淺談多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)在工程應(yīng)用中的優(yōu)化及改造

摘 要：多噴嘴對置式水煤氣氣化技術(shù)工業(yè)應(yīng)用十余年來，工藝流程及關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)不斷升級和完善。主要介紹了氣化爐拱頂及耐火磚結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和水洗塔、蒸發(fā)熱水塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)的改造和完善，裝置的可操作性和運(yùn)行周期不斷提高。

關(guān)鍵詞：多噴嘴對置式氣化爐；耐火磚；水洗塔；蒸發(fā)熱水塔

多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)是兗礦集團(tuán)和華東理工大學(xué)共同開發(fā)的，多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)經(jīng)歷了技術(shù)理論、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、工業(yè)中試、工業(yè)示范、工業(yè)放大等技術(shù)開發(fā)過程，掌握了該技術(shù)的工程放大規(guī)律，研究與放大方法是科學(xué)、正確、嚴(yán)謹(jǐn)，奠定了向更大規(guī)模跨越的理論與工程化基礎(chǔ)

從2005年第一套千噸級工業(yè)示范裝置投產(chǎn)以來，結(jié)合十余年工業(yè)化經(jīng)驗(yàn)多噴嘴氣化技術(shù)工藝流程及關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)不斷升級和完善，使得工藝流程更趨合理，關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行周期更長，工況更穩(wěn)定。

1 耐火磚結(jié)構(gòu)優(yōu)化

氣化爐燃燒室為一進(jìn)行氣化與燃燒反應(yīng)的氣流床反應(yīng)器，氣化爐金屬殼體設(shè)計(jì)溫度約425℃，為防止高溫火焰使金屬殼體受熱變形，多噴嘴對置式水煤漿氣化爐燃燒室采用耐火磚結(jié)構(gòu)，耐火磚分為三層，從里到外依次為向火面磚（Cr-Al-Zr磚）、背襯磚（Cr-Al磚）、隔熱磚（純Al2O3）。爐體耐火磚從上到下依次為拱頂、筒體、錐底三部分，為了便于局部更換，在燒嘴上部下部分別設(shè)置托磚架。

1.1 存在問題

氣化爐燃燒室砌筑耐火磚后，燃燒室內(nèi)徑相較于氣化爐殼體內(nèi)徑縮減約1000mm，這就造成氣化爐燃燒室內(nèi)有效反應(yīng)容積減小，從而制約裝置提產(chǎn)的要求。

1.2 處理措施

對氣化爐隔熱襯里進(jìn)行減薄優(yōu)化，主要對背襯磚厚度進(jìn)行了削減，同時增加隔熱磚厚度。在相同鋼殼體內(nèi)徑下，減薄優(yōu)化后的氣化爐爐膛有效容積顯著增大，有利于在不增加設(shè)備投資的情況下提高氣化爐處理能力。

通過理論計(jì)算，相對于減薄優(yōu)化后的耐火襯里結(jié)構(gòu)，減薄優(yōu)化前由于背襯磚厚度引起的熱阻增加，耐火磚層、托磚架和爐殼內(nèi)的整體溫度分布相比減薄優(yōu)化后均有不同程度的降低：托磚架和筋板的最高溫度比減薄優(yōu)化后低約60℃，最低最高溫度比減薄優(yōu)化后低約30℃；爐殼和鰭片中的最高溫度比減薄優(yōu)化后低約30℃，最低最高溫度比減薄優(yōu)化后低約20℃。因此，減薄優(yōu)化后的耐火襯里結(jié)構(gòu)雖然會增加爐殼和托磚架超溫的風(fēng)險，但由于溫度升高并不明顯，這一風(fēng)險應(yīng)當(dāng)在可控范圍內(nèi)。

2 蒸發(fā)熱水塔結(jié)構(gòu)升級

多噴嘴氣化工藝中渣水處理系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是蒸發(fā)熱水塔，氣化爐及煤氣化初步凈化系統(tǒng)來的渣水分別減壓后導(dǎo)入蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室，渣水大量汽化，溶解在水中的酸性氣體解吸。蒸發(fā)室產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入熱水室與循環(huán)灰水直接接觸換熱，使灰水得到最大程度的升溫。

