德士古煤氣化技術激冷室帶水問題研究

高志娟　王建業

（中天合創能源有限責任公司，內蒙古　鄂爾多斯　017000）

德士古煤氣化技術激冷室帶水問題研究

高志娟王建業

（中天合創能源有限責任公司，內蒙古鄂爾多斯017000）

德士古煤氣化技術在國內有成熟的經驗，在實際的生產和運行過程中，若出現激冷室帶水問題，就會影響裝置的穩定運行。基于此，介紹德士古水煤漿加壓氣化工藝的流程，將生產過程中普遍遇到的激冷室帶水問題的現象、危害、原因和解決措施進行全面的分析。

水煤漿氣化；激冷室；帶水

德士古煤氣化技術在國內有成熟的經驗，我國使用該技術的廠家有魯南化肥廠、上海焦化廠、陜西渭河化肥廠、安徽淮南化工廠、黑龍江浩良河化肥廠、金陵石化公司、中石化南京化學工業公司和神華包頭煤化工有限公司等［1］。在實際的生產及運行過程中，若出現激冷室帶水問題，就會影響裝置的穩定運行。

1　流程介紹

德士古氣化工藝流程包括水煤漿制備、氣化、合成氣洗滌、渣水處理和燒嘴冷卻水等系統。下面著重介紹與激冷室帶水問題密切相關的氣化爐系統和合成氣洗滌系統。

合格的水煤漿和氧氣在一定的壓力和溫度條件下，在氣化爐燃燒室里進行氣化反應，生成主要成分為氫氣和一氧化碳粗合成氣。粗合成氣及部分熔渣由上而下經過激冷環和下降管（均布激冷水）進入激冷室水浴。

大部分的融渣經冷卻固化后，落入激冷室底部，經過鎖斗周期性排入渣池，最后由撈渣機將渣撈出后裝車外運。

粗合成氣被冷卻后沿著下降管和上升管之間的環隙均勻鼓泡上升，并經上部擋板折流后，送往文丘里洗滌器。

1.2合成氣洗滌系統

合成氣沿下降管進入塔底部的水浴中，向上穿過水層，大部分固體顆粒與合成氣分離，沉降到塔底部。合成氣穿過4塊塔板，由變換冷凝液噴淋，洗去剩余的固體顆粒，在洗滌塔頂部經過一個折流式除沫器，除去合成氣中的霧沫后出洗滌塔，控制水氣比在1.4～1.6，送至下游變換工序。

2　激冷室帶水問題分析

氣化爐激冷室帶水是指在氣化爐操作異常時，粗合成氣氣流夾帶水團，進入洗滌塔，液態水攜帶的灰渣量增加，即加入的激冷水遠大于合成氣飽和水蒸氣帶出和排出黑水的總量。

2.1激冷室帶水現象與危害

2.1.1帶水現象。①激冷室水浴的水被粗合成氣夾帶走，水浴平衡被破壞，氣化爐液位降低，底部黑水排放量減少，黑水管線溫度降低，不能維持正常的氣化爐操作。②洗滌塔液位上升，向塔內補水的高壓灰水量自動減少，水系統失去平衡。③氣化爐出口工藝氣溫度有波動。

2.1.2帶水危害。激冷室帶水的問題對氣化系統穩定運行的危害很大，嚴重影響正常的工業生產。主要的危害表現在以下幾個方面：①激冷室帶水造成洗滌塔液位增高，會威脅到后工段的變換系統的正常運行；②氣化爐帶水造成系統波動，常常迫使裝置減負荷運行，嚴重影響正常的工業生產，帶水嚴重時氣化爐液位持續下降，會迫使系統停車，帶來經濟損失；③洗滌塔的水質固含量增加，為激冷環供水的水質惡化，影響激冷環的壽命；④由于系統水循環失去平衡，黑水中灰渣顆粒的分離過程有所變化，灰水處理系統的固含量將會增加。一方面，導致返回系統的灰水水質進一步惡化；另一方面，將加劇管道和設備的結垢、磨損和堵塞問題。

其實，這只是里根演說前測試麥克風時的一句玩笑話。不過，當這段言論傳至蘇聯后，蘇聯不僅發表公開聲明譴責里根，還一度向特種部隊司令部命令“進入戰斗狀態”，美蘇險由此引發戰爭。

2.2激冷室帶水過程分析

高溫的粗合成氣夾帶液態熔渣向下進入激冷室，進行降溫、除塵并獲得飽和蒸汽。激冷水泵從洗滌塔底部把激冷水送入激冷環，經小孔噴射，在下降管的表面形成水膜向下流動，與粗合成氣和熔融灰渣之間快速進行傳熱傳質過程。高溫合成氣將熱量通過對流和輻射傳熱傳遞給水膜，高溫合成氣的溫度迅速降低并增濕，激冷水膜的溫度迅速升高，并有部分激冷水汽化，以飽和蒸汽的形式進入合成氣主流。合成氣、水蒸氣和熔融灰渣繼續沿下降管向下進入激冷水中繼續降溫，進行氣、液、固三相間復雜且迅速的傳熱傳質和流動過程。

