氣體。煤粉輸送量是通過管道上的密度計和速度計測量得知。由密度計和速度計算出的質量流量傳送至流量調節閥，作為流量調節閥調控煤粉質量的信號。

當氣化爐內的壓力升高到一定值時，且其它工藝條件也滿足主燒嘴投料時，控制進料倉和氣化爐間的壓差恒定不變，通過調節流量調節閥的開度實現輸送煤粉質量的調控。

（2）增加三通閥和煤粉循環管線

在煤粉從發料罐至氣化燒嘴的輸送管線上設置三通閥，在三通閥處加設煤粉循環管線，煤粉循環管線與煤倉相連，在煤粉循環管線上安裝減壓裝置在減壓裝置前連接注入氣體管線，以建立背壓。改造后的流程見圖2.1。改造后的密相輸送系統開車時，先對煤粉的進料倉充壓到一定的壓力，保持恒定。通過注入氣體管線建立背壓，以模擬氣化爐壓力。注入氣體管線的閥門是通過煤粉管線與氣化爐之間的壓差來調節。主燒嘴投料前，煤粉通過三通閥調節輸送至煤倉，檢查流量調節閥、計量儀表工作狀況，檢查煤粉輸送性質是否良好，當煤粉管線循環量穩定在8t/h，密度穩定在280-350kg/m3，可認為循環建立成功。

2.2 水冷壁超溫問題及改造

GSP干煤粉氣化爐水冷壁是由液體熔渣、固體熔渣、屏蔽、填充物、冷卻盤管組成。其主要作用是實現“以渣抗渣”，氣化過程中，反應室的溫度比較高，產生的熔渣被燒嘴以小渣滴的形式甩至水冷壁，然后在水冷壁上形成一個固化的熔渣層。該固化的熔渣層厚度取決于反應室內的火焰溫度和熔渣溫度。氣化爐采用水冷壁結構，無耐火磚，預計水冷壁使用壽命25年。

GSP氣化爐主燒嘴氧氣和煤粉是按一定角度旋流噴入氣化室的，氧氣旋流角度直接影響著氣化室的流場及溫度分布，如果氧氣旋流角度過大，則混合區和高溫區集中在氣化爐上部，回流區受限，導致氣化反應室上部掛渣困難；若角度太小，則混合區下移，煤粉彌散不充分，在氣化爐內停留時間變短，導致碳磚化率降低，所以選擇適宜的氧氣旋流角度非常重要。由于GSP氣化裝置首次工業應用，缺乏一定的技術和經驗，在選擇氧氣旋流角度方面，沒有明確的定論；操作方面特別是煤粉給料先后次序及投氧量的控制上需要自己不斷摸索，而且水冷壁碳化硅涂層還存在一定質量問題。經多次試車后，發現3#氣化爐水冷壁掛渣不理想，氣化爐上錐段水冷壁局部燒穿。

分析主要原因：①氧氣旋流角度過大；②投料時，開車氣LPG流量過大，主燒嘴三根煤未同時投料，主燒嘴出口煤粉分布不均勻，部分區域過氧，導致氣化爐內部分區超溫；③運行時三根煤粉管線間的流量波動較大，主燒嘴出口顆粒相彌散不充分，偏燒，水冷壁外部SiC燒熔，導致水冷壁燒穿。

經整改決定：①在原有設計基礎上對氧氣旋流罩角度進行調整，減小氧氣旋流罩的角度。在氧氣旋流罩旋流角度減小后，氣化爐的火焰變長，回流區下移并變小，使得氣化爐高溫區向中心軸收縮；②優化投料順序，即投煤時三根煤粉線低負荷同時投，投煤量控制在36t/h，閥門初始開度27%，提負荷時，堅持少量多次，每次不易超過1t/次。保障三根煤粉流量一致，各煤粉管線流量差加連鎖，且盡可能降低LPG的流量及通入時間，防止過氧；③加大水冷壁循環水的流量，調低水冷壁溫差連鎖值，保護水冷壁。

為了確保水冷壁完好，定期開爐檢測水冷壁掛渣情況，待掛渣完全理想后，連續運行送氣至變換。優化后主燒嘴投料運行20小時后，開爐對水冷壁掛渣效果進行檢查，初步判斷掛渣較為理想，解決了氣化爐水冷壁超溫的問題。

3 結束語

GSP氣化技術大規模裝置出現頻繁停車現象，制約著GSP氣化技術長周期運行的問題。通過不斷優化氣化技術，完善相關工藝技術理論，解決了影響長周期運行的瓶頸問題，實現了GSP干煤粉氣化裝置的運行成功，目前最長單爐運行時間達到66天，標志著潔凈煤氣化技術在國內又多了一條技術路線，使國內煤氣化技術更具全面，選擇性更多，對促進我國煤炭資源的開發利用，發展煤化工、使石油化工與煤化工的產品相互補充，具有重大的戰略意義和現實意義。

參考文獻

[1]催意華，袁善錄.GSP加壓氣流床氣化技術工藝分析[J].煤炭轉化，2008，31（1）：93-96.

[2]GSPTM煤氣化技術的應用[J].化肥工業，2006，33（3）：5-9.

作者簡介：姜永（1981，1-），男，寧夏中寧，江蘇工業學院化學工程與工藝，助理工程師，現從事煤氣化技術管理工作。