2.1 存在問題

在早期設(shè)計(jì)中，蒸發(fā)熱水塔熱水室采用填料結(jié)構(gòu)形式，由于填料塔的特殊結(jié)構(gòu)形式，個別廠家曾出現(xiàn)過填料段積灰和帶水現(xiàn)象，致使熱回收效率降低，同時存在停車檢修時填料清理困難回裝等問題。

2.2 處理措施

在后期設(shè)計(jì)的裝置，對蒸發(fā)熱水塔結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，通過對氣、液、固三相介質(zhì)的混合傳遞過程行為的深入研究，設(shè)計(jì)出傳質(zhì)強(qiáng)化、抗堵渣能力強(qiáng)的塔盤結(jié)構(gòu)形式，采用新一代的塔盤式閃蒸-換熱一體化技術(shù)，該塔盤形式具有自清潔功能，大大提高工業(yè)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。該技術(shù)基于蒸發(fā)與冷凝分離原理，將旋流流動、閃蒸相變與直接換熱三個過程耦合在一個塔器內(nèi)，含渣黑水處理系統(tǒng)流程簡單，投資省，易放大，操作彈性寬，且能更高效地完成了含渣黑水的熱量回收、灰水的利用和除渣這三個工藝任務(wù)，系統(tǒng)的熱量得以進(jìn)一步的綜合利用。將塔盤式閃蒸-換熱一體化的蒸發(fā)熱水塔應(yīng)用于水煤漿氣化過程后，借助旋流閃蒸，粗合成氣初步洗滌后的黑水中液態(tài)水閃蒸為蒸汽，黑水中所溶解的酸性氣、不凝性氣體也一并得以閃蒸脫除，進(jìn)一步提高灰水水質(zhì)。

3 水洗塔塔盤形式改造

3.1 存在問題

氣流床煤氣化生成的粗合成氣中細(xì)灰含量較高，若不能有效分離將對合成氣凈化系統(tǒng)帶來較大影響。在早期設(shè)計(jì)的項(xiàng)目中，合成氣洗滌核心設(shè)備水洗塔采用全泡罩塔盤式結(jié)構(gòu)，部分裝置在運(yùn)行到后期曾出現(xiàn)下部與灰水接觸的塔盤結(jié)垢，造成水洗塔帶水，影響了合成氣洗滌效果，造成系統(tǒng)波動。

3.2 處理措施

目前對水洗塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，其中，在水洗塔中部設(shè)置2～4層篩孔塔盤，利用渣水處理系統(tǒng)返回的灰水對合成氣進(jìn)行洗滌。在洗塔上部設(shè)置2～4層泡罩塔盤，運(yùn)用下游變換單元返回的清潔冷凝液對合成氣進(jìn)行最終洗滌。通過對水洗塔的結(jié)構(gòu)改造并結(jié)合合成氣分級凈化除灰工藝，實(shí)現(xiàn)了多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置出氣化界區(qū)合成氣中含塵量低于1mg/Nm3的技術(shù)目標(biāo)，為氣化裝置穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了良好條件，保證了合成氣的凈化質(zhì)量，并降低了能量消耗。多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)2005年第一套工業(yè)示范裝置投產(chǎn)至今，理論結(jié)合裝置運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對多套裝置進(jìn)行優(yōu)化升級，對水洗塔塔盤結(jié)構(gòu)改造既保證了合成氣的洗滌效果，同時避免水洗塔帶水的問題；蒸發(fā)熱水塔換熱室填料塔升級為塔盤結(jié)構(gòu)更好的保證閃蒸汽與低溫灰水的熱接觸，保證設(shè)備運(yùn)行周期內(nèi)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，對于有提產(chǎn)要求的用戶可采用優(yōu)化氣化爐耐火磚的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡可慶.蒸發(fā)熱水塔結(jié)垢原因分析及解決措施[J].化肥工業(yè)，2015，42（1）：53-55.

作者簡介：

趙礦生（1983- ），男，山東滕州人，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向：化工工藝。