德士古氣化爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行淺析

王靖博 殷春 張受坤

摘要：針對(duì)德士古氣化爐運(yùn)行中影響氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的因素，結(jié)合長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐，進(jìn)行分析，并給出了提高氣化爐運(yùn)行周期和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化運(yùn)行措施。采取優(yōu)化措施后，有效提高了氣化爐運(yùn)行周期和產(chǎn)氣率，同時(shí)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(yùn)行周期；經(jīng)濟(jì)性

第一章 概述

德士古煤氣化工藝于1948年由位于美國(guó)加利福尼亞州南部的德士古公司蒙特貝拉研究中心的實(shí)驗(yàn)廠首創(chuàng)，經(jīng)過(guò)幾十年的研究與開(kāi)發(fā)，發(fā)展到如今氣化領(lǐng)域不可或缺的一項(xiàng)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(jìn)行發(fā)電的清潔燃料。

第二章 德士古氣化爐工藝流程簡(jiǎn)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(lái)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(shí)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(jìn)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(kāi)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(jìn)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(guò)高壓閃蒸，低壓閃蒸，真空閃蒸這三級(jí)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(jìn)一步循環(huán)使用。

2.1工藝方面

氣化爐出現(xiàn)帶水時(shí)，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(kāi)度，但不易排水過(guò)大，以防止氣化爐液位過(guò)低而跳車(chē)。增加黑水排放量，在出現(xiàn)帶水現(xiàn)象時(shí)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(diǎn)，同時(shí)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(chē)檢修時(shí)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(guò)濾器，則可減少大顆粒的灰水進(jìn)入激冷環(huán)，防止激冷環(huán)堵塞，保證有足夠的激冷水進(jìn)入激冷環(huán)。當(dāng)氣化爐液位下降無(wú)法得到有效控制時(shí)，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(kāi)始上升時(shí)，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(guò)降低前的負(fù)荷。增加生產(chǎn)負(fù)荷時(shí)，要穩(wěn)步提升，嚴(yán)禁負(fù)荷變化過(guò)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(guò)激冷水域的時(shí)間加大，氣流對(duì)液體的分散作用就會(huì)加劇，環(huán)流現(xiàn)象加強(qiáng)，從而導(dǎo)致了氣化爐的帶水。在處理帶水時(shí)，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(guò)高，盡量控制系統(tǒng)壓力平穩(wěn)。還可以通過(guò)降低激冷水溫度，減少泡沫的產(chǎn)生，從而達(dá)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(gè)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(shí)，注意上升管和激冷環(huán)之間的距離，同時(shí)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(shí)，用降低氣化爐液位的辦法，相對(duì)地增加了氣化爐激冷室液面上的分離空間，對(duì)于遏止氣化爐帶水效果非常明顯。現(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(lái)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(wèn)題，而且還可以減輕氣化爐激冷室對(duì)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(dòng)力消耗。對(duì)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(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)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(pán)管使用壽命。水煤漿霧化過(guò)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?zèng)_刷。2010年渭化集團(tuán)對(duì)德士古燒嘴進(jìn)行技術(shù)改造，通過(guò)對(duì)原有的德士古燒嘴中噴頭的內(nèi)徑尺寸進(jìn)行擴(kuò)充，從而降低煤漿在燒嘴頭部的流速，大大降低了煤漿對(duì)燒嘴中頭內(nèi)壁的沖刷磨損，從而達(dá)到延長(zhǎng)燒嘴使用壽命的目的。通過(guò)改造前后運(yùn)行參數(shù)的對(duì)比，改造后燒嘴單次運(yùn)行時(shí)間周期可達(dá)60—70天，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)改造前的35天左右的運(yùn)行周期，同時(shí)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(chǎng)渣的形態(tài)和顏色。當(dāng)出現(xiàn)塊渣時(shí)，說(shuō)明氧煤比低了，爐溫偏低，要適當(dāng)提高氧煤比。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)渣過(guò)細(xì)，顏色發(fā)綠時(shí)，說(shuō)明氧煤比高了，爐溫偏高，要適當(dāng)降低氧煤比。氧煤比高時(shí)，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(jì)運(yùn)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(duì)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(dòng)能大，因回流區(qū)域接近于拱頂部位，所以對(duì)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(lái)不便。氧煤比低時(shí)，氣化爐溫度低，有效氣體成分增加，但是渣的流動(dòng)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(shí)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(chē)，嚴(yán)重制約了氣化爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.5選用合適煤種，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

渭化集團(tuán)早期使用的是華亭煤，2011年正式試用紅柳林煤，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間紅柳林煤與華亭煤運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)使用紅柳林煤后，氣化爐停車(chē)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(shí)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(guò)兩種煤的數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)紅柳林煤優(yōu)點(diǎn)更多，可以逐漸加大用量。紅柳林煤成漿性好，運(yùn)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(yùn)行安全穩(wěn)定性好，而且紅柳林煤的成本還比華亭煤低，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好。

結(jié)束語(yǔ)

渭化集團(tuán)自引進(jìn)美國(guó)德士古公司的水煤漿加壓氣化專(zhuān)利技術(shù)以來(lái)，根據(jù)多年來(lái)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，大膽創(chuàng)新、不斷改進(jìn)，有效提高了氣化爐運(yùn)行周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本。影響氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)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(shí)際運(yùn)行中影響氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的因素較多，有些問(wèn)題需要打破常規(guī)，通過(guò)理論與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，采取有效的應(yīng)對(duì)措施，提高氣化爐的運(yùn)行周期和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1]陳敏恒，叢德滋.化工原理.第三版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]于遵宏，煤炭氣化技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[3]鄂永勝，劉通.煤化工工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

[4]侯凌云，侯曉春.噴嘴技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2007.

[5]許祥靜.煤氣化生產(chǎn)技術(shù).第三版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

[6]聶成元，德士古氣化爐帶水原因及措施[J].中氮肥，2001.1004-9932