劉曉兵

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

水煤漿和氧氣在德士古工藝燒嘴中充分混合霧化后進(jìn)入氣化爐的燃燒室內(nèi)，在大約6.5MPa（G）、1350℃條件下進(jìn)行氣化燃燒反應(yīng)。生成粗合成氣和熔渣進(jìn)入激冷室進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，洗滌后粗合成氣沿上升管、下降管環(huán)隙進(jìn)入合成氣管道，然后，經(jīng)文丘里洗滌器、洗滌塔再次洗滌后送至變換系統(tǒng)，大部分的熔渣經(jīng)激冷水冷卻固化后經(jīng)過破渣機(jī)破碎后進(jìn)入鎖斗，后經(jīng)鎖斗系統(tǒng)循環(huán)定期排至渣池。在這個(gè)操作過程中，很容易發(fā)生激冷室合成氣帶水問題，進(jìn)而影響水煤氣的質(zhì)量。

氣化爐帶水現(xiàn)象主要有兩種方式，一種是高溫合成氣在激冷室內(nèi)進(jìn)行傳熱傳質(zhì)形成飽和水汽進(jìn)入洗滌塔，這種情況為正常帶水；另一種則是氣化爐合成氣流夾帶著大量水團(tuán)進(jìn)入洗滌塔，這種非正常帶水會(huì)影響合成氣質(zhì)量，本文主要討論非正常帶水現(xiàn)象。

1 氣化爐合成氣帶水現(xiàn)象

（1）氣化爐液位大幅度下降，有時(shí)會(huì)瞬間降低20%左右；此時(shí)，降低氣化爐排黑量氣化爐液位反而會(huì)不增而降。

（2）文丘里洗滌器壓差增大且大幅波動(dòng)；由于合成氣中大量帶水，經(jīng)過文丘里洗滌器時(shí)氣流通道變小導(dǎo)致阻力變大，從而導(dǎo)致壓差變大，同時(shí)，激冷水入文丘里洗滌器量減少，導(dǎo)致文丘里洗滌效果變差。

（3）洗滌塔液位升高，出洗滌塔合成氣溫度升高1 ～3℃，合成氣流量大幅波動(dòng)；由于合成氣將氣化爐內(nèi)水液大量帶入洗滌塔，洗滌塔液位逐步增高，洗滌塔補(bǔ)水量逐漸降低，水系統(tǒng)失調(diào)，洗滌效果變差，不能進(jìn)行有效的傳熱傳質(zhì)。

2 氣化爐帶水現(xiàn)象原因分析及相對(duì)措施

合成氣在激冷室內(nèi)洗滌過程中水的形式主要有以下幾種形式：在高速氣流的作用下水液獲得一定的動(dòng)能，沿下降管和上升管環(huán)隙向上運(yùn)動(dòng)，但由于自身重力作用會(huì)發(fā)生沉降，一部分水液由于動(dòng)能較低，上升一段距離后落下；一部分水經(jīng)過上升管頂部折流擋板時(shí)被折擋落下；最后，一部分水則被帶出氣化爐進(jìn)入合成氣管道。下面從氣化爐帶水能力大小和傳熱、傳質(zhì)兩方面進(jìn)行分析。

（1）氣化爐帶水能力大小分析。借鑒氣流輸送理論，從帶出速度的角度對(duì)氣化爐帶水能力的大小進(jìn)行分析：假設(shè)氣化爐帶水為直徑為d=3mm 的液滴，則：

