一種煤粉氣化爐運(yùn)行問題的探討與分析

張輝 景壽堂（國能集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司煤制油分公司氣化廠 銀川750411）

1 裝置流程

現(xiàn)有工藝流程及裝備如圖1所示。

煤粉制備單元制備的煤粉通過煤粉加壓輸送單元的設(shè)備，以高壓氮?dú)饣蚋邏憾趸甲鳛檩d氣輸送至氣化爐與輸送主燒嘴，與送至主燒嘴的氧氣在主燒嘴端部進(jìn)行混合，在點(diǎn)火燒嘴已點(diǎn)燃火焰的作用下，在氣化爐燃燒室內(nèi)發(fā)生不完全燃燒，產(chǎn)生主要成分為CO+H2的煤氣[1]，也稱為合成氣，同時(shí)生成少量熔渣。合成氣與熔渣通過下降管離開燃燒室進(jìn)入氣化爐激冷室液面以下。合成氣離開下降管后，通過激冷室激冷水的水浴洗滌及降溫，之后沿下降管外壁與氣化爐爐壁所形成的環(huán)隙鼓泡上升，離開環(huán)隙后，通過與激冷室頂部連接的合成氣管線輸送至文丘里洗滌系統(tǒng)，經(jīng)文丘里系統(tǒng)洗滌降溫后去合成氣洗滌塔，進(jìn)一步除塵降溫后送至變換工序；被合成氣及熔渣污染及升溫的激冷水變成黑水，被送至閃蒸系統(tǒng)進(jìn)行閃蒸處理；熔渣通過氣化爐激冷室激冷水的冷卻形成固態(tài)渣，沉降在激冷室底部，經(jīng)破渣機(jī)破碎后通過渣鎖斗排出。

合成氣進(jìn)入文丘里洗滌系統(tǒng)后，在加入一級文丘里洗滌器的高壓循環(huán)水洗滌后一同進(jìn)入一級文丘里分離罐進(jìn)行氣液分離，氣液分離后的液相通過管線進(jìn)入合成氣洗滌塔；氣液分離后合成氣進(jìn)入二級文丘里洗滌器[2]，在加入二級文丘里洗滌器高壓循環(huán)水的洗滌后一同進(jìn)入合成氣洗滌塔。合成氣洗滌塔進(jìn)水有高壓循環(huán)水、高溫凝液、汽提凝液、脫鹽水、一級文丘里分離罐洗滌水、二級文丘里洗滌水。合成氣洗滌塔腰部出水通過激冷水泵送至氣化爐激冷室做激冷水用，合成氣洗滌塔底部出水送往閃蒸系統(tǒng)進(jìn)行閃蒸處理。

圖1 現(xiàn)有工藝流程及裝備圖

2 氣化爐帶水帶渣的現(xiàn)象及危害

2.1 氣化爐帶水的異常現(xiàn)象

在設(shè)備運(yùn)行過程中，氣化爐出現(xiàn)帶水現(xiàn)象時(shí)，將產(chǎn)生以下異常現(xiàn)象：

（1）氣化爐激冷室的液位降低，黑水去閃蒸系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥開度自動減小，其中該調(diào)節(jié)閥起著調(diào)節(jié)激冷室液位的作用[3]；

