對煤氣化閃蒸系統熱交換效率提高的研究

＊馮明艾 李建華 李慶春 吳國云 孟慶奎 李彥強

（山東能源淄礦集團內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司 內蒙古 017313）

對煤氣化閃蒸系統熱交換效率提高的研究

＊馮明艾 李建華 李慶春 吳國云 孟慶奎 李彥強

（山東能源淄礦集團內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司 內蒙古 017313）

本文通過對實際生產中，氣化工段閃蒸汽在冷卻后溫度依舊偏高的問題進行原因分析，找出了導致問題出現的原因及設備，并對設備做了相應的優化改造，從而解決了相關問題。

煤氣化；閃蒸；換熱器；堵塞

1.煤氣化工藝

煤氣化系統是我公司煤制甲醇的核心，采用國內自主研發的兩段式干煤粉加壓氣化爐（氣流床）煤氣化工藝。

煤氣化是煤粉、氧氣在加壓條件下并流進入氣化爐內，在極為短暫的時間內完成升溫、揮發分脫除、裂解、燃燒及轉化等一系列物理和化學過程，產生以H2和CO為主的合成氣。煤氣化工藝采用干煤粉加壓進料方式，純氧作為氣化劑，反應溫度為1400℃～1600℃，壓力4．0MPa，碳轉化率高達98%以上，氧耗低，冷煤氣效率高，液態排渣，產品氣體潔凈。

本煤氣化裝置由磨煤與干燥單元、煤粉加壓輸送單元、煤粉氣化單元、除渣單元、濕洗單元、灰水處理單元及公用工程單元組成，其中在灰水處理單元內實現氣液分離和除去閃蒸汽中的酸性氣體等。

2.灰水處理單元

(1)灰水處理的現狀

在灰水處理單元中，除渣單元、濕洗單元及其它裝置送來的廢水，首先進入中壓閃蒸罐，閃蒸后灰水經底部管道進入真空閃蒸罐進行二次閃蒸，氣體則從閃蒸罐頂部出來。

中壓閃蒸罐閃蒸出的氣體經過中壓閃蒸冷凝器和中壓閃蒸水冷器與循環冷卻水進行熱交換后，閃蒸汽溫度降至90℃左右。換熱后氣體由于降溫形成的冷凝液進入中閃氣液分離罐分離，酸性氣體送往火炬，冷凝液去循環水罐二次利用。

圖一

真空閃蒸罐二次閃蒸后的閃蒸汽經真閃冷凝器和真閃冷凝器與循環冷卻水熱交換，閃蒸汽的溫度降至75℃左右。換熱后的冷凝液進入真閃氣液分離罐分離，酸性氣體外排至火炬，冷凝液經過真空閃蒸冷凝液泵送往循環水罐回水使用。具體流程見圖一。

(2)閃蒸的原理及問題

閃蒸就是利用物質的沸點隨壓力增大而升高的原理，在高壓的飽和水進入比較低壓的容器中后，由于壓力的突然降低，流體溫度高于該壓力下的沸點，流體在閃蒸罐中迅速沸騰氣化，使這些飽和水變成一部分的容器壓力下的飽和水蒸氣和飽和水。

在本氣化裝置中，閃蒸是將高溫高壓灰水，進一步的凈化處理，回收冷卻與回收利用。除去水中的酸性氣體，為了進一步循環使用對管道減小腐蝕，延長設備的壽命。減少補水量，二次循環使用。在整個氣化系統中也有不可替代的作用。

閃蒸是氣化系統灰水處理單元的重要環節，但由于氣化爐激冷室和洗滌塔排水量不穩定會引起閃蒸罐液位波動，進而造成管道的堵塞和設備內嚴重積灰、冒頂、管道震蕩和真空閃蒸灰水泵氣蝕不打量。這會直接導致系統的超溫超壓與水循環受阻，致使閃蒸效果變差乃至換熱器列管堵塞，造成閃蒸汽換熱后產生的冷凝液減少，大量的閃蒸汽經火炬放空造成損失，并且在處理過程中還會帶來諸多安全隱患。若不能及時有效的處理，氣化爐必須做停車準備。實際現狀見圖二。

3.換熱器引起的問題分析

在整個灰水處理單元中，通過各系統送來的高溫高壓灰水中帶有大量的腐蝕性介質，排放或二次回收利用對管道和設備有很大的腐蝕性，并且會污染環境。灰水經過多級閃蒸后，將所含酸性氣體解析出來，延長了管道和設備的使用壽命。換熱器循環水反洗沖法和零背壓排放法是解決換熱器換熱效果差的有效方式，但不能解決換熱器列管堵塞問題。

圖二

換熱器效果差會引起：

(1)閃蒸汽溫度升高，不能有效的進行冷凝，導致閃蒸汽被大量放空，水資源浪費嚴重。

(2)壓閃蒸罐壓力升高，造成安全閥起跳。

(3)真空閃蒸回水泵氣蝕不打量。

(4)真空閃蒸泵抽負效果差，罐內不能形成真空，大量的閃蒸汽會造成管道震蕩。

這些問題嚴重影響著化工企業的平穩運行，限制了企業的高產、增產和長周期運行，因此，我公司結合自身實際情況，對有關設備作了部分的改造和優化。

4.換熱器的優化措施

本氣化裝置中的真空閃蒸汽冷卻器為列管換熱器，換熱管的材質為碳鋼。在實際生產運行中，由于閃蒸出的氣體具有強腐蝕性，對換熱管產生嚴重腐蝕，致使換熱管表面脫皮、結垢嚴重，影響換熱效果，甚至造成換熱管的堵塞。隨著壁厚的減小，換熱管極容易發生破裂，嚴重危及生產的正常進行。

針對上述問題，采用循環水反沖洗法已不能從根本上解決，必須將換熱器列管更換為抗腐蝕性更強的不銹鋼列管。我公司在將列管更換后，換熱效果得到顯著改善，并且無換熱管堵塞情況出現。

鑒于此經驗，我公司將真空閃蒸汽冷卻器的換熱管同樣更換為了不銹鋼列管。

5.換熱效果提高后的優點

經過上述改造，兩次閃蒸后的閃蒸汽經過熱交換后的溫度分別由原來的90℃和75℃降至65℃和50℃，回收熱量40m3/h，減少了冷凝液外排放量約15t/h。避免了因排放造成的大氣污染和水資源浪費。

由于換熱管不再堵塞，延長了設備的使用壽命，減少了檢修工作量，并消除了因換熱效果車帶來的不安全影響，保證了系統的長周期運行。

[1]吳勝軍．HT-L與Shell及Texaco粉煤氣化技術的比較[J]．化肥工業,2011,38(3)．

[2]丁志云．兩段式干煤粉加壓氣化爐的復雜控制[J]．廣州化工,2013,41(4),163-171．

(責任編輯：任聰)

Study on the Improvement of Heat Exchange Efficiency of Coal Gasification Flash System

Feng Ming'ai, Li Jianhua,Li Qingchun,Wu Guoyun,Meng Qingkui,Li Yanqiang

(Shandong energy Inner Mongolia Zibo Mining Group in huangtaolegai coal limited liability company, Inner Mongolia,017313)

Based on the actual production, analyzes the reason of the fash steam gasifcation section after cooling temperature is still high, the causes and equipment problems, and to optimize the transformation of the corresponding equipment, so as to solve the related problems.

Coal gasifcation；fash；heat exchanger；blockage

T

A

馮明艾（1986～)，男，山東能源淄礦集團內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司；研究方向：煤氣化。