水煤漿加壓氣化技術(shù)存在問題探析

李小亮，郭志強(qiáng)

（神華新疆化工有限公司，新疆烏魯木齊 831404）

水煤漿加壓氣化技術(shù)存在問題探析

李小亮，郭志強(qiáng)

（神華新疆化工有限公司，新疆烏魯木齊 831404）

水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)措施的應(yīng)用，解決了煤氣化的問題，滿足水煤漿氣化的需要。針對水煤漿加壓氣化技術(shù)中存在的問題進(jìn)行研究，包括水煤漿加壓氣化出現(xiàn)的帶灰?guī)⒐艿篱y門磨損等問題，尋找解決水煤漿加壓氣化的問題的方法，促進(jìn)水煤漿加壓氣化的成果。

水煤漿；加壓氣化技術(shù)；存在的問題；研究

1 水煤漿加壓氣化技術(shù)

水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)措施，是煤氣化工藝的代表，實(shí)現(xiàn)各種原料煤的氣化，達(dá)到煤加工的技術(shù)要求。應(yīng)用氣化爐將水煤漿加入，出口達(dá)到氣化后的成分，實(shí)施純氧化工藝技術(shù)，避免水煤氣中含有過多的雜質(zhì)，才能滿足下游用戶的需要，達(dá)到產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

水煤漿加壓氣化工藝過程中，在純氧條件下進(jìn)行反應(yīng)，需要對碳的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行有效控制，也就是說最終的水煤氣的主要成分是一氧化碳和氫氣。生產(chǎn)的氣體質(zhì)量好、操作彈性、操作性能強(qiáng)、可靠程度高、氣化效率及碳轉(zhuǎn)化率高，能夠充分滿足化工原料氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對于生產(chǎn)加工工藝的三廢處理效果突出，沒有更多的廢氣、廢水和廢渣。應(yīng)用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制和管理，應(yīng)用計(jì)算機(jī)的控制，解決人的勞動(dòng)強(qiáng)度問題，達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)的目標(biāo)，適應(yīng)化工生產(chǎn)的環(huán)保要求，具有非常廣闊的發(fā)展前景。

水煤漿的加壓氣化工藝技術(shù)措施是應(yīng)用水煤漿在一定溫度的環(huán)境下，將純氧、水煤漿經(jīng)過環(huán)狀燒嘴噴入到氣化爐內(nèi)，進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，生產(chǎn)出以一氧化碳、氫氣為主的合成氣，氣化爐的反應(yīng)過程相對比較復(fù)雜，一般包括煤的裂解和揮發(fā)份的燃燒、燃燒和氣化反應(yīng)。經(jīng)過兩級(jí)燃燒反應(yīng)后，氧氣的消耗基本完成，而氣化反應(yīng)過程包括部分氧化反應(yīng)、煤的燃燒裂解反應(yīng)、二氧化碳還原反應(yīng)、碳的完全燃燒反應(yīng)、非均相水煤氣反應(yīng)、甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)、逆變換反應(yīng)及副反應(yīng)，進(jìn)行的是煤焦、甲烷等和水蒸氣、二氧化碳反應(yīng)得到一氧化碳和氫氣。

2 水煤漿加壓氣化技術(shù)存在的問題及對策

2.1 水煤漿加壓氣化技術(shù)存在的問題

在水煤氣加壓氣化工藝中，存在著許多的問題，水煤氣加壓氣化裝置通常會(huì)出現(xiàn)帶灰?guī)膯栴}，裝置中耐火磚的使用壽命短的問題，燒嘴運(yùn)行周期短的問題以及激冷環(huán)結(jié)垢的問題，管道和閥門磨損嚴(yán)重的問題。必須對這些問題加以解決，才能達(dá)到水煤漿加壓氣化的技術(shù)要求，生產(chǎn)出合格的水煤氣產(chǎn)品，滿足市場的需求。

