德士古水煤漿加壓氣化技術運行中的問題和處理對策

汪洋

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

美國首次引入并廣泛應用的德士古水煤漿加壓氣化技術，是基于傳統重油氣化工藝發展而來的一種創新改良工藝，主要采用水煤漿和氧氣作為核心原料。自從這項先進技術被引進我國市場以來，它不僅表現出了卓越的技術優勢和顯著的工藝成效，同時也暴露出一些技術難題，例如在操作過程中容易產生灰渣等問題。因此，為了進一步提升這項技術的應用效果，需要整合并利用現代科技手段進行優化改進。本文詳細綜述了德士古水煤漿加壓氣化技術在我國的實際應用情況，全面分析了其存在的具體問題，并根據這些問題提出了切實可行的改進策略和措施。

1 德士古水煤漿加壓氣化技術具備顯著優勢

（1）廣泛的煤種適應性。該技術適用于多種煤種，如煙煤和復合料漿，對煤的適應性廣。

（2）卓越的碳轉化效率。此工藝能達到超過97%的碳轉化率，顯著提高能效，減少了資源浪費。

（3）強大的操作壓力優勢。在工業應用中，設備可高效應對壓力異常，保證氣體成分的穩定性，避免對生產流程的負面影響。

（4）結構簡潔性。德士古水煤漿加壓氣化技術的氣化爐結構簡明，維護簡便且成本低廉。

（5）提高熱效率。該技術在熱制冷過程中實現了高效的熱回收，顯著提升了工業生產的能量利用效率。

（6）生產能力提升。德士古水煤漿加壓氣化裝置具備較大生產能力，國內最大裝置的日產量可超過2500t，單位容積產量高，有效增強生產效率。

（7）低污染水平。該工藝的污染物含量低，主要反應物為氣體，工藝簡化且通過循環利用實現環保效果。

2 德士古水煤漿加壓氣化技術運行中的問題

國內氣化設備面臨諸多挑戰，包括必要的備爐預熱、耐火材料與高溫熱偶的快速損耗，以及氣化設備的高投資成本。特別是在水煤漿氣化設備中，由于水煤漿的高水含量和氣化過程的熱量消耗，大部分設備的比氧水平維持在400m/m/m。要實現高濃度水煤漿的生產，必須采用低含灰量的煤粉。由于氣化爐的運行周期短，存在許多難以預測的影響因素，在操作過程中發生了異常停機現象，在6h之內就可以投入生產。目前，我國大部分的煤氣化裝置都是通過強化操作爐管來縮短操作周期的。德士古煤氣化爐的操作溫度常超1400℃，使用特制的耐高溫耐火材料制成的向火面磚。在高溫條件下更換這些磚塊既費時又需在有限的空間內完成，通常需要兩個月。為避免溫度波動導致頻繁的設備停機，應嚴格控制加熱過程遵循特定的曲線，并在維修期間確保氣化器處于干燥狀態。德士古公司的專利水煤漿氣化技術涉及多項關鍵專利設備，包括必須從國外進口的部分設備和閥門，這些設備對操作環境的要求非常嚴格。

3 水煤漿加壓氣化技術制備單元改造

以當地煤炭和內蒙煤炭為主要原料，利用三座氣化爐進行氣化，利用棒磨機理漿制漿。在氣化過程中，加入助劑等因素引起的水煤漿顆粒級配不均勻，煤漿不穩定，導致離合器-空氣壓縮機系統的起動故障率高，維修費用高。為了提高水、煤漿液的濃度，減少氣化爐的氧氣消耗，對制漿工序進行了技術改造。在棒磨設備后的煤漿由配漿泵處理，混合必要比例的水后稀釋。經過粗漿泵轉移到細磨過程，由此產生的細磨煤漿隨后通過細磨泵送至超細磨段。超細磨處理完畢的煤漿經過溢流進入相應的槽中，與其他漿料充分融合，然后送入進一步加工的磨棒。這一系列操作增強了煤漿的濃縮度和穩定性，提高了反應效率，并有效減輕了爐壁的局部過熱現象。煤漿濃縮技術是將細粒度的顆粒填充到大顆粒之間，縮小了顆粒之間的空隙，從而提高了煤漿的單位體積品質。在對水煤漿進行提濃化之前，對三種不同的提濃化工藝進行了試驗研究。在第一代的單棒磨礦法中，存在著粉體尺寸不合適、流動性差、煤漿沉降過快等問題。采用第二代精煉工藝，可使原精煉液的質量增加2.3%。在第三代精煉工藝中，精煉后的精煉程度較單棒精煉工藝提高了63%，較單棒精煉工藝的精煉程度提高了4.4%。以分級磨削技術為基礎的煤漿提濃改造，通過對水煤漿顆粒級配比例的優化，使煤漿的濃度增加了3%，每年可為公司帶來3970萬元的經濟效益，且投資回收期只有5個月。

