水煤漿加壓氣化技術存在問題探析

李小亮，郭志強

（神華新疆化工有限公司，新疆烏魯木齊 831404）

水煤漿加壓氣化技術存在問題探析

李小亮，郭志強

（神華新疆化工有限公司，新疆烏魯木齊 831404）

水煤漿加壓氣化工藝技術措施的應用，解決了煤氣化的問題，滿足水煤漿氣化的需要。針對水煤漿加壓氣化技術中存在的問題進行研究，包括水煤漿加壓氣化出現的帶灰帶水、管道閥門磨損等問題，尋找解決水煤漿加壓氣化的問題的方法，促進水煤漿加壓氣化的成果。

水煤漿；加壓氣化技術；存在的問題；研究

1 水煤漿加壓氣化技術

水煤漿加壓氣化工藝技術措施，是煤氣化工藝的代表，實現各種原料煤的氣化，達到煤加工的技術要求。應用氣化爐將水煤漿加入，出口達到氣化后的成分，實施純氧化工藝技術，避免水煤氣中含有過多的雜質，才能滿足下游用戶的需要，達到產品的質量標準。

水煤漿加壓氣化工藝過程中，在純氧條件下進行反應，需要對碳的轉化率進行有效控制，也就是說最終的水煤氣的主要成分是一氧化碳和氫氣。生產的氣體質量好、操作彈性、操作性能強、可靠程度高、氣化效率及碳轉化率高，能夠充分滿足化工原料氣的質量標準，對于生產加工工藝的三廢處理效果突出，沒有更多的廢氣、廢水和廢渣。應用計算機遠程控制和管理，應用計算機的控制，解決人的勞動強度問題，達到自動化生產的目標，適應化工生產的環保要求，具有非常廣闊的發展前景。

水煤漿的加壓氣化工藝技術措施是應用水煤漿在一定溫度的環境下，將純氧、水煤漿經過環狀燒嘴噴入到氣化爐內，進行部分氧化反應，生產出以一氧化碳、氫氣為主的合成氣，氣化爐的反應過程相對比較復雜，一般包括煤的裂解和揮發份的燃燒、燃燒和氣化反應。經過兩級燃燒反應后，氧氣的消耗基本完成，而氣化反應過程包括部分氧化反應、煤的燃燒裂解反應、二氧化碳還原反應、碳的完全燃燒反應、非均相水煤氣反應、甲烷轉化反應、逆變換反應及副反應，進行的是煤焦、甲烷等和水蒸氣、二氧化碳反應得到一氧化碳和氫氣。

2 水煤漿加壓氣化技術存在的問題及對策

2.1 水煤漿加壓氣化技術存在的問題

在水煤氣加壓氣化工藝中，存在著許多的問題，水煤氣加壓氣化裝置通常會出現帶灰帶水的問題，裝置中耐火磚的使用壽命短的問題，燒嘴運行周期短的問題以及激冷環結垢的問題，管道和閥門磨損嚴重的問題。必須對這些問題加以解決，才能達到水煤漿加壓氣化的技術要求，生產出合格的水煤氣產品，滿足市場的需求。

影響水煤漿加壓氣化工藝技術的因素比較多，對煤質的要求具有較高的發熱值，規定指標范圍內的水分、灰熔點、氯離子含量及較低的灰分和顆粒直徑等，如果達不到原料煤的要求，對于水煤漿的加壓氣化產生不利的影響。水煤漿的濃度、粒度、黏度、流動性、穩定性及其它性能對氣化效率的影響比較大，氧氣和水煤漿的比例（氧煤比）也影響著加壓氣化的成果。氣化爐的爐溫控制直接影響到水煤氣的氣體組分，溫度控制不當，水煤漿氣化不完全氧化反應或過氧化反應，或者有效氣組分少，都會嚴重影響到產品的質量。反應壓力也會對整個加工工藝起到非常大的影響，加壓氣化增加反應物的濃度，促進反應的進行，是有利的因素。加壓操作提高水煤漿的霧化質量，降低壓縮的功率，提高設備的利用率，達到最佳的生產狀態。