影響水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)的因素比較多，對煤質(zhì)的要求具有較高的發(fā)熱值，規(guī)定指標(biāo)范圍內(nèi)的水分、灰熔點(diǎn)、氯離子含量及較低的灰分和顆粒直徑等，如果達(dá)不到原料煤的要求，對于水煤漿的加壓氣化產(chǎn)生不利的影響。水煤漿的濃度、粒度、黏度、流動(dòng)性、穩(wěn)定性及其它性能對氣化效率的影響比較大，氧氣和水煤漿的比例（氧煤比）也影響著加壓氣化的成果。氣化爐的爐溫控制直接影響到水煤氣的氣體組分，溫度控制不當(dāng)，水煤漿氣化不完全氧化反應(yīng)或過氧化反應(yīng)，或者有效氣組分少，都會(huì)嚴(yán)重影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。反應(yīng)壓力也會(huì)對整個(gè)加工工藝起到非常大的影響，加壓氣化增加反應(yīng)物的濃度，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，是有利的因素。加壓操作提高水煤漿的霧化質(zhì)量，降低壓縮的功率，提高設(shè)備的利用率，達(dá)到最佳的生產(chǎn)狀態(tài)。

2.2 水煤漿加壓氣化技術(shù)存在問題的解決措施

為了提高水煤漿加壓氣化的產(chǎn)品質(zhì)量，必須解決生產(chǎn)裝置存在的問題，用最少的投入，達(dá)到最佳的生產(chǎn)狀態(tài)，生產(chǎn)出合格的水煤氣產(chǎn)品，達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.1 合理解決水煤氣帶灰?guī)膯栴}

由于水煤氣帶灰?guī)唐趪?yán)重影響到水煤氣的水氣比、氣化爐液位的穩(wěn)定操作和后系統(tǒng)氣液分離效果，長期也影響變換爐氣體流通路徑、變換反應(yīng)的進(jìn)行，造成變換爐氣體偏流，變換效果不佳，以及影響低溫甲醇洗洗滌甲醇的品質(zhì)和變換氣的洗滌效果。神化新疆煤化工氣化裝置通過氣化爐激冷室、文丘里洗滌器、洗滌塔三個(gè)單元結(jié)合起來，達(dá)到先粗分離，再精分離，去除水煤氣中攜帶的灰、水分或者殘?jiān)顾簹飧忧鍧崳匣どa(chǎn)的需求。

粗水煤氣在經(jīng)過氣化爐激冷室降溫激冷之后，降低水煤氣的溫度，激冷氣化反應(yīng)產(chǎn)生的爐渣，使?fàn)t渣和水煤氣更好分離，再通過文丘里洗滌器二次洗滌、分離，實(shí)現(xiàn)水煤氣中大部分灰分的分離，提高水煤氣的純度。再將水煤氣進(jìn)入洗滌塔，通過水洗作用，去除全部的飛灰和絕大多數(shù)的機(jī)械雜質(zhì)。通過三大設(shè)備的配合，解決水煤氣帶灰、帶水及機(jī)械雜質(zhì)的作用，保證下步工序的正常運(yùn)行，不斷提高水煤氣的加工質(zhì)量。

2.2.2 鉑銠合金熱電偶的應(yīng)用

氣化爐的溫度影響著耐火磚的使用壽命，氣化爐的排渣是氣化爐安全運(yùn)行的必要條件。為了保證氣化爐處于正常運(yùn)行的狀態(tài)，必須保證氣化爐的溫度要求，對溫度的監(jiān)測是至關(guān)重要的。使用鉑銠合金材質(zhì)的熱電偶作為測溫元件，能夠及時(shí)有效地測取氣化爐的運(yùn)行真實(shí)溫度，使其達(dá)到水煤漿加壓氣化工藝的要求。

為了延長熱電偶的使用壽命，使用鉑銠合金作為熱電偶的材料，代替普通耐高溫陶瓷能夠達(dá)到長期監(jiān)測氣化爐溫度的效果。減少了氣化爐更換熱電偶的次數(shù)，降低了生產(chǎn)成本，并達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測氣化爐溫度的目的。

在氣化爐溫度不能正常指示爐內(nèi)溫度的同時(shí)，也可根據(jù)粗水煤氣組分在線分析儀測得的甲烷和二氧化碳含量，結(jié)合煤漿灰熔點(diǎn)分析，綜合判斷爐溫。促進(jìn)水煤漿加壓氣化工藝的正常運(yùn)行，達(dá)到生產(chǎn)質(zhì)量目標(biāo)。

