碎煤加壓氣化的工藝運行與技術改造

杜阮（內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

1 前言

我國是一個煤炭資源相對豐富的國家，根據(jù)“十二五”期間能源產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，煤炭能源消耗占全社會能源消耗的70%，為我國的經(jīng)濟建設做出了重要貢獻。

相對而言，我國的石油和天然氣資源明顯不足，長期單一的煤炭資源應用模式，無法滿足社會日益強烈的能源多樣性需求，必須尋求新的途徑。而所謂“能源多樣性需求”是指在社會發(fā)展過程中，不同能源類型的總體需求量上升，由此所引發(fā)的一系列能源供求失衡問題。如隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，石油燃料的需求日益旺盛，而隨著我國城市化進程的加快，天然氣資源的需求不斷提高。

“煤氣化”是煤化工業(yè)的重要組成部分，指的是煤炭在高溫環(huán)境下與氣化劑（空氣、水蒸氣等）反應生成煤氣的過程；從煤炭到煤氣的轉(zhuǎn)變，就完成了能源形式變化的目的。而“碎煤加壓氣化工藝”顧名思義，是指原煤經(jīng)過粉碎之后（最大粒度50毫米）通過一系列的高壓、高溫、化合反應，生成所需要的煤化氣資源。

以魯奇爐為例，從工藝流程角度來說，碎煤加壓氣化首先要進行煤粒篩選程序，符合碎煤標準的物料通過魯奇爐頂部的閘斗倉進入加壓氣化爐；這一過程中需要加入氣化劑、催化劑和結渣劑等，碎煤在氣流的作用下在氣化爐中不斷運動，最終被干燥并脫除揮發(fā)分、進一步氣化。

魯奇爐是典型的固定床加壓氣化爐，從上世紀80年代引入我國之后，在碎煤加壓氣化工藝的應用方面取得了較大的成就。根據(jù)國內(nèi)實際生產(chǎn)需要，經(jīng)過改進的魯奇爐裝置更加穩(wěn)定、高效。以下碎煤加壓氣化工藝的分析均以魯奇爐作為參考。

2 碎煤加壓氣化工藝運行問題分析

碎煤加壓氣化工藝在我國經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展，雖然技術層面已經(jīng)相對成熟，但依然存在一些無法徹底根除的問題。這些問題有的是工藝設計固有缺陷造成的，也有設備和原料原因造成的，針對這些問題進行分析，結合魯奇爐的特點尋求工藝技術改造策略。

2.1 氣化爐爐壁腐蝕

在碎煤加壓氣化工藝的運行過程中，氣化爐爐壁腐蝕是常見的問題，這主要和我國的煤炭品質(zhì)與工藝操作手段有較大的關系。導致腐蝕的主要物質(zhì)是堿性金屬和鹵素，如：鋰、鈉、鉀、銣、是氟、氯、溴、碘，等等。煤炭本身所蘊含的大量雜質(zhì)，在水分子的作用下容易發(fā)生電化學反應，加上碎煤顆粒的磨蝕和各種腐蝕性細菌作用。

2.2 氣化灰層建立難度大

氣化灰層的作用是保護爐箅，控制爐箅上方灰層高度為150mm左右，但由于氣化原料煤灰分低、刮刀數(shù)量多等原因，氣化灰層建立十分困難。

2.3 粗煤氣帶出物過多

由于氣化原料煤的機械強度較低、熱穩(wěn)定性差、入爐過程中攜帶煤粉過多等原因，粗煤氣帶出物過多會堵塞后系統(tǒng)，所以氣化原料煤應該盡量選擇一些機械強度高的、熱穩(wěn)定性強的，同時加強碎煤篩選過程，降低爐內(nèi)氣體的流動速度，由此可以減少帶出物。

2.4 粗煤氣中有效成分少

粗煤氣中一氧化碳含量過低，氣化爐內(nèi)汽氧含量過高，甚至整個反應低于設計下限的數(shù)值，由此造成原材料浪費、煤制氣質(zhì)量低下等問題。

3 碎煤加壓氣化工藝技術改造策略

3.1 煤鎖改造

魯奇氣化爐上部的煤鎖功能是將煤倉內(nèi)的物料間歇式加入氣化爐，是一種典型的壓力容器，正常情況下的壓力承受上限是4MPa。煤鎖上部與煤倉相聯(lián)，下部與氣化爐法蘭相聯(lián)，類似于碎煤緩沖裝置；煤鎖下部設置有下閥口，也是氣化爐裝置的重要組成部分；煤鎖改造包括三個部分，分別是煤鎖檢修方式改造、煤鎖下閥傳動軸改造和灰鎖錐閥改造。