2.2 水煤漿加壓氣化技術存在問題的解決措施

為了提高水煤漿加壓氣化的產品質量，必須解決生產裝置存在的問題，用最少的投入，達到最佳的生產狀態，生產出合格的水煤氣產品，達到產品質量標準。

2.2.1 合理解決水煤氣帶灰帶水的問題

由于水煤氣帶灰帶水，短期嚴重影響到水煤氣的水氣比、氣化爐液位的穩定操作和后系統氣液分離效果，長期也影響變換爐氣體流通路徑、變換反應的進行，造成變換爐氣體偏流，變換效果不佳，以及影響低溫甲醇洗洗滌甲醇的品質和變換氣的洗滌效果。神化新疆煤化工氣化裝置通過氣化爐激冷室、文丘里洗滌器、洗滌塔三個單元結合起來，達到先粗分離，再精分離，去除水煤氣中攜帶的灰、水分或者殘渣，使水煤氣更加清潔，符合化工生產的需求。

粗水煤氣在經過氣化爐激冷室降溫激冷之后，降低水煤氣的溫度，激冷氣化反應產生的爐渣，使爐渣和水煤氣更好分離，再通過文丘里洗滌器二次洗滌、分離，實現水煤氣中大部分灰分的分離，提高水煤氣的純度。再將水煤氣進入洗滌塔，通過水洗作用，去除全部的飛灰和絕大多數的機械雜質。通過三大設備的配合，解決水煤氣帶灰、帶水及機械雜質的作用，保證下步工序的正常運行，不斷提高水煤氣的加工質量。

2.2.2 鉑銠合金熱電偶的應用

氣化爐的溫度影響著耐火磚的使用壽命，氣化爐的排渣是氣化爐安全運行的必要條件。為了保證氣化爐處于正常運行的狀態，必須保證氣化爐的溫度要求，對溫度的監測是至關重要的。使用鉑銠合金材質的熱電偶作為測溫元件，能夠及時有效地測取氣化爐的運行真實溫度，使其達到水煤漿加壓氣化工藝的要求。

為了延長熱電偶的使用壽命，使用鉑銠合金作為熱電偶的材料，代替普通耐高溫陶瓷能夠達到長期監測氣化爐溫度的效果。減少了氣化爐更換熱電偶的次數，降低了生產成本，并達到實時監測氣化爐溫度的目的。

在氣化爐溫度不能正常指示爐內溫度的同時，也可根據粗水煤氣組分在線分析儀測得的甲烷和二氧化碳含量，結合煤漿灰熔點分析，綜合判斷爐溫。促進水煤漿加壓氣化工藝的正常運行，達到生產質量目標。

2.2.3 選擇耐磨的材料，延長燒嘴的使用壽命

氣化爐噴嘴的形式采用同心三套管形式，使用英特奈爾625材質，中心氧、水煤漿及外環氧為縮口設計，用于滿足自身介質的流量要求，在供應壓力允許的前提下，提高氧氣與水煤漿的混合和霧化效果，提高利用率，通過燒嘴將氧氣均勻地噴入水煤漿體系，加速水煤漿的氣化和氧化過程，使化學反應迅速，得到最佳的生產效率。為了延長燒嘴和管線的使用壽命，在工藝設備設計時，優選耐磨的材料，設計燒嘴冷卻水盤管對燒嘴處于氣化爐內高溫工藝氣體中的本體部分進行保護，延長氣化爐燒嘴的使用壽命，使其滿足水煤漿氣化生產工藝的技術要求。

水煤漿在霧化過程中，直接沖擊燒嘴，對燒嘴產生嚴重的磨損，造成極大的金屬疲勞，燒嘴很容易損壞，而影響到正常的加壓氣化工藝。可以將水煤漿和氧氣進行預混處理，應用耐磨的材料制造燒嘴，都可以解決燒嘴磨損的問題，而對于爐管的損壞，可考慮使用耐高溫陶瓷作為中心管或在燒嘴內部噴涂高強度抗物力腐蝕的合金鋼等提高強度的材料制造爐管，延長爐管的使用壽命，在考慮燒嘴自身材質的同時，應注重熱沖擊、化學沖擊及應力對燒嘴使用壽命的影響，才能保證水煤漿加壓氣化的正常進行。

