水煤漿氣化爐合成氣帶水問題的分析

王培+郝煒

摘 要 文章分析了水煤漿氣化爐合成氣帶水的原因、產生的現象和造成的一系列問題，并對合成氣帶水問題進行

討論。

關鍵詞 合成氣；帶水；分析

中圖分類號：TQ545 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0197-02

在水煤漿氣化裝置運行過程中，合成氣帶水是經常出現的問題。合成氣在氣化爐激冷室內經過洗滌、冷卻、分離，將洗滌冷卻水帶出氣化爐，再經過旋風分離器、水洗塔洗滌冷卻后，會造成氣化爐液位低，水洗塔液位高，而且會導致洗滌冷卻水隨合成氣一起帶入后系統變換工段，嚴重時會造成變換催化劑損壞。本文將對合成氣帶水問題進行分析。

1 合成氣工藝流程簡述

水煤漿（濃度約60%）和氧氣（純度99.6%）經過對置式四噴嘴進入氣化爐內，水煤漿被霧化裂解，和氧氣在氣化爐內發生氣化反應，在高溫（1300℃）下迅速反應生成主要成分為CO+H2的合成氣，同時生成少量的熔渣、還有未完全反應的碳。合成氣、熔渣及未完全反應的碳出氣化爐燃燒室后，沿著下降管向下進入氣化爐激冷室液面下，由于下降管內壁的四周分布著激冷水形成的水膜，合成氣與激冷水并流下降的過程中發生了傳熱過程，合成氣被冷卻，部分激冷水蒸發成為飽和水蒸氣，進入合成氣成為氣相組分。合成氣在激冷室液位以下以鼓泡的形式進行洗滌和冷卻，冷卻后的氣體進入激冷室上部分離空間，經四層泡破條除去部分氣體夾帶的液態和固體顆粒后，經合成氣出口管線出氣化爐。熔渣在激冷室的水中被冷卻固化沉降到激冷室底部，通過靜態破渣器破碎后，被鎖斗循環水夾帶入鎖斗，定期排入渣池，未完全反應的懸浮在黑水中的碳顆粒，隨黑水到灰水處理系統。合成氣再進入混合器與黑水循環泵來的黑水混合，使合成氣夾帶的固體顆粒完全潤濕后，進入旋風分離器，氣相中的大部分細灰進入液相，隨黑水從旋風分離器排出，進入灰水處理系統。出旋風分離器的合成氣進入水洗塔中下部，合成氣向上穿過塔板，與塔中部加入的高溫熱水和塔上部加入來自變換工段的變換冷凝液逆流直接接觸，洗滌剩余的固體顆粒，同時伴隨著合成氣減溫、相變及灰水升溫的過程，合成氣在水洗塔頂部經過除沫器除去夾帶在氣體中的霧沫后，送往變換工段。水洗塔下部出水分兩路，一路含固量較低的洗滌黑水經黑水循環泵加壓后，分別進入氣化爐激冷環作激冷水和混合器作潤濕水，另一路黑水從水洗塔底部排出進入灰水處理系統。