4 氣化單元擴能改造

在項目初期階段，該氣化爐的設計標準是每小時消耗75000m3的氧氣。為了有效擴大生產能力并最大化地利用現有設施的潛力，進行了一系列必要的設施升級改造。這次擴展工程對燃燒室的影響相對較小，主要改動集中在激冷室，這里受到了較為顯著的影響，主要原因是合成氣的冷卻效率受到了氣流速度增加的顯著挑戰。此次改造與2016年在內蒙古啟動的類似甲醇氣化設備相比較，展現出了明顯的技術和效能上的不同和優勢。這些改動不僅提高了氣化爐的整體工作效率，也為未來可能的進一步擴展提供了條件和基礎。

氣化效率的增強導致了煤氣產量的顯著上升，增大的生產負荷也導致激冷水流量增加，這對激冷環構成了壓力。氣化爐的渣口改進，原渣口直徑為838mm，改進后更有利于排渣，防止了堵塞并減少了對耐火磚的腐蝕。此外，對激冷環和落料管的防護也得到了加強。項目應用了德士古水煤漿氣化技術，并重新設計了工藝燒嘴以適應增加的煤粉投料量，從而大幅提高了煤料處理量。不需要更換氣化爐的主體，改變燒嘴的大小，以達到擴大的要求。燒嘴進口煤漿接管不改變，煤漿流速控制在合理范圍，氧流量控制在合理范圍，通過對燒嘴外氧速比的計算，確定了頭部部件的大小。公司的大部分氣化設備和對照項目的技術指標基本一致，經過計算，無需對容器進行改造。原廠脫氧池除氧段容易結垢，導致低壓閃蒸容器長期超壓，脫氧池頂部的蒸汽排出大量蒸汽，黑水角閥的腐蝕很大。脫氧池中的高溫氣體經過冷卻后，經過冷凝后的液流送到灰水槽進行再利用，灰水脫氧槽的工作壓力比較小，火炬系統的壓力波動使不凝結氣不能通過火炬管道，保持原有的管道直送大氣。當前高壓煤漿泵抽氣量為110m3/h，煤種單臺高壓煤漿泵設計所需煤漿量為100m3/h，高壓煤漿1310kg/m3，煤漿提濃1256kg/m3，不影響煤漿運行。在原有3臺往復式水泵的基礎上，由于其輸水容量較小，需要增加1臺離心低壓水泵，在改擴建后增加兩臺同型離心水泵。將原急冷水泵出水口分為兩段，通過改造使兩段分開，并對氣化爐出水口進行凈化、除塵。

5 德士古水煤漿加壓氣化工藝實施的經驗總結

5.1 經驗總結

從詳細的分析中可以明顯看出，德士古水煤漿加壓氣化裝置以其操作的便捷性和高負載彈性而突出，完全滿足了現代工業的復雜需求。這種裝置能夠快速地適應變化多端的程序負載，并通過持續的技術優化方案顯著提升生產效率。此外，德士古的加壓氣化技術以其結構的簡潔性及其不產生焦油等有害物質的特點，對環保做出了顯著貢獻。該技術的穩定性非常強，有效克服了以往工業生產中的掌控難題和工藝分析不準確的問題。通過合理配置和精細操作供水系統，不僅可以解決燃油泄露和管線損耗問題，還能促進能源的再利用，完全符合可持續發展的設計原則。這些特點使得德士古水煤漿加壓氣化技術成為現代工業中的優選技術之一。

5.2 部分需要不斷改進的問題

在實施德士古煤漿加壓工藝時，由于其受各種因素的影響，需要在實踐中不斷改進。首先，要合理利用單一氣化爐的運行時間，因為它的運行時間很大程度上依賴于它的使用壽命，所以在實際工作中，要經常對其進行檢修。其次，盡管這項技術使氣化爐的溫度測量系統得到了進一步的完善，但是為了實現最佳運行條件，溫度測量系統仍需進行長期改進，以確保設備運行的最佳狀態。在生產活動中，過量的渣料常導致排渣系統故障。為此，技術團隊需不斷優化撈渣工具并根據場地具體狀況改善排渣系統。這一措施旨在確保排渣系統與氣化設備的安全性、穩定性和長期可靠性。

6 結語

針對某公司水煤漿氣化裝置氣化系統存在的問題，從技術上進行了分析與改造，并針對公司的水煤漿氣化規模提出了相應的改進措施，對流程燒嘴及主要動力源進行了改造，保證了裝置的平穩、節能。