德士古煤气化装置运行问题探讨

德士古煤气化装置运行问题探讨

许　波

On Operation of Texaco Coal Gasifier

Xu Bo

(Shanghai Coking Corporation 200241)

　　Abstract　Based on the three-year-operation of Texaco coal Gasifier at Shanghai Coking Corporation(from 1996 to 1998), problems of a stable and long-time operation under heavy daty have been inquired into and analyzed.

　　Key words 　texaco gasifier, coal gasification, stable operation

引　　言

　　上海焦化有限公司三联供工程主要有二个生产系统，一是生产低热值煤气的U-GAS装置，另一个是德士古煤气化生产甲醇装置，对后一系统来说，德士古煤气化的长周期、高负荷、稳定运行是一个关键，本文就此问题进行探讨。

表1　1996年停车原因汇总

德士古煤气化装置运行问题探讨　　摘　要　本文介绍了上海焦化有限公司德士古煤气化装置1996年～1998年的运行情况，并就德士古煤气化装置的长周期、高负荷、稳定运行问题进行了分析和探讨。

　　关键词　德士古气化炉　煤气化　稳定运行1　装置运行概况

　　德士古煤气化装置于1995年5月22日第一次化工投料试车，经过不断地改造和完善，装置运行越来越趋于稳定，1996年、1997年、1998年运行情况分别列于表1、表2、表3，单炉运行情况列于表4，兄弟厂家运行情况列于表5。

3.2　气化炉耐火砖

　　德士古气化炉耐火砖的价格是非常昂贵的，换一次向火面砖，拆卸、筑炉、烘炉、检查、试压就得花费一个半月到二个月时间，严重影响了备炉工作，所以必须选用质量较好的耐火砖，筑炉时严格把好质量关，在使用过程中严格控制气化炉操作温度，尽量延长耐火砖的使用寿命。根据美国伊斯曼的经验，每套耐火砖生产合成气的总量基本上是一个常量。生产负荷低些，耐火砖的寿命相对就长些，生产负荷高些，耐火砖的寿命相对就短些。

　　影响气化炉耐火衬里寿命的因素很多，就使用而言，应注意以下几点：

3.2.1　操作温度　炉内温度对耐火衬里的寿命是非常重要的，所以要严格控制不要超温。在正常生产条件下，耐火砖表面有一层煤渣层，实际上渣层是动态的，温度低渣层较厚，温度高渣层较薄，适当厚的渣层可以减缓高温气体和熔渣的冲刷。

　　水煤浆德士古气化炉对耐火砖的要求比以重油为原料的炉子对耐火砖的要求要高得多，其主要原因是熔渣对耐火材料的渗透和腐蚀。更换耐火砖时发现渗透厚度达10mm～20mm,熔渣渗透后，其强度明显下降。温度高则浸蚀加剧。据有关资料介绍，特别是操作温度超过1 400℃时浸蚀作用成倍地增加。在运行过程中还曾发生过氧气负荷波动的情况，有时氧气调节阀会造成氧气负荷变动，有时大颗粒会突然卡住高压煤浆泵活门，煤浆流量突然下降造成氧气量相对过量。氧气波动后直接造成炉温的波动，氧气波动范围有时为500m3～600m3，最大达到过1 000m3左右。氧气突然升高后，造成炉温突然升高，会突然烧坏高温热电偶，这种情况对耐火砖的影响是很大的，应尽量避免。

　　综合考虑各种因素，一般气化炉的操作温度应控制在1 350℃以下。当高温热电偶损坏或指示不准时，因为合成气中甲烷含量与炉内温度有一定的关系，一般可根据出口气中甲烷含量来进行控制。遇到这种情况，在实际操作中，为了避免CH4含量分析结果的偏差，不但要观察甲烷含量，而且还要观察H2、CO、CO2等成分的变化，以及其他生产条件如煤浆浓度、流量、氧气流量、出渣情况等的变化来进行综合判断，使操作温度与理论控制温度不要偏离太大。

3.2.2　减少开停车次数　在开停车的过程中由于更换烧嘴，会使冷空气进入炉内，造成炉内温度的急骤变化，在投料过程的短时间内，炉内温度升得比较快，这也是难以控制的。这些情况对耐火衬里是非常有害的，甚至会导致耐火衬里出现开裂损坏，所以在生产过程中应尽量做到稳定生产，减少开停车次数。

3.3　完善化工作

　　德士古气化装置自投产以来，已经进行了大小几十项改造，才达到目前的运行水平，但是距长周期、高负荷、稳定运行的要求还有相当大的差距。目前对制约德士古气化装置长周期、高负荷、稳定运行的问题需要进一步完善，例如电网波动引起高压煤浆泵跳车，气化炉激冷环堵塞，闪蒸系统管道、阀门磨损，气化炉带水，高负荷时激冷室液位难以控制等问题。下面就这些问题作一探讨。

3.3.1　电网波动引起高压煤浆泵跳车　1996年～1998年期间因电的问题引起德士古跳车就达26次之多。仅1998年就有10次，占全年停车次数的1/4。因电的问题引起德士古跳车其实质是电压波动引起高压煤浆泵变频器跳车而迫使德士古气化炉停车。电压波动是瞬时的，曾经出现过高压煤浆泵停1s或2s，然后又开起来，德士古气化炉并没有跳车。目前初步设想，一是改造变频器，由单电源改为双电源，当一路电源影响时，能够自动切换；二是进一步完善变频器的功能，提高变频器抗波动的能力。