第一，煤鎖檢修方式改造。傳統(tǒng)的檢修方式依賴起重機將煤鎖轉(zhuǎn)移到地面，檢修不僅消耗大量的人工和時間，同時也容易造成安全事故。經(jīng)過改造的煤鎖檢修方式是，在設備兩側的支耳處應用千斤頂，懸空煤鎖設備之后利用支撐梁作為滑道；檢查的過程中將滑道上移動煤鎖，即可實現(xiàn)現(xiàn)場檢修作業(yè)，減少人力物力和時間成本的消耗。

第二，煤鎖下閥傳動軸改造。下閥傳動軸是煤鎖下閥的重要組成部分，依靠液壓驅(qū)動裝置作為動力來源，在外擺桿、傳動軸、內(nèi)擺桿、閥桿等作用下，實現(xiàn)下閥的開關功能。由于聯(lián)動裝置的反復使用容易造成傳動軸與墊環(huán)的磨損，進而發(fā)生填料泄露等事故，影響氣化爐的穩(wěn)定；改造措施是優(yōu)化傳動軸外端，通過添加止推軸承，方便定位和調(diào)整橫向、縱向開槽的移動，有效減少位移。

第三，灰鎖錐閥。灰鎖錐閥的材質(zhì)需要耐熱鋼或合金，改造方向是減小碳化鎢晶體，提高碳化鎢圈中鈷元素的含量，有效降低了硬度，提高了韌性。同時，需要確保導向筒的對中性。

3.2 點火方式改造

碎煤加壓氣化爐是一個高溫、高壓環(huán)境，煤炭顆粒在其中發(fā)生一系列的物理和化學變化，從化學原理上分析，主要是碳、氧、水蒸氣等之間的反應；煤炭的燃燒即碳元素的燃燒，但這種燃燒是揮發(fā)性的；煤炭中的有機物成分是碳氫化合物，在高壓狀態(tài)下，濃度達到一定極限（存在一定溫度），氧化作用會自動發(fā)生。但是，氣化爐內(nèi)的煤制氣產(chǎn)生必須以燃燒形式進行，前提條件是進行點火引發(fā)。

傳統(tǒng)的點火方式是利用富氧空氣引發(fā)，一次點火時間長達十幾個小時，不僅浪費資源影響生產(chǎn)，也容易發(fā)生安全事故；故此，點火方式的改造升級是十分有意義的。

改造優(yōu)化的點火方式主要以氧氣為氣化劑，其步驟包括氣化爐預熱、氧氣點火、氣化爐升壓升溫、并網(wǎng)操作等內(nèi)容。氧氣點火環(huán)節(jié)中，要向氣化爐中實現(xiàn)輸入水蒸氣和純氧。

3.3 操作控制方式改造

首先，在操作方面，以魯奇爐為基礎的研究中，碎煤加壓氣化工藝中煤炭添加、排灰等過程都是間歇性的操作，需要通過煤鎖閥門來實現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)實情況，不可能專門派人值守這一崗位，而每次定期攀登進行泄壓十分繁瑣，操作中容易發(fā)生更危險；通過自動化裝置技術，配合監(jiān)事系統(tǒng)，將以往的手動泄壓方式改為遠程自動控制方式。在中心控制室中可以完成加煤、排灰等工作；此外，針對碎煤加壓氣化爐的手動注油方式，也可以借鑒遠程泄壓方式，實現(xiàn)自動化操作。

其次，在控制方面，碎煤加壓氣化爐內(nèi)的負荷控制一般由進入爐內(nèi)參與反應的物料來決定，參考因素是氣化量的比例；改變氣化量的比例，也就改變了氣化爐的符合，實現(xiàn)整體的控制效果。但是這種方式只有在供氣穩(wěn)定的狀態(tài)下才能夠?qū)崿F(xiàn)，且比例調(diào)節(jié)單一，缺乏對實際工礦的考慮；改造的方式是采用串聯(lián)式比例調(diào)節(jié)，將出口溫度、灰鎖溫度、氣化爐壓力（實時）等歸納到一個框架中來，借助儀表設定的方式，制定一個合理的控制數(shù)值域。

4 結語

從我國能源利用形勢出發(fā)，煤化工產(chǎn)業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景，相對應地在煤制氣應用方面，碎煤加壓氣化工藝的不斷改造、優(yōu)化和升級，將有助于提高煤化工產(chǎn)品的品質(zhì)，以及滿足能源多樣性的需求。文中作者從煤鎖裝置、點火方式、生產(chǎn)能力等方面提出了改造建議，還有其他方面的問題存在，亟待尋求更優(yōu)秀的技術要點指導；總體而言，以魯奇爐為基礎的碎煤加壓氣化工藝技術改進，對提高氣化爐生產(chǎn)效率、節(jié)能減排和可持續(xù)性發(fā)展有重要意義。

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