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德士古煤气化炉激冷室带水问题的探讨

作者：杨宇 马小璐

来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第09期

摘 要：德士古气化炉是美国德士古公司的专利技术，采用水煤浆加压气化工艺。目前国内大化肥装置较多采用德士古气化炉，并且世界范围内IGCC电站多采用德士古式气化炉。士古气化工艺最早开发与20世纪40年代后期。当时水煤浆采用干磨湿配工艺，即先将原煤磨细再加水混合制成水煤浆，浓度只能达到50%左右。20世纪90年代开始，Texaco气化技术主要在我国煤化工行业得到应用。在使用中，德士古煤气化炉有带水的问题，解决这一问题对于优化工艺有着较大的作用，基于此，本文从德士古煤气炉的优点入手，首先分析了德士古煤气化炉激冷室带水问题，然后研究了德士古煤气化炉激冷室带水的解决措施，以期为相关的研究提供可参考的意见。

关键词：德士古气化炉；激冷室带水；措施 1 德士古煤气炉的优点

德士古水煤浆加压气化技术具有诸多优点，在能源综合利用、节能和环保方面能起到相当重要的作用。虽然在运行过程中不可避免会出现一些如激冷室带水等问题，但只要采取得当的措施，即可安稳、长周期运行。德士古水煤浆加压气化工艺技术相对于传统的固定床、流化床等气化工艺， 具有如下优点：①煤种适应性广：德士古气化工艺可以利用次烟煤、烟煤、石油焦等。不受灰熔点限制（灰熔点高可加助熔剂，但在煤种的选用过程中，应尽量选择灰熔点低，粘温特性较好的煤），同时因原料煤最终要磨制成水煤浆，故可选用粒度小于10mm大小均可；②连续生产性强：气化炉的原料——煤浆、氧气的生产是连续的， 因此也就能够连续不断地进入气化炉。排渣经排渣系统固定程序控制，不需停车排渣，系统操作相对稳定；③气化压力高：气化炉内的高压， 首先是相同质量的产品气大幅度减小了比容积，提高了单炉产量，其次产品气具有的高压节省了煤气压缩所需要的能耗和费用；④合成气质量好：国内外已有的德士古水煤浆气化工艺产品煤气中有效成份（CO+H2）一般都在80%左右，可作为生产甲醇的原料气；⑤气化温度高：气化炉运行温度一般在1200～1350℃，提高了煤的碳转化率。气化炉实际运行温度在1250±50℃左右，实际生产的操作温度，应根据渣样的分析情况适当调整气化炉的操作温度，碳转化率高达96%～98%以上；同时，高温产生的热能回收后生产蒸汽，能满足其它工序的生产需要；⑥安全性能好：由于德士古工艺采用湿法磨煤，将煤、水、添加剂同时进入磨煤机制浆，避免了干磨法中煤粉这一易燃易爆物质给工业生产带来的巨大安全隐患；⑦有利于环保：首先，德士古气化工艺由于气化炉内温度高，所以不生成焦油、酚等污染环境的副产物，经过后系统的闪蒸处理后外排废水主要成份是含氨氮合物，远比煤焦产生的废水易于处理；其次，气化系统的水在本系统内循环使用，外排废水很少（氨氮含量在450mg/L以下），远比其它气化方法产生的废水量少；第三，配制水煤浆时，可利用工厂排出的含大量有机物、较难生化处理的废水用于配制水煤浆，从而大幅度降低了因满足环保要求而支出的废水。

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2 德士古煤气化炉激冷室带水问题 2.1 德士古煤气化炉激冷室带水过程