2 合成氣帶水的現象和原因

2.1 帶水現象

1）氣化爐激冷室的液位逐漸下降，為保證氣化爐液位，氣化爐底部黑水量減少，去閃蒸系統的閥門會關小，因為去閃蒸系統的黑水流量是和氣化爐激冷室的液位相關聯。

2）氣化爐激冷室的黑水大量帶入旋風分離器和水洗塔，旋風分離器和水洗塔的液位會升高，水洗塔液位長時間居高不下，水洗塔補水閥會關小。

3）水洗塔出口合成氣流量增大，溫度偏高。

4）后系統壓力波動大，氣化壓力不穩定，影響氣化爐正常的工藝指標和操作。

2.2 帶水的原因

1）氣化爐操作溫度高，未加大激冷水流量，合成氣在激冷室洗滌后，較正常溫度偏高，會引起氣化爐液位下降。

2）氣化系統生產負荷大，燃燒室溫度高，熱負荷高，造成氣化爐激冷室帶水。

3）激冷室液位過高，或水洗塔長時間高液位操作，都會引起合成氣帶水。

4）后系統壓力波動大，會造成水洗塔出口合成氣量波動增大，合成氣溫度不穩定，水氣比增大。

5）氣化爐激冷水的水質因長時間運行變差，激冷水經激冷環后分布不均，影響激冷室內的換熱效果，會引起合成氣帶水。

6）其他原因導致合成氣帶水，例如黑水閥門動作卡、不到位，流量計計量不準；這些問題會導致操作人員難以判斷裝置的實際運行情況，操作不當會造成合成氣帶水。

3 合成氣帶水的危害

合成氣帶水后，對氣化系統有危害，同時對后系統也有危害，主要表現在以下幾個方面。

1）氣化爐合成氣帶水后，液位持續下降，液位比較低，加大激冷水量，也很難保證液位，就需要降低負荷，影響生產強度。

2）關小氣化爐底部黑水量，氣化爐入閃蒸系統的黑水量就會減少，黑水中灰渣成分增加，容易堵塞氣化爐去閃蒸系統的黑水管線，影響閃蒸系統操作的穩定。

3）氣化爐帶水后，激冷室內的黑水被帶入旋風分離器和水洗塔，旋風分離器和水洗塔內的含灰量會增大，會影響出水洗塔合成氣的清潔度，同時會影響黑水循環泵入氣化爐的激冷水的水質，長期運行會加劇激冷環的結垢[1]。

4）水洗塔持續高液位，有時會引發合成氣洗滌帶水，影響后系統的正常運行。

5）氣化系統帶水嚴重時，部分黑水進入氣相當中，合成氣含灰量和含水量增加，帶入后系統，造成系統壓力波動，同時會影響變換爐內的觸媒使用壽命。

4 合成氣帶水問題的應對措施

因公司現有的裝置設備已經定型，所以僅從工藝的角度，解決合成氣帶水的問題，可以考慮以下幾個方面。

1）在氣化爐發生帶水時，用降低氣化爐液位的辦法，相對增加了氣化爐激冷室液面上方的分離空間，可以解決氣化爐帶水的問題，先適當降低激冷室液位，再逐步提高液位到正常值，穩定氣化爐液位。

2）加大氣化爐激冷水的供應量，降低激冷水的溫度，保證激冷水的質量，以降低系統的熱流強度，減少水沫的產生，同時保證氣化爐底部一定量的黑水出水量，以防止氣化爐帶水。

3）適當降低氣化爐的操作溫度。在氣化爐操作中，爐溫的控制相當重要，維持較高的爐溫，對氣化反應有利，有效氣體成分高。但是爐溫升高，激冷水中飽和水蒸氣也多，氣量增大，會引起帶水，因此爐溫應控制在高于灰熔點50℃～100℃左右[2]。

4）穩定水洗塔液位，水洗塔液位較高時，加大水洗塔底部黑水排放量，盡量穩定水洗塔洗滌水量，可稍微減少下塔補水量。

5）合成氣帶水嚴重時，適當降低系統生產負荷。正常操作時，要穩定系統負荷，少加減負荷，調節幅度不宜過快，這樣能穩定系統長周期穩定運行，也能防止合成氣帶水。

6）穩定系統壓力。后系統壓力波動時，應盡量穩定氣化操作壓力，可防止氣化爐帶水。

7）保證鎖斗系統的正常運行，避免激冷室液相含固量增大，影響合成氣的含灰量和含水量。

5 結束語

合成氣帶水的問題主要因素是氣體流速大，系統的熱負荷高，氣化爐、水洗塔液位高，氣化爐溫度高，氧壓及系統壓力波動，激冷水系統水質差等。對合成氣帶水原因有理性的認識，能及時正確的采取防范措施，減少了因帶水問題導致的停車及對設備管道的檢修，從而使氣化爐安全、穩定、長周期運行，增加企業的經濟效益。

參考文獻

[1]丁振偉，王偉.德士古煤氣化爐合成氣帶水問題分析與探討[J].中氮肥，2003（03）：25-27.

[2]朱冬梅.水煤漿加壓氣化爐帶水原因分析及應對措施[J].化肥設計，2002，06（2）：32-34.endprint