王靖博 殷春 張受坤

摘要：針對德士古氣化爐運行中影響氣化爐長周期穩(wěn)定運行的因素，結(jié)合長期運行實踐，進行分析，并給出了提高氣化爐運行周期和經(jīng)濟性的優(yōu)化運行措施。采取優(yōu)化措施后，有效提高了氣化爐運行周期和產(chǎn)氣率，同時降低了能耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：德士古氣化爐；運行周期；經(jīng)濟性

第一章 概述

德士古煤氣化工藝于1948年由位于美國加利福尼亞州南部的德士古公司蒙特貝拉研究中心的實驗廠首創(chuàng)，經(jīng)過幾十年的研究與開發(fā)，發(fā)展到如今氣化領(lǐng)域不可或缺的一項技術(shù)。德士古氣化工藝的商業(yè)化使用已有近50年的歷史，這種工藝是將天然氣、煤等含碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣的一種技術(shù)。該工藝生產(chǎn)的工藝氣，有多種用途，包括：（1）用于生產(chǎn)合成氨、甲醇、羰基化學(xué)品、醋酸及其它石化產(chǎn)品；（2）用于鐵礦石的還原；（3）用于城市煤氣；（4）作為采用聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)進行發(fā)電的清潔燃料。

第二章 德士古氣化爐工藝流程簡述

由磨煤系統(tǒng)制備出濃度約60%的水煤漿，經(jīng)高壓煤漿泵和空分輸送來的純氧經(jīng)三通道式燒嘴噴射到氣化爐內(nèi)，在高溫（約1300～1400℃）下，水煤漿與氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生合成氣（主要成分為CO、H2、CO2），同時生成少量熔渣。合成氣與反應(yīng)生成的少量熔渣沿著下降管進入激冷室，在此熔渣被冷卻固化后沉降到氣化爐激冷室錐底，經(jīng)鎖斗收集后排出。合成氣被冷卻并吸收飽和水蒸氣后出下降管，沿下降管與上升管之間的環(huán)隙上升，離開上升管后被激冷室頂部的折流擋板折流，由激冷室合成氣出口排出，經(jīng)文丘里洗滌器去洗滌塔進一步洗滌、除塵后，送往變換工序。經(jīng)氣化工段產(chǎn)生的黑水送往閃蒸系統(tǒng)，經(jīng)過高壓閃蒸，低壓閃蒸，真空閃蒸這三級閃蒸將黑水中的水和氣體蒸發(fā)與雜質(zhì)分離，回收熱量和水分，水進一步循環(huán)使用。

2.1工藝方面

氣化爐出現(xiàn)帶水時，加大氣化爐激冷水的供應(yīng)量和排出量，應(yīng)加大氣化爐排水調(diào)節(jié)閥的開度，但不易排水過大，以防止氣化爐液位過低而跳車。增加黑水排放量，在出現(xiàn)帶水現(xiàn)象時適當(dāng)增加黑水排放量，一是降低氣化爐液位，破壞其帶水臨界點，同時改善水質(zhì)，水質(zhì)的改善有助于控制帶水現(xiàn)象的發(fā)生。在每次停車檢修時清理激冷環(huán)，防止因結(jié)垢太多影響激冷水量。經(jīng)常清理過濾器，則可減少大顆粒的灰水進入激冷環(huán)，防止激冷環(huán)堵塞，保證有足夠的激冷水進入激冷環(huán)。當(dāng)氣化爐液位下降無法得到有效控制時，最有效的處理方法是適當(dāng)降低生產(chǎn)負(fù)荷，使產(chǎn)生氣量下降，降低上升管之間的氣體流速，當(dāng)氣化爐液位穩(wěn)定不再下降或開始上升時，穩(wěn)定生產(chǎn)負(fù)荷后緩慢提高生產(chǎn)負(fù)荷，但最好不要超過降低前的負(fù)荷。增加生產(chǎn)負(fù)荷時，要穩(wěn)步提升，嚴(yán)禁負(fù)荷變化過快。氣化爐在高負(fù)荷情況下，液位不易控制太高，若氣化爐的液位控制較高，氣流通過激冷水域的時間加大，氣流對液體的分散作用就會加劇，環(huán)流現(xiàn)象加強，從而導(dǎo)致了氣化爐的帶水。在處理帶水時，適當(dāng)降低液位，破壞環(huán)流的生成，再逐步地提高液位。另外氣化爐操作溫度不可過高，盡量控制系統(tǒng)壓力平穩(wěn)。還可以通過降低激冷水溫度，減少泡沫的產(chǎn)生，從而達到抵制帶水的目的。發(fā)現(xiàn)氣化爐帶水后首先根據(jù)工況各個參數(shù)的變化判斷帶水的原因，然后做出相應(yīng)的調(diào)整。