2.2.3 選擇耐磨的材料，延長燒嘴的使用壽命

氣化爐噴嘴的形式采用同心三套管形式，使用英特奈爾625材質(zhì)，中心氧、水煤漿及外環(huán)氧為縮口設(shè)計(jì)，用于滿足自身介質(zhì)的流量要求，在供應(yīng)壓力允許的前提下，提高氧氣與水煤漿的混合和霧化效果，提高利用率，通過燒嘴將氧氣均勻地噴入水煤漿體系，加速水煤漿的氣化和氧化過程，使化學(xué)反應(yīng)迅速，得到最佳的生產(chǎn)效率。為了延長燒嘴和管線的使用壽命，在工藝設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)選耐磨的材料，設(shè)計(jì)燒嘴冷卻水盤管對燒嘴處于氣化爐內(nèi)高溫工藝氣體中的本體部分進(jìn)行保護(hù)，延長氣化爐燒嘴的使用壽命，使其滿足水煤漿氣化生產(chǎn)工藝的技術(shù)要求。

水煤漿在霧化過程中，直接沖擊燒嘴，對燒嘴產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，造成極大的金屬疲勞，燒嘴很容易損壞，而影響到正常的加壓氣化工藝。可以將水煤漿和氧氣進(jìn)行預(yù)混處理，應(yīng)用耐磨的材料制造燒嘴，都可以解決燒嘴磨損的問題，而對于爐管的損壞，可考慮使用耐高溫陶瓷作為中心管或在燒嘴內(nèi)部噴涂高強(qiáng)度抗物力腐蝕的合金鋼等提高強(qiáng)度的材料制造爐管，延長爐管的使用壽命，在考慮燒嘴自身材質(zhì)的同時(shí)，應(yīng)注重?zé)釠_擊、化學(xué)沖擊及應(yīng)力對燒嘴使用壽命的影響，才能保證水煤漿加壓氣化的正常進(jìn)行。

2.2.4 采用合理的設(shè)計(jì)，降低管道和閥門的磨損

在閃蒸系統(tǒng)中，由于氣化爐、洗滌塔底部產(chǎn)生的黑水存在大量細(xì)小的煤碳?xì)堅(jiān)瘸煞郑瑫?huì)加劇對管道和閥門的磨損（包括黑水系統(tǒng)角閥壓差大、壓降高，黑水流動(dòng)過程中對管道造成的沖刷、磨損，工藝系統(tǒng)彎頭處或進(jìn)閃蒸系統(tǒng)處的彎頭造成的沖刷、磨損），高壓黑水減壓送至閃蒸系統(tǒng)后對管道造成磨損后繼而造成相關(guān)管線的泄漏，引起生產(chǎn)工藝的壓力下降，浪費(fèi)了系統(tǒng)的能量，使生產(chǎn)工藝受到嚴(yán)重的影響。由于閥門的閥芯磨損嚴(yán)重，閥門會(huì)關(guān)不嚴(yán)，引起工藝參數(shù)的變化，增加生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)難度，倒流程時(shí)效果不佳。因此需要加強(qiáng)水質(zhì)的管理，避免黑水的沖刷影響到閥門和管道的使用壽命。優(yōu)選閥門結(jié)構(gòu)，使用耐磨金屬管道及的閥芯代替陶瓷閥芯，降低磨損引起的故障，保證閥門的正常導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，完善流程的切換，達(dá)到水煤氣加壓氣化的工藝流程的要求。