式中，p 為氣體密度；ps為液滴密度；g 為重力加速度；ξ 為阻力系數(shù)；u 為沉降速度。

本單位正常生產(chǎn)時(shí)，氣化爐負(fù)荷38m3/h，合成氣產(chǎn)氣量約為130000Nm3/h，水汽比約為1.1，氣體組分如表1。

表1

經(jīng) 計(jì) 算：ρs ≈780×103kg/m3；ρ ≈29×103kg/m3；ξ ≈0.44；代入公式可得：u ≈1.53m/s。

A ≈0.315m2；u1≈3.15m/s；由此可以看出，u1遠(yuǎn)大于u，說明氣化爐正常運(yùn)行時(shí)帶水能力較強(qiáng)。

u1-u 值的大小反應(yīng)了氣化爐帶水能力的大?。煌ㄟ^分析可以看出，決定氣化爐帶水能力大小的主要影響因素為合成氣量V 和上升管下降管環(huán)隙面積A。V 越大，A 越小，氣化爐帶水能力越強(qiáng)。GE 德士古水煤漿氣化爐在生產(chǎn)時(shí)，由于生產(chǎn)需要，一般會(huì)使氣化爐處于高負(fù)荷的狀態(tài)，在這個(gè)過程中，操作溫度和壓力都比較高，氣體流量也相對(duì)較大，但是，氣體之間通過的空隙并沒有發(fā)生改變，氣體流速的增加會(huì)使氣化爐帶水；其次，對(duì)氣化爐的負(fù)荷值增減過大也會(huì)引起操作過程帶水現(xiàn)象。此時(shí)，可以通過以下方法進(jìn)行改善：①增大上升管的直徑；則上升管、下降管環(huán)隙面積A 增大，在氣體流量V 不變的情況下，氣體流速u1將會(huì)降低，氣化爐帶水能力減弱，這種方法能夠有效地控制氣化爐帶水問題。②調(diào)整激冷室結(jié)構(gòu)尺寸，增大激冷室液面至上升管頂部距離；這樣一部分夾帶的水由于重力的作用，動(dòng)能較小的水滴能夠再次落回到激冷室，減少了合成氣帶出激冷室的水量。同理，氣化爐帶水嚴(yán)重時(shí)，可以采取加大排黑量降低氣化爐液位，此時(shí)，激冷室液面離上升管頂部距離同樣變大，這樣就可以緩解氣化爐帶水問題。

（2）傳熱、傳質(zhì)分析。合成氣洗滌屬于兩相流沸騰傳熱。決定傳熱形式的主要因素為過熱度△t 的大小，△t=t1-ts；即激冷水的主體溫度與所處壓力下對(duì)應(yīng)的飽和溫度的差值；過熱度較小時(shí)，氣液沸騰為核狀沸騰，此階段沸騰傳熱系數(shù)較大；隨著傳熱度的增大，加熱面上的汽化核心數(shù)大大增加，以致于氣泡產(chǎn)生的速度大于其脫離壁面的速度，氣泡在加熱面附近形成氣膜，由于氣體的導(dǎo)熱率小，傳熱系數(shù)急劇下降，此時(shí)，傳熱由高效的核狀沸騰轉(zhuǎn)為低效的膜狀沸騰。同時(shí)，由于水沫的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于液滴的密度，根據(jù)氣化爐帶水能力公式可以看出，ps降低，u 降低，則u1-u 值將變大，即氣化爐帶水能力增加。所以，當(dāng)氣化爐出現(xiàn)帶水情況時(shí)，可以通過加大氣化爐排黑量，降低激冷水溫度，從而降低過熱度，使沸騰傳熱由低效的膜狀沸騰再次轉(zhuǎn)為高效的核狀沸騰，同時(shí)，降低氣化爐帶水能力，從而使氣化爐液位上升。

在氣化爐操作的過程中，對(duì)爐內(nèi)溫度的控制顯得尤為重要。控制較高的操作溫度，能夠加速氣化反應(yīng)速率，提高碳轉(zhuǎn)換率和產(chǎn)氣量。但應(yīng)將爐溫控制在一定范圍不可過高，避免氣化爐帶水。在生產(chǎn)操作過程中，在滿足水汽比的情況下，應(yīng)適當(dāng)加大系統(tǒng)水循環(huán)和加大氣化爐排黑量，降低氣化爐內(nèi)熱流強(qiáng)度，確保爐內(nèi)進(jìn)行高效的泡核沸騰，減少氣化爐帶水。

在實(shí)際的操作中，氣化爐帶水問題一直都很難避免，因此，可以在合成氣出口處增設(shè)一水氣分離器，讓分離器將氣體中的水分進(jìn)行有效分離，并依靠位差再次回到氣化爐的激冷室中。這樣不僅能夠有效解決氣化爐帶水問題，還能夠減輕氣化爐激冷室對(duì)水量的需求壓力，能夠減少激冷水泵輸送過程的動(dòng)能消耗?？梢?，增設(shè)氣水分離裝置，對(duì)改善設(shè)備內(nèi)的水質(zhì)、消除合成氣帶水以及穩(wěn)定氣化爐和洗滌塔的操作都具有十分重要的意義。

3 結(jié)語(yǔ)

GE 德士古水煤漿氣化爐在實(shí)際的操作中很容易出現(xiàn)帶水現(xiàn)象，因此，就需要相關(guān)的技術(shù)人員在實(shí)際的工作中對(duì)出現(xiàn)帶水問題進(jìn)行細(xì)致的分析，找出相關(guān)的原因，并結(jié)合實(shí)際的操作，采取積極的措施進(jìn)行預(yù)防和改善，進(jìn)而使氣化爐能夠生產(chǎn)出更加高效、高質(zhì)量的水煤氣，加快該行業(yè)的快速進(jìn)步和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。