2.2設(shè)備方面

在安裝上升管和下降管時，注意上升管和激冷環(huán)之間的距離，同時保證上升管和下降管的垂直度、同心度，嚴(yán)格控制安裝質(zhì)量及技術(shù)要求。在發(fā)生氣化爐嚴(yán)重帶水時，用降低氣化爐液位的辦法，相對地增加了氣化爐激冷室液面上的分離空間，對于遏止氣化爐帶水效果非常明顯?，F(xiàn)在有些化工廠在氣化爐合成氣出口管線上加一氣水分離器，讓分離器分離出來的水依靠位差再流回到氣化爐激冷室中。此方案不僅有利于消除氣化爐帶水的問題，而且還可以減輕氣化爐激冷室對激冷水量的需求壓力，讓這部分水直接返回到氣化爐，比被合成氣帶到洗滌塔，再用洗滌循環(huán)泵加壓返送到氣化爐減少動力消耗。對于改善洗滌塔水質(zhì)、激冷水水質(zhì)、消除或減少合成氣帶水、穩(wěn)定氣化爐和洗滌塔的操作都非常有利，是一種理想的改造方案。

2.3燒嘴改造

氣化爐燒嘴是決定氣化爐單次運行時間長短的關(guān)鍵設(shè)備。選用耐磨材質(zhì)，降低燒嘴沖刷可以提高燒嘴噴頭和盤管使用壽命。水煤漿霧化過程中煤漿顆粒直接沖刷噴口使噴嘴磨損是影響燒嘴使用壽命的主要原因，而降低水煤漿流速可以減少沖刷。2010年渭化集團對德士古燒嘴進行技術(shù)改造，通過對原有的德士古燒嘴中噴頭的內(nèi)徑尺寸進行擴充，從而降低煤漿在燒嘴頭部的流速，大大降低了煤漿對燒嘴中頭內(nèi)壁的沖刷磨損，從而達到延長燒嘴使用壽命的目的。通過改造前后運行參數(shù)的對比，改造后燒嘴單次運行時間周期可達60—70天，遠遠超過改造前的35天左右的運行周期，同時改造后氣化爐氣體成份更加穩(wěn)定。

2.4優(yōu)化操作，提高產(chǎn)氣率

氣化爐爐溫的控制原則是保證液態(tài)排渣的情況下維持較低的氧煤比。氧煤比高低可以參考現(xiàn)場渣的形態(tài)和顏色。當(dāng)出現(xiàn)塊渣時，說明氧煤比低了，爐溫偏低，要適當(dāng)提高氧煤比。當(dāng)現(xiàn)場渣過細(xì)，顏色發(fā)綠時，說明氧煤比高了，爐溫偏高，要適當(dāng)降低氧煤比。氧煤比高時，氣化爐爐溫高，有效氣體成分減少，使氣化效率降低，不利于經(jīng)濟運行。氣化爐溫度高，爐壁掛渣被清除，爐渣直接沖刷爐磚表面，對筒體下部及錐體磚損害大。溫度高，爐內(nèi)回流中的渣溫度高且動能大，因回流區(qū)域接近于拱頂部位，所以對拱頂部分沖刷嚴(yán)重，制約了爐磚的使用壽命。氣化爐溫度高，氧耗增大，系統(tǒng)熱負(fù)荷增大，出工序合成氣中水氣比增大，易帶水，帶灰，給后工序操作帶來不便。氧煤比低時，氣化爐溫度低，有效氣體成分增加，但是渣的流動性變差，造成渣口變小，操作難度增大，且易造成爐壁超溫，有大塊渣，嚴(yán)重時造成排不下渣。我廠多次因爐溫低排不下渣，造成氣化爐停車，嚴(yán)重制約了氣化爐的安全、經(jīng)濟運行。

2.5選用合適煤種，提高運行經(jīng)濟性

渭化集團早期使用的是華亭煤，2011年正式試用紅柳林煤，經(jīng)過一段時間紅柳林煤與華亭煤運行數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)使用紅柳林煤后，氣化爐停車檢查，氣化爐燃燒室掛渣較少，激冷室積灰少，系統(tǒng)黑水管道積渣少，易清理。使用華亭煤期間，氣化爐燃燒室掛渣較多，升溫時易發(fā)生渣口堵影響升溫，激冷室內(nèi)積灰量較大，較難清理，系統(tǒng)黑水管道極易結(jié)垢，清洗工作量大。經(jīng)過兩種煤的數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)紅柳林煤優(yōu)點更多，可以逐漸加大用量。紅柳林煤成漿性好，運行中紅柳林煤氧煤比操作彈性大，產(chǎn)氣量和有效氣產(chǎn)率高，裝置運行安全穩(wěn)定性好，而且紅柳林煤的成本還比華亭煤低，運行經(jīng)濟性好。

結(jié)束語

渭化集團自引進美國德士古公司的水煤漿加壓氣化專利技術(shù)以來，根據(jù)多年來的實際運行經(jīng)驗，大膽創(chuàng)新、不斷改進，有效提高了氣化爐運行周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本。影響氣化爐長周期穩(wěn)定運行的主要因素有：氣化爐帶水、燒嘴使用壽命、氧煤比的控制和煤種的選擇。但是實際運行中影響氣化爐長周期穩(wěn)定運行的因素較多，有些問題需要打破常規(guī)，通過理論與實際經(jīng)驗相結(jié)合，采取有效的應(yīng)對措施，提高氣化爐的運行周期和經(jīng)濟性。

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