2.2.5 使用新型的耐火磚，提高耐火磚的使用壽命

在氣化爐中使用耐火磚進(jìn)行封隔，包括：向火面磚、隔熱磚及背襯磚。由于氣化爐的操作溫度比較高，加上生產(chǎn)負(fù)荷的頻繁調(diào)整、波動(dòng)，煤質(zhì)波動(dòng)較大或者耐火磚砌筑質(zhì)量不佳時(shí)，都會(huì)造成耐火磚的使用壽命相對比較短，需要及時(shí)進(jìn)行更換，而影響到水煤漿加壓氣化的正常進(jìn)行。由于生產(chǎn)過程中，氣化爐內(nèi)反應(yīng)過后的熔融態(tài)爐渣會(huì)沿著耐火磚的表面向下流動(dòng)，對耐火磚產(chǎn)生一定的腐蝕，降低耐火磚的強(qiáng)度，經(jīng)過一定時(shí)期的生產(chǎn)后，會(huì)逐漸失去隔熱的作用。如果氣化爐內(nèi)的溫度變化比較頻繁，而且相差比較懸殊的情況下，會(huì)造成耐火磚的熱脹冷縮，進(jìn)而造成脫落，目前絕大多數(shù)氣化爐均使用鉻、鎬、鋁材質(zhì)的，按照不同元素比例進(jìn)行摻配的耐火磚進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)，因此要保證氣化爐穩(wěn)定、安全、長周期的運(yùn)行就必須優(yōu)選新型的高效耐火磚，才能提高耐火磚的使用壽命，保證水煤漿氣化工藝的正常進(jìn)行。

2.2.6 對激冷環(huán)結(jié)垢堵塞問題的處理

在水煤漿加壓氣化工藝中，為了解決激冷環(huán)的結(jié)垢堵塞等問題，對垢的成分進(jìn)行分析，除了優(yōu)選化學(xué)分散劑以外，還應(yīng)考慮激冷水的水質(zhì)、含固量等，在激冷環(huán)前端安裝過濾器，將更大顆粒直徑的灰垢除去，并定期進(jìn)行激冷水過濾器的切換，及時(shí)清理解除系統(tǒng)解除的過濾器濾網(wǎng)，備用條件，達(dá)到保護(hù)激冷環(huán)暢通，防止結(jié)垢堵塞等現(xiàn)象，滿足工藝的基本要求。

同時(shí)可以優(yōu)化設(shè)計(jì)激冷環(huán)的布水孔，使冷卻水均勻分布，降低水流的阻力，提高冷卻水的運(yùn)行速度，減少結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生。可以簡化激冷流程，減少黑水的侵入，應(yīng)用一級(jí)或者二級(jí)的冷凝液，達(dá)到最佳的冷卻效果。如果出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，應(yīng)利用停車的時(shí)間，進(jìn)行激冷環(huán)的清垢處理，處理后，延長激冷環(huán)的使用壽命，避免發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象造成激冷環(huán)、下降管的損壞。

3 結(jié)束語

通過對水煤漿加壓氣化技術(shù)存在問題的研究，解決水煤漿加壓氣化的問題，促進(jìn)水煤漿的生產(chǎn)，提高煤田的生產(chǎn)效率。水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)對于煤質(zhì)的適應(yīng)性比較廣，生產(chǎn)裝置能夠長周期的運(yùn)行，達(dá)到生產(chǎn)的要求。氣化爐具有耐火磚的襯里，需要對耐火磚進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，就能夠延長氣化爐的使用壽命。優(yōu)選各種高強(qiáng)度的閥門和管線，能夠適應(yīng)水煤漿加壓氣化的技術(shù)要求，預(yù)防出現(xiàn)閥門和管線磨損的問題。

[1] 劉遠(yuǎn)園，馬少龍，秦敏建.德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)存在問題探析[J].化工管理，2016，（21）.

Analysis on Problems Existing in Pressurized Gasification Technology of Coal Water Slurry

Li Xiao-liang，Guo Zhi-jiang

The application of coal-water slurry pressurized gasification technology measures to solve the problem of coal gasif i cation to meet the needs of coal-water slurry gasif i cation.The problems existing in the pressurized gasif i cation technology of coal water slurry are studied，including the problems such as the wear of the gray belt and the wear of the pipeline valve.To fi nd a solution to the problem of pressurized gasif i cation of coal water slurry，and to promote the results of pressurized gasif i cation of coal water slurry.

coal-water slurry；pressurized gasif i cation technology；existing problem；research

TQ546

：B

：1003–6490（2017）04–0064–02

2017–03–28

李小亮（1987—），男，新疆烏魯木齊人，助理工程師，主要從事生產(chǎn)調(diào)度工作。