一種自主創新國產化氣化技術的設計理念和實踐探究

趙元琪

摘 要：文章從燃燒反應室、激冷洗滌、煤粉給料罐出料方式以及閃蒸熱量回收四個方面介紹了神寧爐的設計理念及實踐應用情況，提出具體的改造措施，并為“神寧爐”氣化技術下一步發展指明方向。

關鍵詞：神寧爐;干煤粉氣化;激冷洗滌系統;理念創新

1 引言

煤炭在我國能源結構中占據主導地位，是我國戰略上最安全和最可靠的能源。近年來煤化工行業發展迅速，最為關鍵和重要的是將煤炭潔凈、高效地轉化。國家能源寧夏煤業集團大力發展煤化工，先后建成了25萬噸甲醇項目（德士古水煤漿爐）、60萬噸大甲醇（四噴嘴）、50萬噸煤基烯烴項目（GSP爐）400萬噸/年煤炭間接液化項目（28臺氣化爐）。在用技術存在的問題如下：

水煤漿氣化技術對寧東煤種適應性不強，寧東煤種成漿性差，水煤漿濃度很難超過62%且灰熔點相差不大，需要與精煤配比后作為原料，提高了生產成本[1]。GSP干煤粉技術存在諸多技術問題（點火成功率低、合成氣洗滌系統不成熟、合成氣含灰量大、掛渣效果不好），且受制于西門子專利技術的壟斷，無法滿足寧東煤化工基地氣化技術發展的需要。

為此，通過總結以往的運行經驗及強大的技術團隊為后盾，統籌全局、吸取精華，優勢互補，開發具有神華寧煤集團自主知識產權的適合于寧東煤種的大型、高效、經濟、職能的2000～3000噸級干煤粉氣化技術勢在必行。

2 神寧爐氣化技術的理念和實踐

2.1 燃燒反應室的創新設計

2.1.1 開發新型國產組合燒嘴

采用新型國產化干煤粉氣化組合燒嘴，采用高能點火、螺旋式強制旋流冷卻方式和新型三合一火焰檢測系統，取消煤粉通道與主氧通道之間水夾套，實現了高壓、惰性環境下點火成功率98%以上;開發氧氣與煤粉介質的強棟梁傳導結構，增強了煤粉射流旋轉動量，強化湍流混合效果，實現碳轉化率98.5%;小視窗在線火焰三位一體視頻監控系統，為氣化爐實時操作提供可靠的視頻化檢測手段，提高煤粉與氧氣的混合效果，有效收縮火焰，使氣化爐熱損失始終控制在合理范圍內，保護膜式水冷壁不發生燒損。

2.1.2 下渣口的優化改造

日投煤量2000噸神寧干煤粉加壓氣化爐在長周期運行過程中發現其喉管掛渣不均勻，導致喉管和下游的粗合成氣下降筒易被燒損。原喉管在70%負荷時，粗合成氣射流慣性較弱，下降筒出口處產生明顯回流。由于回流氣體較多，且回流氣體溫度設定過高（1400℃），導致下降筒底部液膜蒸發較多。原喉管的粗合成氣進入下降筒后，僅在筒體頂部出現近圓環狀渦管及強度較弱的拉長型渦旋，中心射流速度比改進型喉管的低，氣流徑向擴散顯著，導致壁面液膜蒸發量增加。

2.1.3 水冷壁結構及工藝優化

由于水冷壁搗打料強度不夠，加之開車初期氣化爐掛渣效果不佳、煤粉管線形成偏噴、燒嘴火焰寬度偏大、系統短時間過氧等原因，曾出現過氣化爐水冷壁局部盤管燒穿，抓釘大面積燒損情況。通過對燒嘴結構進行優化，調整掛渣時工藝操作，減少了水冷壁燒損現象。

2.2 激冷洗滌系統優化

GSP氣化工藝在兩級文丘里后又設計了部分冷凝器，其設計目的為通過部分冷凝器的原料氣與低壓鍋爐給水進行換熱，經過換熱的原料氣溫度降低3℃左右，在溫降的過程中產生的凝液所夾帶的原料氣中的雜質，從底部液相管線排向激冷水罐，通過此原理進一步洗滌原料氣[2]。在此洗滌過程中，由于部分冷凝器的設計缺陷，而且沒有考慮到原煤的灰分發生較大的變化，出現了一系列的問題，諸如合成氣中含灰量增加，導致部分冷凝器堵塞，使得停車檢修必須對其進行清洗，增加檢修費用;另外部分冷凝器換完熱產生的冷凝液固含量增加，進入激冷水罐后沉積，長時間累積造成激冷水罐容積減少，而且對激冷水泵以及閥門管線磨蝕嚴重。

2.3 給料容器出料方式的選擇

煤粉加壓輸送系統是將常壓煤粉升壓至氣化爐壓力以上約0.5MPa，并穩定的送入到氣化爐燃燒室內的工藝系統，經過對進口粉煤氣化技術運行狀況的分析發現，粉煤氣化爐非正常停車的多半是因煤粉輸送不穩定引起的，因此設計可靠穩定運行的煤粉加壓輸送工藝對保證氣化爐的長周期穩定運行具有重要的意義。

GSP氣化技術的煤粉流量控制思路是通過給料器和氣化爐之間的差壓（0.2～0.3MPa）控制投煤量。在煤粉線陸續投料過程中，經常因煤粉流量和密度偏差大導致氣化爐的壓力波動頻繁，壓差變化大。神寧爐在GSP的基礎上做出改進：將煤粉給料器設計成為側出料方式;并增加一根煤粉管線至4根;提高給料器和氣化爐之間的差壓至0.6MPa;在煤粉線上增加煤粉流量調節閥，平衡壓差，保證煤粉管線流量均衡;增加三通閥構成煤粉從給料器至煤倉的循環管線，在投煤前，通過煤粉循環線，建立穩定的煤粉流量。

3 結束語

“神寧爐”下一步將圍繞節能、節水兩個方面，開展廢鍋流程粉煤加壓氣化技術的研發，實現高溫合成氣的熱量回收，減少系統水耗。同時進一步開展大型化研究，力爭在2020年前后推出4000t/d級投煤量的大型廢鍋流程粉煤加壓氣化技術，并且借助物聯網平臺，打造智能云操控系統，降低乃至消除人為干擾，實現氣化爐運行黑屏操作。

參考文獻：

[1]汪壽建.現代煤氣化技術發展趨勢及應用綜述[J].化工進展，2016，35（3）：635-664.

[2]蘇源，院建森，趙振新，陳杰.GSP氣化裝置合成氣洗滌系統流程優化[J].潔凈煤技術，2016，3（22）：119-122.