水煤浆加压气化技术存在问题探析

李小亮，郭志强

（神华新疆化工有限公司，新疆乌鲁木齐 831404）

水煤浆加压气化技术存在问题探析

李小亮，郭志强

（神华新疆化工有限公司，新疆乌鲁木齐 831404）

水煤浆加压气化工艺技术措施的应用，解决了煤气化的问题，满足水煤浆气化的需要。针对水煤浆加压气化技术中存在的问题进行研究，包括水煤浆加压气化出现的带灰带水、管道阀门磨损等问题，寻找解决水煤浆加压气化的问题的方法，促进水煤浆加压气化的成果。

水煤浆；加压气化技术；存在的问题；研究

1 水煤浆加压气化技术

水煤浆加压气化工艺技术措施，是煤气化工艺的代表，实现各种原料煤的气化，达到煤加工的技术要求。应用气化炉将水煤浆加入，出口达到气化后的成分，实施纯氧化工艺技术，避免水煤气中含有过多的杂质，才能满足下游用户的需要，达到产品的质量标准。

水煤浆加压气化工艺过程中，在纯氧条件下进行反应，需要对碳的转化率进行有效控制，也就是说最终的水煤气的主要成分是一氧化碳和氢气。生产的气体质量好、操作弹性、操作性能强、可靠程度高、气化效率及碳转化率高，能够充分满足化工原料气的质量标准，对于生产加工工艺的三废处理效果突出，没有更多的废气、废水和废渣。应用计算机远程控制和管理，应用计算机的控制，解决人的劳动强度问题，达到自动化生产的目标，适应化工生产的环保要求，具有非常广阔的发展前景。

水煤浆的加压气化工艺技术措施是应用水煤浆在一定温度的环境下，将纯氧、水煤浆经过环状烧嘴喷入到气化炉内，进行部分氧化反应，生产出以一氧化碳、氢气为主的合成气，气化炉的反应过程相对比较复杂，一般包括煤的裂解和挥发份的燃烧、燃烧和气化反应。经过两级燃烧反应后，氧气的消耗基本完成，而气化反应过程包括部分氧化反应、煤的燃烧裂解反应、二氧化碳还原反应、碳的完全燃烧反应、非均相水煤气反应、甲烷转化反应、逆变换反应及副反应，进行的是煤焦、甲烷等和水蒸气、二氧化碳反应得到一氧化碳和氢气。

2 水煤浆加压气化技术存在的问题及对策

2.1 水煤浆加压气化技术存在的问题

在水煤气加压气化工艺中，存在着许多的问题，水煤气加压气化装置通常会出现带灰带水的问题，装置中耐火砖的使用寿命短的问题，烧嘴运行周期短的问题以及激冷环结垢的问题，管道和阀门磨损严重的问题。必须对这些问题加以解决，才能达到水煤浆加压气化的技术要求，生产出合格的水煤气产品，满足市场的需求。

影响水煤浆加压气化工艺技术的因素比较多，对煤质的要求具有较高的发热值，规定指标范围内的水分、灰熔点、氯离子含量及较低的灰分和颗粒直径等，如果达不到原料煤的要求，对于水煤浆的加压气化产生不利的影响。水煤浆的浓度、粒度、黏度、流动性、稳定性及其它性能对气化效率的影响比较大，氧气和水煤浆的比例（氧煤比）也影响着加压气化的成果。气化炉的炉温控制直接影响到水煤气的气体组分，温度控制不当，水煤浆气化不完全氧化反应或过氧化反应，或者有效气组分少，都会严重影响到产品的质量。反应压力也会对整个加工工艺起到非常大的影响，加压气化增加反应物的浓度，促进反应的进行，是有利的因素。加压操作提高水煤浆的雾化质量，降低压缩的功率，提高设备的利用率，达到最佳的生产状态。

