德士古煤气化工程技术问题的探讨

德士古煤气化工程技术问题的探讨信息来源：发布日期：2010-08-19摘要：分析了德士古煤气化工程技术存在的问题，探讨了解决的方法。关键词：煤气化；气流床；德士古气化炉中图分类号：TU996文献标识码：B0概述在我国，德士古煤气化工艺自1993年实现工业化运行以来，已有4套装置在运行，目前还有几套在建设中。各装置遇到的问题主要分为二大类：一是德士古煤气化工艺技术本身的缺陷；二是工程技术方面的问题，包括工程设计、工程材料、工程设备等。这些问题能否得到有效解决，是关系到装置能否经济运行的关键，各生产厂对此非常关注[1—3]。从国内几套装置多年运行的情况看，均经历过试生产运行的阶段。在这个阶段由于各装置选用的设备及材料的不同，经过各自的改造与完善，有些问题得到了彻底解决，有些问题只是得到改善。这些问题所带来的后果，一是安全隐患，二是生产成本增加，三是增加了操作与检修工的劳动强度。表1是上海焦化有限公司德士古煤气化装置近2年来的运行情况，表2是装置历年运行台时统计，表3为装置故障停车的分析。其中在工艺与设备故障中，相当一部分故障的原因是来自工程技术方面的问题。据不完全统计，几套装置停车故障的原因约30％来源于工程技术方面的问题，因此，彻底解决：工程技术方面的问题，对德士古煤气化装置的经济运行将起着关键的作用。1主要工程技术问题及讨论1．1气化炉耐火砖的寿命问题气化炉向火面耐火砖是德士古煤气化技术最主要的工程材料问题。煤气化工艺与天然气转化及油气化工艺不同，在高温及压力下进行激烈反应的同时，还将承受高温熔融煤灰的冲刷及侵蚀，使得耐火砖的寿命大大减少。为了延长耐火砖的寿命及降低成本，从研究、设计、制造及使用厂家各方面都进行了大量的研究工作。近2年来，在延长耐火砖的寿命方面取得了可喜的进步，特别是部分条件具备的厂家采用局部更换与修补的方式，大大延长了整炉砖的寿命[4]。表4为装置的耐火砖寿命情况。表1德士古气化装置典型运行数据项目指标项目指标入炉水煤浆量/(m3·h-1)31.32气化炉压力/MPa3.95煤浆质量分数/%62.5气化炉温度/℃1320入炉干煤量/(kg·h-1)23098合成气流量/(m3·h-1)44849入炉氧气量/(m3·h-1)14900合成气温度/℃212合成CO45.50渣中残碳质量分数/%23气组分体积分数/%H235.20煤的产气率/(m3·kg-1)1.942CO218.20碳的产气率/(m3·kg-1)2.697CH40.02碳转化率/%95.3H2S0.09冷煤气效率/%71.6N20.90单位体积CO+H2的氧耗/(m3·m-3)412O2+Ar0.08单位体积CO+H2的煤耗/(kg·m-3)638表2德士古炉运行台时年份1996199719981999200020012002台时/d452640660686692772941表3装置历年来故障停车原因比例原因空分煤浆供电操作黑水洗涤塔泵泄漏仪表其它比例/%11.8218.5013.796.705.917.489.4113.4012.99表4装置耐火砖寿命情况煤种华亭义马/华亭神府北宿混煤炉压/MPa6.54.04.02.7炉温/℃1300132013201300寿命/h21200*15800*910014000**局部更换累计延长耐火砖寿命的途径主要有以下几个方面：(1)研究抗冲刷、抗侵蚀性能强的优质耐火砖。(2)砖结构的设计改造。特别是锥口砖、拱顶砖的砖形设计得好，有效地延长了炉砖的整体寿命，且大大有利于降低砖的成本，缩短检修周期。(3)提高砖的制造质量。(4)重视筑炉技术。筑炉技术对砖寿命的影响往往被忽视，对于耐火砖在冷、热不同状态时所发生的轴、径向位移应在筑炉时予以认真考虑，这将有利于砖寿命的延长。(5)使用低灰、低灰熔点、灰中低钙铁的煤。煤质对砖寿命的影响是最重要的因素之一，但由于生产厂在建厂时受资源配置的限制，往往又是很难选择的。(6)在不影响正常运行的条件下，尽量降低操作温度，并减少开停车次数。在延长耐火砖寿命方面，各生产厂都做了大量的工作，但效果不一。笔者认为，在众多因素中，煤质是最重要的因素之一。1．2激冷环问题激冷环是激冷室内为冷却高温气体、保护设备而设计的一个关键部件，该设计沿用了油气化炉的设计。在油气化工艺中，该激冷环已暴露出一些问题，在条件更为苛刻的煤气化工艺状况下，其问题更加突出。主要问题表现在整体产生裂纹、角焊缝产生裂纹、向火面处被连通孔进来的高速水流打穿孔、高温变形等。在问题最严重时，曾1～2个月就更换或修补一次激冷环，以致影响到锥口砖的使用寿命及激冷室的正常运行。