2.2.4 采用合理的設計，降低管道和閥門的磨損

在閃蒸系統中，由于氣化爐、洗滌塔底部產生的黑水存在大量細小的煤碳殘渣等成分，會加劇對管道和閥門的磨損（包括黑水系統角閥壓差大、壓降高，黑水流動過程中對管道造成的沖刷、磨損，工藝系統彎頭處或進閃蒸系統處的彎頭造成的沖刷、磨損），高壓黑水減壓送至閃蒸系統后對管道造成磨損后繼而造成相關管線的泄漏，引起生產工藝的壓力下降，浪費了系統的能量，使生產工藝受到嚴重的影響。由于閥門的閥芯磨損嚴重，閥門會關不嚴，引起工藝參數的變化，增加生產系統的運行調節難度，倒流程時效果不佳。因此需要加強水質的管理，避免黑水的沖刷影響到閥門和管道的使用壽命。優選閥門結構，使用耐磨金屬管道及的閥芯代替陶瓷閥芯，降低磨損引起的故障，保證閥門的正常導通和截止狀態，完善流程的切換，達到水煤氣加壓氣化的工藝流程的要求。

2.2.5 使用新型的耐火磚，提高耐火磚的使用壽命

在氣化爐中使用耐火磚進行封隔，包括：向火面磚、隔熱磚及背襯磚。由于氣化爐的操作溫度比較高，加上生產負荷的頻繁調整、波動，煤質波動較大或者耐火磚砌筑質量不佳時，都會造成耐火磚的使用壽命相對比較短，需要及時進行更換，而影響到水煤漿加壓氣化的正常進行。由于生產過程中，氣化爐內反應過后的熔融態爐渣會沿著耐火磚的表面向下流動，對耐火磚產生一定的腐蝕，降低耐火磚的強度，經過一定時期的生產后，會逐漸失去隔熱的作用。如果氣化爐內的溫度變化比較頻繁，而且相差比較懸殊的情況下，會造成耐火磚的熱脹冷縮，進而造成脫落，目前絕大多數氣化爐均使用鉻、鎬、鋁材質的，按照不同元素比例進行摻配的耐火磚進行實際生產，因此要保證氣化爐穩定、安全、長周期的運行就必須優選新型的高效耐火磚，才能提高耐火磚的使用壽命，保證水煤漿氣化工藝的正常進行。

2.2.6 對激冷環結垢堵塞問題的處理

在水煤漿加壓氣化工藝中，為了解決激冷環的結垢堵塞等問題，對垢的成分進行分析，除了優選化學分散劑以外，還應考慮激冷水的水質、含固量等，在激冷環前端安裝過濾器，將更大顆粒直徑的灰垢除去，并定期進行激冷水過濾器的切換，及時清理解除系統解除的過濾器濾網，備用條件，達到保護激冷環暢通，防止結垢堵塞等現象，滿足工藝的基本要求。

同時可以優化設計激冷環的布水孔，使冷卻水均勻分布，降低水流的阻力，提高冷卻水的運行速度，減少結垢現象的發生。可以簡化激冷流程，減少黑水的侵入，應用一級或者二級的冷凝液，達到最佳的冷卻效果。如果出現嚴重的結垢現象，應利用停車的時間，進行激冷環的清垢處理，處理后，延長激冷環的使用壽命，避免發生嚴重的結垢現象造成激冷環、下降管的損壞。

3 結束語

通過對水煤漿加壓氣化技術存在問題的研究，解決水煤漿加壓氣化的問題，促進水煤漿的生產，提高煤田的生產效率。水煤漿加壓氣化工藝技術對于煤質的適應性比較廣，生產裝置能夠長周期的運行，達到生產的要求。氣化爐具有耐火磚的襯里，需要對耐火磚進行優化設計，就能夠延長氣化爐的使用壽命。優選各種高強度的閥門和管線，能夠適應水煤漿加壓氣化的技術要求，預防出現閥門和管線磨損的問題。

[1] 劉遠園，馬少龍，秦敏建.德士古水煤漿加壓氣化技術存在問題探析[J].化工管理，2016，（21）.

Analysis on Problems Existing in Pressurized Gasification Technology of Coal Water Slurry

Li Xiao-liang，Guo Zhi-jiang

The application of coal-water slurry pressurized gasification technology measures to solve the problem of coal gasif i cation to meet the needs of coal-water slurry gasif i cation.The problems existing in the pressurized gasif i cation technology of coal water slurry are studied，including the problems such as the wear of the gray belt and the wear of the pipeline valve.To fi nd a solution to the problem of pressurized gasif i cation of coal water slurry，and to promote the results of pressurized gasif i cation of coal water slurry.

coal-water slurry；pressurized gasif i cation technology；existing problem；research

TQ546

：B

：1003–6490（2017）04–0064–02

2017–03–28

李小亮（1987—），男，新疆烏魯木齊人，助理工程師，主要從事生產調度工作。