一種自主創(chuàng)新國產(chǎn)化氣化技術(shù)的設(shè)計(jì)理念和實(shí)踐探究

趙元琪

摘 要：文章從燃燒反應(yīng)室、激冷洗滌、煤粉給料罐出料方式以及閃蒸熱量回收四個(gè)方面介紹了神寧爐的設(shè)計(jì)理念及實(shí)踐應(yīng)用情況，提出具體的改造措施，并為“神寧爐”氣化技術(shù)下一步發(fā)展指明方向。

關(guān)鍵詞：神寧爐;干煤粉氣化;激冷洗滌系統(tǒng);理念創(chuàng)新

1 引言

煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，是我國戰(zhàn)略上最安全和最可靠的能源。近年來煤化工行業(yè)發(fā)展迅速，最為關(guān)鍵和重要的是將煤炭潔凈、高效地轉(zhuǎn)化。國家能源寧夏煤業(yè)集團(tuán)大力發(fā)展煤化工，先后建成了25萬噸甲醇項(xiàng)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(xiàng)目（GSP爐）400萬噸/年煤炭間接液化項(xiàng)目（28臺(tái)氣化爐）。在用技術(shù)存在的問題如下：

水煤漿氣化技術(shù)對(duì)寧東煤種適應(yīng)性不強(qiáng)，寧東煤種成漿性差，水煤漿濃度很難超過62%且灰熔點(diǎn)相差不大，需要與精煤配比后作為原料，提高了生產(chǎn)成本[1]。GSP干煤粉技術(shù)存在諸多技術(shù)問題（點(diǎn)火成功率低、合成氣洗滌系統(tǒng)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(shù)的壟斷，無法滿足寧東煤化工基地氣化技術(shù)發(fā)展的需要。

為此，通過總結(jié)以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及強(qiáng)大的技術(shù)團(tuán)隊(duì)為后盾，統(tǒng)籌全局、吸取精華，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，開發(fā)具有神華寧煤集團(tuán)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的適合于寧東煤種的大型、高效、經(jīng)濟(jì)、職能的2000～3000噸級(jí)干煤粉氣化技術(shù)勢(shì)在必行。

2 神寧爐氣化技術(shù)的理念和實(shí)踐

2.1 燃燒反應(yīng)室的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2.1.1 開發(fā)新型國產(chǎn)組合燒嘴

采用新型國產(chǎn)化干煤粉氣化組合燒嘴，采用高能點(diǎn)火、螺旋式強(qiáng)制旋流冷卻方式和新型三合一火焰檢測(cè)系統(tǒng)，取消煤粉通道與主氧通道之間水夾套，實(shí)現(xiàn)了高壓、惰性環(huán)境下點(diǎn)火成功率98%以上;開發(fā)氧氣與煤粉介質(zhì)的強(qiáng)棟梁傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了煤粉射流旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，強(qiáng)化湍流混合效果，實(shí)現(xiàn)碳轉(zhuǎn)化率98.5%;小視窗在線火焰三位一體視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為氣化爐實(shí)時(shí)操作提供可靠的視頻化檢測(cè)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(nèi)，保護(hù)膜式水冷壁不發(fā)生燒損。

2.1.2 下渣口的優(yōu)化改造

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

2.1.3 水冷壁結(jié)構(gòu)及工藝優(yōu)化

由于水冷壁搗打料強(qiáng)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(tǒng)短時(shí)間過氧等原因，曾出現(xiàn)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(duì)燒嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整掛渣時(shí)工藝操作，減少了水冷壁燒損現(xiàn)象。

2.2 激冷洗滌系統(tǒng)優(yōu)化

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

2.3 給料容器出料方式的選擇

煤粉加壓輸送系統(tǒng)是將常壓煤粉升壓至氣化爐壓力以上約0.5MPa，并穩(wěn)定的送入到氣化爐燃燒室內(nèi)的工藝系統(tǒng)，經(jīng)過對(duì)進(jìn)口粉煤氣化技術(shù)運(yùn)行狀況的分析發(fā)現(xiàn)，粉煤氣化爐非正常停車的多半是因煤粉輸送不穩(wěn)定引起的，因此設(shè)計(jì)可靠穩(wěn)定運(yùn)行的煤粉加壓輸送工藝對(duì)保證氣化爐的長周期穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。

GSP氣化技術(shù)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(xù)投料過程中，經(jīng)常因煤粉流量和密度偏差大導(dǎo)致氣化爐的壓力波動(dòng)頻繁，壓差變化大。神寧爐在GSP的基礎(chǔ)上做出改進(jìn)：將煤粉給料器設(shè)計(jì)成為側(cè)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(diào)節(jié)閥，平衡壓差，保證煤粉管線流量均衡;增加三通閥構(gòu)成煤粉從給料器至煤倉的循環(huán)管線，在投煤前，通過煤粉循環(huán)線，建立穩(wěn)定的煤粉流量。

3 結(jié)束語

“神寧爐”下一步將圍繞節(jié)能、節(jié)水兩個(gè)方面，開展廢鍋流程粉煤加壓氣化技術(shù)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)高溫合成氣的熱量回收，減少系統(tǒng)水耗。同時(shí)進(jìn)一步開展大型化研究，力爭在2020年前后推出4000t/d級(jí)投煤量的大型廢鍋流程粉煤加壓氣化技術(shù)，并且借助物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，打造智能云操控系統(tǒng)，降低乃至消除人為干擾，實(shí)現(xiàn)氣化爐運(yùn)行黑屏操作。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪壽建.現(xiàn)代煤氣化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用綜述[J].化工進(jìn)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(tǒng)流程優(yōu)化[J].潔凈煤技術(shù)，2016，3（22）：119-122.