近几年进行了多次改造，取得了可喜的成绩。改造经验主要有3点：①改变进水孑L的直径、形状及数量。②改变连通进水孔的进入方向。③改变原有的加工工艺，以消除焊缝应力。但仍未彻底解决使用中所遇到的问题，如激冷环水分配不均而造成的下降管变形等。1．3激冷室结构问题目前国内已运行的4套装置中，虽然各自的压力等级及负荷不同，但激冷室的结构设计尺寸却几乎相同，以致各装置都不同程度地出现带水现象，即将激冷室的水大量带到后系统，使得气化炉高负荷运行受到限制，工况调节困难。近2年来，各装置的工程技术人员对激冷室的结构进行了大量的计算与研究，提出了大量的改造设想。但实际上，由于设计已定型，只能在现有基础上对内部结构件的尺寸作适当修改，因此，所暴露出的问题也没有得到彻底解决。这些改造设想的要点主要是：①加大加长激冷室尺寸，以改善传热工况；②调整原设计的内部构件相互尺寸，以增强激冷室内的气液分离效果，减少气体中的液沫夹带量[5]。1．4工艺喷嘴问题工艺喷嘴是德士古煤气化技术的核心设备，喷嘴性能的好坏、寿命的长短直接影响到整个装置的经济运行质量，装置的大部分技术经济指标都与工艺喷嘴有关。工艺喷嘴的工作原理是利用从喷口高速(120～130m／s)喷出的氧气的动能来充分混合与雾化煤浆，以保证“雾状”的煤浆与氧气在气化炉短暂的停留时间内充分地完成反应。目前工业化运行装置上的喷嘴形式均是三流式的预混喷嘴，该喷嘴的特点是从实用的角度出发，较好地解决了结构与材料的统一。但在应用中仍表现出性能不够理想，寿命较短的缺点。在工艺喷嘴的使用、维护与管理上我们积累了大量的经验，基本保持在2～3个月对喷嘴进行一次小的修补与维修。但因德士古煤气化技术的特性(水煤浆进料)、工程材料的技术现状及苛刻的使用条件，使得工艺喷嘴的技术一直未得到突破。1．5黑水系统问题德士古煤气化工艺的一个特点是工艺用水量较大，但这些水量中约三分之二是在自身循环使用，因此，在德士古煤气化装置中都设计有一套黑水闪蒸冷却、固液沉降分离与灰水阻垢回用的工序。在实际运用中，各装置都遇到类似的问题，即管道、机泵结垢与激冷环堵塞，只是程度不同而已。这种现象的发生，轻者影响负荷，严重时则须停车处理，其主要原因与煤质、水质及工程设计有关。因此，根据各装置的经验与教训，对于新上装置笔者认为：(1)应根据本装置所使用的煤质、水质，寻找有经验的水处理单位，结合本装置的设计，对水系统进行认真研究，确定一套科学的水系统处理方案。(2)工程设计时要避免硬度较高的水与碱度较高的水通过管道直接混合。(3)使用阻垢性及耐高温性能好的阻垢剂。(4)添加装置要有利于操作工的配制与管理。1．6闪蒸系统耐磨件问题德士古煤气化装置中，高磨损区主要存在于闪蒸系统。包括：①减压角阀的底部三通及端板；②闪蒸汽进入闪蒸罐的折流挡板；③中压罐至真空罐黑水的调节阀后150～250mm区域直管段。最初设计时，以上几处都选用普通碳素钢，磨损率曾高达0．01mm／h，后经普通碳素钢内堆焊耐磨材料，减缓了磨损，但仍磨损严重。要彻底解决磨损问题，应强化材质，大幅度加粗、加长减压角阀后的直管，同时加大进入闪蒸罐的人口尺寸。1．7主要设备的无故障期设备的无故障期，是指符合质量要求的新设备(或大修后的设备)运行至开始出现影响装置正常运行的较大故障时的周期，这个周期根据工程设计、设备制造厂家及材料差异而不同，表5为我公司主要设备的无故障期。表5装置主要设备的无故障期设备无故障期备注工艺烧嘴80～95d国产耐火砖9000～9200h国产高压煤浆泵隔膜8000h进口活门6000h进口捞渣机1200～1300h进口捞渣机～10000h国产切断球阀氧气阀25000～30000h进口高压氮气20000～25000h进口锁斗阀～15000h进口洗涤塔循环泵8000h进口2结语(1)工艺喷嘴与耐火砖是德土古煤气化技术的薄弱环节。因此，德士古煤气化技术如果要得到大的发展，必须要在这2项工程技术上有实质性的突破。(2)在新装置中要采用新的结构设计，以解决激冷室向后系统的带水问题。参考文献：[1]王旭宾．联合循环发电制气丁艺的介绍[J]．煤气与热力，1998，(])：14—16．[2]王旭宾．德寸：占煤气化装置运行状况及问题的探讨[J]．煤气与热力，1997，(6)：5—7．[3]王旭宾．高灰熔点煤的气化[J]．煤气与热力，1990，(3)：4—6．[4]王旭宾．德士古煤气化炉耐火砖问题探讨[J]．煤气与热力，1998，(6)：9—11．[5]王旭宾．水煤浆气化炉激冷室带水问题的探讨[J]．煤气与热力，2000，(3)：197—199．