（2）合成氣溫度上漲偏高；

（3）系統(tǒng)壓差上漲且波動較大，一級文丘里分離罐液位上漲嚴(yán)重，一級文丘里分離罐底部液位調(diào)節(jié)閥開大；

（4）合成氣洗滌塔液位上漲，合成氣洗滌塔液位調(diào)節(jié)閥開度減小；

（5）閃蒸系統(tǒng)中閃罐液位調(diào)節(jié)閥開度關(guān)小，中閃罐壓力調(diào)節(jié)閥開度自動減小；

（6）向黑水管線竄氣導(dǎo)致黑水管線溫度上漲；

（7）合成氣洗滌塔壓差容易上漲及容易出現(xiàn)合成氣向變換系統(tǒng)帶水。

2.2 氣化爐帶水的危害

（1）合成氣溫度容易出現(xiàn)上漲而導(dǎo)致跳車；

（2）易向黑水管線竄合成氣而導(dǎo)致管線變形爆裂；

（3）合成氣洗滌塔內(nèi)部水質(zhì)臟，易導(dǎo)致合成氣洗滌塔塔盤堵塞；

（4）系統(tǒng)水質(zhì)變差，系統(tǒng)管線及設(shè)備容易結(jié)垢；

（5）氣化爐爐壁易接觸高溫合成氣，導(dǎo)致氣化爐爐壁高溫變形爆裂。

2.3 氣化爐向后系統(tǒng)帶渣的現(xiàn)象及危害

圖2 優(yōu)化工藝流程及設(shè)備圖

（1）一級文丘里洗滌器前后壓差上漲；

（2）激冷水流量調(diào)節(jié)閥開大，激冷水流量減小；

（3）激冷水過濾器及激冷環(huán)前后壓差上漲；

（4）合成氣洗滌塔底部開路排放管線磨損嚴(yán)重；

（5）沉降槽向過濾機(jī)輸送泥漿量波動嚴(yán)重，過濾機(jī)濾餅經(jīng)常性帶有粗渣。

2.4 氣化爐向后系統(tǒng)帶渣的危害

（1）一級文丘里分離罐底部堵渣嚴(yán)重；

（2）出氣化爐至閃蒸系統(tǒng)黑水管線磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致黑水管線爆裂；

（3）閃蒸系統(tǒng)管線及附屬閥門經(jīng)常性磨穿泄漏；

（4）系統(tǒng)儀表根部管線及溫度表套筒易結(jié)垢，造成儀表顯示不準(zhǔn)；

（5）激冷水泵、閃蒸泵、泥漿泵葉輪磨損嚴(yán)重；

（6）中、低、真閃緩沖件及角閥短接經(jīng)常性磨穿；

（7）激冷水泵頻繁出現(xiàn)清濾網(wǎng)；

（8）開路排放管線及附屬流量計(jì)磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致磨穿泄漏；

（9）沉降槽底部和泥漿管線經(jīng)常性堵。

3 氣化爐向后系統(tǒng)帶水帶渣分析

3.1 氣化爐合成氣向文丘里洗滌系統(tǒng)帶水帶渣過程分析

燃燒室發(fā)生煤和氧氣的不完全燃燒后，所生成的合成氣與進(jìn)入下降管的激冷水發(fā)生了熱傳質(zhì)，合成氣被冷卻，激冷水被加熱，部分激冷水與被加熱后生成了飽和蒸汽進(jìn)入合成氣中[4-5]。合成氣離開下降管后，在下降管外壁和氣化爐壁所形成的環(huán)隙間通過激冷水所形成的液層鼓泡上升，在此上升過程中由于氣體流速快而夾帶了一部分激冷水離開液面，這部分水中的一部分由于在上升過程中由于撞擊環(huán)隙壁而失去動能或被降溫而回到激冷水液面，一部分而懸浮于環(huán)隙中，一部分最終被合成氣帶入文丘里洗滌系統(tǒng)，最終進(jìn)入合成氣洗滌塔中作為激冷水送至氣化爐，合成氣洗滌塔底部沉淀后的渣水通過開路排放管線進(jìn)入閃蒸系統(tǒng)。在這一過程中帶水伴隨著帶渣。

3.2 氣化爐合成氣向后系統(tǒng)帶水帶渣理論分析

由于合成氣在激冷水液層中穿行過程是一種氣、液、渣的分散系，并伴隨著熱傳質(zhì)的過程，特別復(fù)雜，現(xiàn)僅從兩方面進(jìn)行分析。

（1）借鑒氣流輸送理論，從氣體流速方面考慮。合成氣所夾帶的水滴及渣粒，與合成氣的密度相差較遠(yuǎn)，這一點(diǎn)接近了氣流床的特點(diǎn)，從而合成氣中所夾帶的小水滴和渣粒會以流化狀態(tài)被帶出氣化爐，這其中合成氣氣流速度起到了很關(guān)鍵的作用。