2.2 水煤浆加压气化技术存在问题的解决措施

为了提高水煤浆加压气化的产品质量，必须解决生产装置存在的问题，用最少的投入，达到最佳的生产状态，生产出合格的水煤气产品，达到产品质量标准。

2.2.1 合理解决水煤气带灰带水的问题

由于水煤气带灰带水，短期严重影响到水煤气的水气比、气化炉液位的稳定操作和后系统气液分离效果，长期也影响变换炉气体流通路径、变换反应的进行，造成变换炉气体偏流，变换效果不佳，以及影响低温甲醇洗洗涤甲醇的品质和变换气的洗涤效果。神化新疆煤化工气化装置通过气化炉激冷室、文丘里洗涤器、洗涤塔三个单元结合起来，达到先粗分离，再精分离，去除水煤气中携带的灰、水分或者残渣，使水煤气更加清洁，符合化工生产的需求。

粗水煤气在经过气化炉激冷室降温激冷之后，降低水煤气的温度，激冷气化反应产生的炉渣，使炉渣和水煤气更好分离，再通过文丘里洗涤器二次洗涤、分离，实现水煤气中大部分灰分的分离，提高水煤气的纯度。再将水煤气进入洗涤塔，通过水洗作用，去除全部的飞灰和绝大多数的机械杂质。通过三大设备的配合，解决水煤气带灰、带水及机械杂质的作用，保证下步工序的正常运行，不断提高水煤气的加工质量。

2.2.2 铂铑合金热电偶的应用

气化炉的温度影响着耐火砖的使用寿命，气化炉的排渣是气化炉安全运行的必要条件。为了保证气化炉处于正常运行的状态，必须保证气化炉的温度要求，对温度的监测是至关重要的。使用铂铑合金材质的热电偶作为测温元件，能够及时有效地测取气化炉的运行真实温度，使其达到水煤浆加压气化工艺的要求。

为了延长热电偶的使用寿命，使用铂铑合金作为热电偶的材料，代替普通耐高温陶瓷能够达到长期监测气化炉温度的效果。减少了气化炉更换热电偶的次数，降低了生产成本，并达到实时监测气化炉温度的目的。

在气化炉温度不能正常指示炉内温度的同时，也可根据粗水煤气组分在线分析仪测得的甲烷和二氧化碳含量，结合煤浆灰熔点分析，综合判断炉温。促进水煤浆加压气化工艺的正常运行，达到生产质量目标。

2.2.3 选择耐磨的材料，延长烧嘴的使用寿命

气化炉喷嘴的形式采用同心三套管形式，使用英特奈尔625材质，中心氧、水煤浆及外环氧为缩口设计，用于满足自身介质的流量要求，在供应压力允许的前提下，提高氧气与水煤浆的混合和雾化效果，提高利用率，通过烧嘴将氧气均匀地喷入水煤浆体系，加速水煤浆的气化和氧化过程，使化学反应迅速，得到最佳的生产效率。为了延长烧嘴和管线的使用寿命，在工艺设备设计时，优选耐磨的材料，设计烧嘴冷却水盘管对烧嘴处于气化炉内高温工艺气体中的本体部分进行保护，延长气化炉烧嘴的使用寿命，使其满足水煤浆气化生产工艺的技术要求。

水煤浆在雾化过程中，直接冲击烧嘴，对烧嘴产生严重的磨损，造成极大的金属疲劳，烧嘴很容易损坏，而影响到正常的加压气化工艺。可以将水煤浆和氧气进行预混处理，应用耐磨的材料制造烧嘴，都可以解决烧嘴磨损的问题，而对于炉管的损坏，可考虑使用耐高温陶瓷作为中心管或在烧嘴内部喷涂高强度抗物力腐蚀的合金钢等提高强度的材料制造炉管，延长炉管的使用寿命，在考虑烧嘴自身材质的同时，应注重热冲击、化学冲击及应力对烧嘴使用寿命的影响，才能保证水煤浆加压气化的正常进行。