高溫合成氣經過下降管末端的鋸齒型出口后，流動方向急劇改變，并被分割成許多細小的分支后在激冷室的水中鼓泡上升，向上穿過水層，最終逸出水面。合成氣的氣泡在激冷室的水中除受到水體浮力的作用外，還有部分壓力勢能可以轉化為動能，雖然水體中氣泡的能量轉化過程比較復雜，但可知氣泡在穿越水體的過程中具有的能量比較大，在其逸出激冷室水面的過程中會夾帶一些液體。氣體夾帶著一些液滴上升到上升管的頂部后，受到折流擋板的作用，先向下折流，然后再向上回升，最終到達合成氣出口。

合成氣所夾帶液滴的運動形式有3種：①一部分液滴在上升過程中需要克服阻力和重力，逐漸又落到激冷室；②一部分液滴在與激冷室內壁、折流擋板等碰撞后，與合成氣分離落回激冷室；③氣速與液團速度之和大于液團的沉降速度，部分夾帶水最終隨著合成氣被帶出激冷室［2］。

綜上所述，原因主要有2個：①激冷室內的熱負荷較高，傳熱過程由泡核沸騰（高效）轉變為膜狀沸騰（低效）［3］，合成氣與激冷水之間的換熱過程中產生的氣泡較多；②合成氣的流動速度比較大，在氣體逸出水面時夾帶液滴。具體的影響因素有以下3個方面。一是負荷過高。如因生產需要，氣化爐高負荷運行，產生的氣量增大，但氣流通過的下降管與上升管之間的環隙未改變，使得氣速增加，導致氣化爐帶水。二是激冷室液位維持太高。如果激冷室的液位維持較高水平時，氣體穿過激冷室水浴所需要的有效行程將會增加，減小了激冷室上部的氣液分離空間，不利于緩解帶水問題。三是激冷室溫度高。爐溫的高低是進行氣化反應的一個很重要指標。雖然維持較高的爐溫對碳轉化率等是有好處的，但是維持較高爐溫時，氣化爐激冷室內的黑水就會大量蒸發，引起激冷室帶水。根據運行經驗，爐溫控制在高于灰熔點50～100℃即可。

2.3預防與解決措施

在激冷室設計與安裝時，應注意以下幾個方面：①隨著壓力與投煤量的增加，應加長激冷室尺寸，增大激冷室容積［4］，以保證激冷室內傳熱面積和氣液的分離空間，適當增大上升管的直徑，相當于增加了粗合氣與液滴的分離空間，可以有效地減少帶水；②下降管底部的鋸齒形設置，作用是為了平穩氣流，使氣流分布均勻，因此可增加鋸齒數量，從而起到防止帶水的作用；③嚴格控制上升管與下降管之間的同心度、垂直度，安裝時要保證質量。

在設計已定型的情況下，在工藝操作上可采用以下幾個方法：①控制水質，可適當加大氣化爐黑水排放量，破壞氣化爐帶水條件的形成，用脫鹽水對水質進行置換，如為了控制液位而一味降低黑水排放，反而加重激冷室的帶水；②若激冷室內熱負荷較大，應控制好系統熱平衡，加大進入激冷室內的激冷水流量，同時也要加大氣化爐黑水的排水量，便可盡快地將激冷室內過多的熱量帶走。

3　結語

德士古水煤漿加壓氣化技術具有諸多優點，在能源綜合利用、節能和環保方面能起到相當重要的作用。雖然在運行過程中不可避免會出現一些如激冷室帶水等問題，但只要采取得當的措施，即可安穩、長周期運行。

［1］高麗.德士古水煤漿加壓氣化技術的應用［J］.煤炭技術，2010（7）：161-162.

［2］丁振偉，王偉.德士古煤氣化合成氣帶水問題的分析與探討［J］.化肥工業，2003（3）：52-54.

［3］安曉熙，曹月梅.Texaco煤氣化爐帶水問題的分析與探討［J］.當代化工，2012（8）：850-855.

［4］國蓉，程光旭，王毅，等.Texaco煤氣化裝置長周期運行影響因素分析［J］.現代化工，2014（1）：49-52.

Analysis on Entraining Water Problem in Quench Chamber of Texaco Coal Gasification Technology

Gao ZhijuanWang Jianye
（Zhongtian Hechuang Energy Co.Ltd.，Ordos Inner Mongolia 017000）

Texaco coal gasification technology in China has mature experience，in the actual production and operation process，if the quench chamber with water problems，it will affect the unit stable operation.Based on this，Texaco coal water slurry gasification process was introduced，the phenomenon，harm，cause and solution of the water problem in the chilled water chamber which is commonly encountered in the production process were analyzed.

coal-water slurry gasification；quench chamber；entraining water

TQ546

A

1003-5168（2016）06-0140-02

2016-05-09

高志娟（1988-），女，碩士，助理工程師，研究方向：煤制烯烴項目發展。