（2）從熱傳質(zhì)角度考慮，根據(jù)流體沸騰傳熱理論，在高溫合成氣以一定流速流動過程中會將部分水滴加熱到沸騰狀態(tài)從而產(chǎn)生泡核，當(dāng)熱量達(dá)到一定值時(shí)，會將高效的泡核沸騰轉(zhuǎn)化成低效的膜狀沸騰，這將會在氣相中夾帶大量水沫。水沫密度遠(yuǎn)低于液體，所以氣體所帶走水沫的能量會大大降低，從而發(fā)生以夜沫夾帶方式帶走大量的水。這種夜沫夾帶的帶水方式也經(jīng)常出現(xiàn)在合成氣洗滌塔帶水方式中。

3.3 氣化爐黑水向黑水閃蒸系統(tǒng)帶渣過程分析

氣化爐燃燒室所生成的合成氣以較快流速進(jìn)入激冷室液面以下，此時(shí)由于合成氣的流速慣性沖擊到激冷室的渣沉降層，對激冷室液面以下所沉淀的渣有所擾動，使得本該沉降的渣粒混合在激冷水中，使得激冷室水質(zhì)渾濁伴隨渣粒，這部分渣顆粒一部分被合成氣帶至文丘里系統(tǒng)，一部分通過黑水管線帶入閃蒸系統(tǒng)。還有一部分渣粒進(jìn)入激冷室液面時(shí)，由于被合成氣的擾動直接進(jìn)入黑水管線。從而這兩部分進(jìn)入黑水管線的渣粒被送入沉降槽，最終被過濾機(jī)過濾后混合在渣餅中。

4 合成氣帶水帶渣問題及黑水帶渣問題的處理措施

根據(jù)上述分析，對工藝及設(shè)備整改措施如圖2所示。

（1）增大下降管直徑減小合成氣的流速，減小對激冷室液位的沖擊，從而對激冷室液位升高及穩(wěn)定有很好的效果。這一措施已得到實(shí)踐驗(yàn)證。

（2）增大氣化爐激冷室直徑，以擴(kuò)大下降管外壁與激冷室內(nèi)壁所形成的環(huán)隙，從而以此種方式降低合成上升流速，減小合成氣所帶水的動能，從源頭上抑制合成氣帶水的問題。擴(kuò)大激冷室直徑也可以增大氣液分離空間，從而使更多的小水滴形成大水滴沉降到激冷室液面。

（3）將一級文丘里分離罐水通過加壓方式送至激冷室中，從而減小合成氣洗滌塔的渣粒來源。

（4）加長氣化爐激冷室長度，以增大下降管與激冷室底部的距離，從而減小合成氣對激冷室渣沉淀層的干擾。

（5）加大激冷水用量，同時(shí)加大去黑水閃蒸系統(tǒng)的閃蒸量，對激冷室水質(zhì)置換起到幫助。這當(dāng)然對合成氣洗滌塔的供水量有了新要求。

5 結(jié)語

氣化爐激冷室向后系統(tǒng)帶水帶渣問題對氣化爐安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行影響很大，同時(shí)對現(xiàn)場低標(biāo)準(zhǔn)影響很大，對系統(tǒng)水質(zhì)影響極為嚴(yán)重，水質(zhì)不是趨于中性，而是經(jīng)常性的呈現(xiàn)酸性。氣化爐帶水帶渣的主要原因在于系統(tǒng)的熱負(fù)荷過高，而激冷室的設(shè)計(jì)處理量偏小所造成的。因此通過增大下降管和氣化爐直徑、加長氣化爐激冷室長度可以有效解決氣化爐的帶水帶渣問題，從而降低管線及設(shè)備的堵塞及磨損、有效改變系統(tǒng)水質(zhì)、降低系統(tǒng)管線及設(shè)備的結(jié)垢，達(dá)到系統(tǒng)安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)的運(yùn)行目的。