2.2.4 采用合理的设计，降低管道和阀门的磨损

在闪蒸系统中，由于气化炉、洗涤塔底部产生的黑水存在大量细小的煤碳残渣等成分，会加剧对管道和阀门的磨损（包括黑水系统角阀压差大、压降高，黑水流动过程中对管道造成的冲刷、磨损，工艺系统弯头处或进闪蒸系统处的弯头造成的冲刷、磨损），高压黑水减压送至闪蒸系统后对管道造成磨损后继而造成相关管线的泄漏，引起生产工艺的压力下降，浪费了系统的能量，使生产工艺受到严重的影响。由于阀门的阀芯磨损严重，阀门会关不严，引起工艺参数的变化，增加生产系统的运行调节难度，倒流程时效果不佳。因此需要加强水质的管理，避免黑水的冲刷影响到阀门和管道的使用寿命。优选阀门结构，使用耐磨金属管道及的阀芯代替陶瓷阀芯，降低磨损引起的故障，保证阀门的正常导通和截止状态，完善流程的切换，达到水煤气加压气化的工艺流程的要求。

2.2.5 使用新型的耐火砖，提高耐火砖的使用寿命

在气化炉中使用耐火砖进行封隔，包括：向火面砖、隔热砖及背衬砖。由于气化炉的操作温度比较高，加上生产负荷的频繁调整、波动，煤质波动较大或者耐火砖砌筑质量不佳时，都会造成耐火砖的使用寿命相对比较短，需要及时进行更换，而影响到水煤浆加压气化的正常进行。由于生产过程中，气化炉内反应过后的熔融态炉渣会沿着耐火砖的表面向下流动，对耐火砖产生一定的腐蚀，降低耐火砖的强度，经过一定时期的生产后，会逐渐失去隔热的作用。如果气化炉内的温度变化比较频繁，而且相差比较悬殊的情况下，会造成耐火砖的热胀冷缩，进而造成脱落，目前绝大多数气化炉均使用铬、镐、铝材质的，按照不同元素比例进行掺配的耐火砖进行实际生产，因此要保证气化炉稳定、安全、长周期的运行就必须优选新型的高效耐火砖，才能提高耐火砖的使用寿命，保证水煤浆气化工艺的正常进行。

2.2.6 对激冷环结垢堵塞问题的处理

在水煤浆加压气化工艺中，为了解决激冷环的结垢堵塞等问题，对垢的成分进行分析，除了优选化学分散剂以外，还应考虑激冷水的水质、含固量等，在激冷环前端安装过滤器，将更大颗粒直径的灰垢除去，并定期进行激冷水过滤器的切换，及时清理解除系统解除的过滤器滤网，备用条件，达到保护激冷环畅通，防止结垢堵塞等现象，满足工艺的基本要求。

同时可以优化设计激冷环的布水孔，使冷却水均匀分布，降低水流的阻力，提高冷却水的运行速度，减少结垢现象的发生。可以简化激冷流程，减少黑水的侵入，应用一级或者二级的冷凝液，达到最佳的冷却效果。如果出现严重的结垢现象，应利用停车的时间，进行激冷环的清垢处理，处理后，延长激冷环的使用寿命，避免发生严重的结垢现象造成激冷环、下降管的损坏。

3 结束语

通过对水煤浆加压气化技术存在问题的研究，解决水煤浆加压气化的问题，促进水煤浆的生产，提高煤田的生产效率。水煤浆加压气化工艺技术对于煤质的适应性比较广，生产装置能够长周期的运行，达到生产的要求。气化炉具有耐火砖的衬里，需要对耐火砖进行优化设计，就能够延长气化炉的使用寿命。优选各种高强度的阀门和管线，能够适应水煤浆加压气化的技术要求，预防出现阀门和管线磨损的问题。

[1] 刘远园，马少龙，秦敏建.德士古水煤浆加压气化技术存在问题探析[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，新疆乌鲁木齐人，助理工程师，主要从事生产调度工作。