德士古水煤浆加压气化技术的渣堵预防

郭 煜

（蒲城清洁能源化工有限责任公司，陕西蒲城 715506）

1 煤气化技术概述

煤气化技术是将经过处理的煤送入反应器，在一定温度下通过氧化剂以流动方式转化为混合气体，进一步对粗煤气进行洗涤，脱除固体颗粒，得到清洁煤气送往下游进行利用。煤气组成随气化反应所用原料煤性质、气化条件不同而变化，生产时必须根据下游产品选择适当的气化剂才能满足生产需要。煤的气化是复杂的理化变化过程，通过煤的气化可利用煤中所含有机物，煤的气化是清洁利用煤炭资源的重要途径[1]。

2 德士古水煤浆加压气化技术工艺

德士古煤气化工艺分为激冷流程、废锅流程，全废锅流程将水煤浆经烧嘴雾化在燃烧室发生反应生成煤气，经对流废锅降温后送至碳洗塔除尘后送至变换工段，调节一氧化碳与氢气比例后送往后续工段。制浆单元是将合适比例的煤在球磨机充分研磨成高浓度极易于泵送的合格水煤浆送入煤浆槽储存。

德士古工艺烧嘴在约1400℃环境工作，在烧嘴上设置冷却盘管防止高温损坏烧嘴，冷却系统设置单独联锁系统，判断烧嘴头部水夹套泄漏情况。保护工艺烧嘴不受损坏，水蒸气单元用于气化余热回收，气化炉产生粗煤气经废锅回收余热降温，副产高压饱和蒸汽用于联合发电。磨机分为球磨机与棒磨机。德士古烧嘴分为预热与工艺烧嘴，预热烧嘴用于对气化炉升温烘炉工作，德士古工艺烧嘴用于气化剂与水煤浆高度混合，利于煤浆在气化炉内反应[2]。

气化炉是煤气化装置核心，上部燃烧室提供反应场所，内衬由三层作用不同的耐火砖组成，下部废锅部分为辐射与对流废锅，由水夹套包括的水平管连接，保护冷却器外壳，与燃烧室连接处安装密封板等内件。煤浆燃烧后产生粗煤气在对流锅冷却，锅炉供水循环泵使锅炉给水在水冷壁管束中循环。吹灰器压缩机在其他煤气化装置中很少见，主要为吹灰系统提供高压吹灰气，吹除辐射废锅水冷壁积灰，防止水冷壁黏结过多煤灰降低换热效率，主要由电机、缸套、冷却系统等组成。

3 德士古废锅流程技术运行中的突出问题及改进

3.1 气化炉结渣问题分析

水煤浆气化技术氧耗高，运转时间60d，需备炉计划升温投料，气化炉炉膛热电偶寿命短，耐火砖受冲刷腐蚀严重造成寿命短等问题是德士古气化装置存在的问题。针对气化炉辐射废锅频繁结渣问题进行探讨，提出改进措施。

气化炉结渣问题表现为辐射废锅内水冷壁挂渣，使中心通道减小堵塞，气化炉煤浆燃烧后残渣无法排除。德士古废锅流程在辐射废锅内采用辐射降温方式，直接原因是液态灰渣与废锅内部水冷壁接触。结垢原因是辐射废锅内部结构不合理，设备原因是气化炉喉部滴水檐易冲刷脱落，煤质原因是原煤灰分高。投产使用原煤灰分较高，灰渣黏温特性差，大量灰渣通过喉部进入辐射废锅，易造成结渣。使用烟煤热值高，反应后粗煤气经辐射废锅达到拐点温度高。对废锅内水冷壁进行改造，达到辐射换热降低温度效果，液态灰渣排除气化后易在新增水冷壁造成挂渣。滴水檐的作用是粗煤气和灰渣向下通过喉部，以较小喷角进入辐射废锅，避免与水冷壁接触，通过停炉后对滴水檐检查，由于滴水檐高度不够，起不到阻止灰渣向水平墙移动的作用，其材料强度不足，失去滴水檐的意义，使灰渣与水冷壁黏结。

3.2 气化炉结渣解决措施

为增加中心通道过渣直径，将16片径向水冷壁靠近内侧水冷管割除，将每片水冷壁箱头割除收缩，新增水冷壁片之间最小间隙增加为378mm，将辐射废锅内通道直径增大到φ1.6m，避免灰渣喷到新增冷水壁。根据气化炉喉部结构制定改造方案，清理滴水檐浇筑料，以间隔50mm的密度焊接在水平墙水冷管鳍板，根据锚固钉布置形状制作滴水檐，滴水檐内部焊接锚固钉提高强度，增加抗灰渣冲刷能力，解决无法起到应有作用的缺陷，降低液态渣与水冷壁直接接触几率[3]。

煤的灰分是煤中可燃烧物质燃烧在高温下产生系列分解等复杂反应后残留物，灰分是气化炉中有害物质，原料煤灰分含量高，二氧化硅增加，使灰水管道磨损率增加，使关键设备部分磨蚀泄漏导致停车。灰分增加会增大灰水系统处理负荷，也对煤的成型有影响，使煤质均匀性变差，灰分高对煤浆浓度不利。德士古水煤浆气化炉采用液态排渣，如用煤灰熔点过高，增加炉砖磨损，炉温不提高难以保证液态排渣，严重引起气化炉跳车。原煤灰指标灰分≤12%。入炉原料煤灰分主要成分有氧化铝、氧化镁等，有少量二氧化钛、氧化钾。采取选用灰分较低的煤种，使原料煤灰分控制在12%以下，对煤浆进行煤质分析，跟踪煤灰分变化，避免煤进场取样造成时间偏差，及时控制煤质。

原煤灰分未调控前入炉灰分在16%，调控后入炉煤灰分控制在10%以下，通过对辐射废锅水冷壁改造，气化炉结渣问题得到解决。解决气化炉结渣同时，由于水冷壁部分割除，对流废锅出口工艺气温度高，成为制约气化炉运行负荷的核心问题。通过对水冷壁割除扩大液态渣通道，减小直接接触水冷壁可能，控制并掌握原料煤质，根据原料煤质变化调整气化炉温度，避免煤质波动引起结渣。通过修复滴水檐改变液态渣进入辐射废锅喷射角，使液态渣沿第一通道降至破渣机上方，对气化装置运行起到明显效果。

3.3 废锅水冷壁结垢问题

吹灰系统是德士古废锅流程独有的一部分，辐射废锅使用高压吹灰气吹扫，防止冷却器管壁积灰，气化炉开车时使用中压氮气对辐射废锅吹扫，切换吹灰气，经吹灰气压缩机分离罐分离变换气体中液体后进入吹灰器压缩机，通过吹灰气热唤器用高压蒸汽进行加热，经过吹灰气管线送至吹灰口。

单台气化炉吹灰阀内漏，导致吹灰压力较低，吹灰系统与气化炉压差≤1.5MPa，导致气化炉长时间运行水冷壁积灰，粗煤气至辐射段温度偏高，对流出口温度高时对气化炉进行减负荷运行。吹灰气压缩机为进口设备，对设备改造方面难以完成，吹灰系统管线阀门多，内漏阀门如更换费用大，只能在各支管增加总阀，实现吹灰系统程序自动化，是解决水冷壁结垢的重要手段。

将炉技改后运行对比，对流废锅出口温度相对技改前降低。技改后吹灰压力比技改前压力高。三台气化炉吹灰逻辑实现自动化，降低操作工劳动强度，气化炉死区温度维持在280℃，吹灰压力提升至6.3MPa，单机运行可满足气化炉正常所需吹灰压力。