碎煤加壓氣化的工藝運行與技術改造

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

1 前言

我國是一個煤炭資源相對豐富的國家，根據“十二五”期間能源產業統計數據，煤炭能源消耗占全社會能源消耗的70%，為我國的經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”是指在社會發展過程中，不同能源類型的總體需求量上升，由此所引發的一系列能源供求失衡問題。如隨著汽車工業的發展，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”是煤化工業的重要組成部分，指的是煤炭在高溫環境下與氣化劑（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。根據國內實際生產需要，經過改進的魯奇爐裝置更加穩定、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歷了三十多年的發展，雖然技術層面已經相對成熟，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與工藝操作手段有較大的關系。導致腐蝕的主要物質是堿性金屬和鹵素，如：鋰、鈉、鉀、銣、是氟、氯、溴、碘，等等。煤炭本身所蘊含的大量雜質，在水分子的作用下容易發生電化學反應，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，所以氣化原料煤應該盡量選擇一些機械強度高的、熱穩定性強的，同時加強碎煤篩選過程，降低爐內氣體的流動速度，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，氣化爐內汽氧含量過高，甚至整個反應低于設計下限的數值，由此造成原材料浪費、煤制氣質量低下等問題。

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，下部與氣化爐法蘭相聯，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。傳統的檢修方式依賴起重機將煤鎖轉移到地面，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，即可實現現場檢修作業，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，依靠液壓驅動裝置作為動力來源，在外擺桿、傳動軸、內擺桿、閥桿等作用下，實現下閥的開關功能。由于聯動裝置的反復使用容易造成傳動軸與墊環的磨損，進而發生填料泄露等事故，影響氣化爐的穩定；改造措施是優化傳動軸外端，通過添加止推軸承，方便定位和調整橫向、縱向開槽的移動，有效減少位移。

第三，灰鎖錐閥?；益i錐閥的材質需要耐熱鋼或合金，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、高壓環境，煤炭顆粒在其中發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，但這種燃燒是揮發性的；煤炭中的有機物成分是碳氫化合物，在高壓狀態下，濃度達到一定極限（存在一定溫度），氧化作用會自動發生。但是，氣化爐內的煤制氣產生必須以燃燒形式進行，前提條件是進行點火引發。

傳統的點火方式是利用富氧空氣引發，一次點火時間長達十幾個小時，不僅浪費資源影響生產，也容易發生安全事故；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、并網操作等內容。氧氣點火環節中，要向氣化爐中實現輸入水蒸氣和純氧。

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。根據現實情況，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，操作中容易發生更危險；通過自動化裝置技術，配合監事系統，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，實現自動化操作。

其次，在控制方面，碎煤加壓氣化爐內的負荷控制一般由進入爐內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，實現整體的控制效果。但是這種方式只有在供氣穩定的狀態下才能夠實現，且比例調節單一，缺乏對實際工礦的考慮；改造的方式是采用串聯式比例調節，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值域。

4 結語

從我國能源利用形勢出發，煤化工產業具有廣闊的發展前景，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、優化和升級，將有助于提高煤化工產品的品質，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，對提高氣化爐生產效率、節能減排和可持續性發展有重要意義。

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