3.3.2　激冷环堵塞　对德士古水煤浆气化而言，对原料煤的选择，在可能的条件下，一般均选用灰熔点低的煤作原料，灰溶点低的煤中含CaO量就高些，若煤的灰熔点较高时，一般都必须向煤中加助熔剂(石灰石)，所以灰水系统结垢问题是必然的。渭河化肥厂投产初期，使用黄陵煤，灰水呈酸性，所以激冷环堵塞的现象并不明显，以后改为华亭煤，灰水呈碱性，激冷环堵塞的现象逐渐明显起来，鲁南化肥厂和我厂灰水呈碱性，也经常发生激冷环堵塞的现象。

　　发生激冷环堵塞，大多发生在停车过程中，在停车过程中激冷水由洗涤塔循环泵切换至预热水泵后，激冷水流量会有明显下降。

　　目前处理激冷环堵塞问题大多采用如下方法：

　　(1)加阻垢剂

　　如能在气化炉激冷水中投加某些药剂，破坏垢层结晶增长，使CaCO3悬浮于水中，就可达到控制水垢形成的目的。

　　我公司使用TL-1102D阻垢剂，投加量为50mg/L～60mg/L，加阻垢剂后灰水泵从未发生过结垢，阻垢效果较好，但激冷环的结垢情况并未有太大的改善。鲁南化肥厂使用TS-1213阻垢分散剂，投加量为50mg/L。陕西渭河化肥厂使用NKC-920阻垢分散剂，投加量为50mg/L～80mg/L。添加阻垢分散剂并不能彻底解决结垢问题，只能缓解结垢状况，几个厂也都在寻求试验效果更好的阻垢分散剂。

　　(2)酸洗

　　我厂和山东鲁南化肥厂也都进行过酸洗，定期酸洗也是解决激冷环结垢的有效办法。

　　(3)高压清洗泵清洗

　　我厂经常使用高压清洗泵用高压水进行清洗，清洗时要用特殊的高压软管 ， 清洗压力一般达

8.0MPa，但在清洗过程中要将炉温降下来，拆装的工作量也较大。

　　(4)使用管路处理器

　　我厂曾使用过美格洁管路处理器，它应用法拉弟电磁感应原理(永久磁铁20 000高斯)使水离子化，可改变管内流体中固体物和悬浮物的晶格结构，使其变为疏松结构。进而产生强劲的防垢、除垢功效。开始使用时似乎有些效果，但后来效果也不明显。

3.3.3　气化炉激冷室带水问题　我厂在试车过程中就遇到了气化炉激冷室带水问题，加入的激冷水远远大于合成气带出的水量和排出黑水总量，但是激冷室液位仍维持不住。我厂对上升管作了改造，在设计负荷条件下比过去情况稍有好转，基本能适应生产。激冷室内的气液平衡如遭到破坏，要使其恢复到正常状况需要的时间也比较长。当生产负荷超过设计负荷后，这个问题又逐渐表现出来。山东鲁南化肥厂和陕西渭河化肥厂也出现过这种“带水”现象。国内已在运行的三套德士古水煤浆气化装置的气化炉激冷室结构、尺寸基本上是一样的，不同的只是烧嘴、压力、投煤量。压力越高，此“带水”现象就越明显，一种理论认为随着压力与负荷的增加，激冷室内热流强度增加，当其达到一临界值时，传热方式转为低效的膜状沸腾传热，炉内气体随之带走大量水至后系统。笔者认为当高温合成气经下降管时，由于激冷水的激冷，气体和熔渣温度很快下降，渣继续下降，气体并夹带少量水沿下降管与上升管间的环隙继续上升，从合成气出口排出，若气体不是沿环隙上升，而是有气体冲出钟罩，这样气体通过液封继续向上，必定会夹带大量水，激冷室示于图1。

                               
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图1　激冷室示意图

　　设气体通过环隙的阻力为h(m液柱)

　　　　下降管内压力为P1

　　　　上升管外压力为P2

　　　　上升管内外液位差为H(m)

　　工况正常时：h=P1－P2=H

　　带水时：h(P1-P2)＞H1

　　山东鲁南、上海焦化、陕西渭河三厂气化炉压力不同，气量不同，气体通过环隙的流速基本上是相同的，但是气体组成不同、重度不同，再加上气体在上升过程中还夹带少量水和灰，所以实际上是一个很复杂的过程，气体通过环隙的阻力肯定是不同的，压力越高，负荷越大，气体通过环隙的阻力就越大。但该三厂气化炉激冷室内尺寸完全相同，本身就值得探讨，随着压力与负荷的增加，“带水”现象越趋严重就很易解释。笔者认为解决办法还是在钟罩或下降管上作些改造，另再增加一补水口，一旦发生带水现象时立即补水，使H＞(P1-P2)，迫使气体沿环隙上升，这样就比较容易控制。

3.3.4　磨损、冲刷问题　黑水在管内流动时，如压力不变化，磨损和冲刷并不严重，当压力突然降低，磨损和冲刷现象就较为突出，在德士古水煤浆气化装置系统，一般都发生在黑水进中压闪蒸阀后，要解决此类问题只有在易磨损、冲刷的部位用耐磨损的材料，另外应加强管理工作，做好计划检修、预防性检修和机会检修，有些管段经实践可摸索出一定的规律性，到时间就更换，力争做到将停车时的检修放到平时来做，将现场工作放到室内来做。我厂闪蒸系统有二套系统可以互相切换，对生产来说也有很大的好处，也避免了一些不必要的停车。

4　结 束 语

　　德士古煤气化是较先进的气化工艺之一，由于工程设计和操作经验的不完善，开停车次数仍较多，还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的要求。对影响长周期、高负荷、稳定运行的问题需进一步探讨、研究，不断改进，使该装置运行得更好。

                               
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