入气化炉内后，水煤浆被雾化成细小的颗粒，与氧气在炉内1200～1350℃的高温下发生复杂的氧化—还原反应，产生煤气（主要成份是一氧化碳和氢气，也称为合成气），同时生成少量熔渣。合成气与熔渣出气化炉燃烧室后在下降管的引导下进入到气化炉激冷室液面以下，熔渣被冷却固化后沉降到气化炉激冷室底部，经锁斗收集后排出；合成气被冷却并吸收了饱和蒸汽后出下降管，沿下降管与上升管之间的环隙鼓泡上升，离开上升管后被激冷室顶部的折流挡板阻挡折流后由气化炉激冷室合成气出口排出，经文丘里洗涤器去洗涤塔进一步洗涤除尘后送变换工序。合成气通过燃烧室的渣口进入激冷环和下降管以后，由于下降管内壁四周分布着激冷水形成的液膜，合成气与激冷水并流下行的过程即发生了传热传质过程，合成气被冷却，激冷水被加热，部分激冷水蒸发成为饱和蒸汽进入到合成气中。合成气离开下降管后，在下降管与上升管的环隙间穿越激冷室水液层鼓泡上升，在此过程中由于气体流速较快，合成气在溢出激冷室液面时要夹带部分水。夹带出的水有4种运动形式：一部分随合成气在环隙上升的过程中由于没有足够的动能，又落回到环隙的液层中；一部分撞击到上升管的内壁和下降管的外壁上以液膜的形式流回到液层中；一部分在离开上升管后经过激冷室上部的折流板时，被分离沉降到激冷室液面上；一部分最终随合成气被带出气化炉，经文丘里进入洗涤塔中。 2.2 德士古煤气化炉激冷室带水的危害

由于合成气在激冷室液层中穿行的过程属于一种气、液分散系，而且存在着传热传质的过程比较复杂。激冷室带水的问题对气化系统稳定运行的危害很大，严重影响正常的工业生产。主要的危害表现在以下几个方面：①激冷室带水造成洗涤塔液位增高，会增加洗涤塔的带水严重从而威胁到后工段的变换系统的正常运行；②气化炉带水造成气化操作系统的大幅度波动，导致气化炉内无法稳定操作，从而导致有效气的成分波动，影响下游工段的稳定操作，常常因此原因迫使装置减负荷运行，严重影响正常的工业生产；③当激冷室带水严重时气化炉液位持续下降，会迫使系统停车，带来经济损失；④洗涤塔的水质固含量增加，为激冷环供水的水质恶化，影响激冷环的寿命；⑤由于系统水循环失去平衡，黑水中灰渣颗粒的分离过程有所变化，灰水处理系统的固含量将会增加。导致返回系统的灰水水质进一步恶化，进而导致带水的恶性循环；另一方面，将加剧管道和设备的结垢、磨损和堵塞问题。 3 德士古煤气化炉激冷室带水的解决措施

①扩大上升管的直径，加大上升管与下降管之间的环形通道的面积，降低气体的流速，减弱合成气对液相的冲击，降低夹带水的动能，从源头上遏制合成气带水的问题。由于气化炉上升管采用螺栓紧固的方式组装到气化炉激冷室中，更换起来比较方便，改造费用也较低，所以该方案特别适用于运行装置的技术改造；②加大气化炉激冷室的结构尽寸，增大激冷室液面上部的分离空间，让更多的夹带水返回到气化炉激冷室的液面中。在气体流速相同的情况下，气体夹带水的动能基本相同，其分离空间流速为远大于相对于液滴的带出速度，所以合成气带水

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的量很大。在装置满负荷正常生产时，气化炉、洗涤塔的水平衡。夹带水回流到液面中的比例就多，这一方案已在生产中得到了验证。在发生气化炉严重带水时，用降低气化炉液位的办法，相对增加了气化炉激冷室液面上的分离空间，对于减轻气化炉带水的效果非常明显。但气化炉要维持正常液位运行，所以激冷室的结构尺寸要加大，所以这种方案只适用于新装置的设计；③在气化炉合成气出口管线上加一气水分离器，分离出的水依靠位差再流回到气化炉激冷室中。该方案不仅有利于消除气化炉带水问题，而且还可以减轻气化炉激冷室对激冷水量的需求压力，同时还可以减少一定的动力消耗，而且对于改善洗涤塔水质、激冷水水质、减少合成气带水、稳定气化炉和洗涤塔的操作都非常有利，是一个理想的改造方案；④加大气化炉激冷水的供应量和排出量。降低激冷室内激冷水的温度和改善激冷室内的水质，降低合成气与激冷水间两相流沸腾传热的热流强度，减少水沫的生成。但这需要加大洗涤塔循环泵的功率和闪蒸系统的黑水处理负荷，使整个系统的水平衡发生改变。 4 结语

气化炉合成气带水的问题对气化系统稳定运行的危害很大。气化炉合成气带水的主要原因是系统热负荷过高产生水沫和激冷室内气体流速过高，通过降低热流强度和扩大上升管直径、加大激冷室液面上部分离空间，以及在气化炉合成气出口管线上设置气水分离器可以从不同的侧面解决。 参考文献：

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