德士古水煤浆加压气化技术运行中的问题和处理对策

汪洋

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100）

美国首次引入并广泛应用的德士古水煤浆加压气化技术，是基于传统重油气化工艺发展而来的一种创新改良工艺，主要采用水煤浆和氧气作为核心原料。自从这项先进技术被引进我国市场以来，它不仅表现出了卓越的技术优势和显著的工艺成效，同时也暴露出一些技术难题，例如在操作过程中容易产生灰渣等问题。因此，为了进一步提升这项技术的应用效果，需要整合并利用现代科技手段进行优化改进。本文详细综述了德士古水煤浆加压气化技术在我国的实际应用情况，全面分析了其存在的具体问题，并根据这些问题提出了切实可行的改进策略和措施。

1 德士古水煤浆加压气化技术具备显著优势

（1）广泛的煤种适应性。该技术适用于多种煤种，如烟煤和复合料浆，对煤的适应性广。

（2）卓越的碳转化效率。此工艺能达到超过97%的碳转化率，显著提高能效，减少了资源浪费。

（3）强大的操作压力优势。在工业应用中，设备可高效应对压力异常，保证气体成分的稳定性，避免对生产流程的负面影响。

（4）结构简洁性。德士古水煤浆加压气化技术的气化炉结构简明，维护简便且成本低廉。

（5）提高热效率。该技术在热制冷过程中实现了高效的热回收，显著提升了工业生产的能量利用效率。

（6）生产能力提升。德士古水煤浆加压气化装置具备较大生产能力，国内最大装置的日产量可超过2500t，单位容积产量高，有效增强生产效率。

（7）低污染水平。该工艺的污染物含量低，主要反应物为气体，工艺简化且通过循环利用实现环保效果。

2 德士古水煤浆加压气化技术运行中的问题

国内气化设备面临诸多挑战，包括必要的备炉预热、耐火材料与高温热偶的快速损耗，以及气化设备的高投资成本。特别是在水煤浆气化设备中，由于水煤浆的高水含量和气化过程的热量消耗，大部分设备的比氧水平维持在400m/m/m。要实现高浓度水煤浆的生产，必须采用低含灰量的煤粉。由于气化炉的运行周期短，存在许多难以预测的影响因素，在操作过程中发生了异常停机现象，在6h之内就可以投入生产。目前，我国大部分的煤气化装置都是通过强化操作炉管来缩短操作周期的。德士古煤气化炉的操作温度常超1400℃，使用特制的耐高温耐火材料制成的向火面砖。在高温条件下更换这些砖块既费时又需在有限的空间内完成，通常需要两个月。为避免温度波动导致频繁的设备停机，应严格控制加热过程遵循特定的曲线，并在维修期间确保气化器处于干燥状态。德士古公司的专利水煤浆气化技术涉及多项关键专利设备，包括必须从国外进口的部分设备和阀门，这些设备对操作环境的要求非常严格。

3 水煤浆加压气化技术制备单元改造

以当地煤炭和内蒙煤炭为主要原料，利用三座气化炉进行气化，利用棒磨机理浆制浆。在气化过程中，加入助剂等因素引起的水煤浆颗粒级配不均匀，煤浆不稳定，导致离合器-空气压缩机系统的起动故障率高，维修费用高。为了提高水、煤浆液的浓度，减少气化炉的氧气消耗，对制浆工序进行了技术改造。在棒磨设备后的煤浆由配浆泵处理，混合必要比例的水后稀释。经过粗浆泵转移到细磨过程，由此产生的细磨煤浆随后通过细磨泵送至超细磨段。超细磨处理完毕的煤浆经过溢流进入相应的槽中，与其他浆料充分融合，然后送入进一步加工的磨棒。这一系列操作增强了煤浆的浓缩度和稳定性，提高了反应效率，并有效减轻了炉壁的局部过热现象。煤浆浓缩技术是将细粒度的颗粒填充到大颗粒之间，缩小了颗粒之间的空隙，从而提高了煤浆的单位体积品质。在对水煤浆进行提浓化之前，对三种不同的提浓化工艺进行了试验研究。在第一代的单棒磨矿法中，存在着粉体尺寸不合适、流动性差、煤浆沉降过快等问题。采用第二代精炼工艺，可使原精炼液的质量增加2.3%。在第三代精炼工艺中，精炼后的精炼程度较单棒精炼工艺提高了63%，较单棒精炼工艺的精炼程度提高了4.4%。以分级磨削技术为基础的煤浆提浓改造，通过对水煤浆颗粒级配比例的优化，使煤浆的浓度增加了3%，每年可为公司带来3970万元的经济效益，且投资回收期只有5个月。

4 气化单元扩能改造

在项目初期阶段，该气化炉的设计标准是每小时消耗75000m3的氧气。为了有效扩大生产能力并最大化地利用现有设施的潜力，进行了一系列必要的设施升级改造。这次扩展工程对燃烧室的影响相对较小，主要改动集中在激冷室，这里受到了较为显著的影响，主要原因是合成气的冷却效率受到了气流速度增加的显著挑战。此次改造与2016年在内蒙古启动的类似甲醇气化设备相比较，展现出了明显的技术和效能上的不同和优势。这些改动不仅提高了气化炉的整体工作效率，也为未来可能的进一步扩展提供了条件和基础。

气化效率的增强导致了煤气产量的显著上升，增大的生产负荷也导致激冷水流量增加，这对激冷环构成了压力。气化炉的渣口改进，原渣口直径为838mm，改进后更有利于排渣，防止了堵塞并减少了对耐火砖的腐蚀。此外，对激冷环和落料管的防护也得到了加强。项目应用了德士古水煤浆气化技术，并重新设计了工艺烧嘴以适应增加的煤粉投料量，从而大幅提高了煤料处理量。不需要更换气化炉的主体，改变烧嘴的大小，以达到扩大的要求。烧嘴进口煤浆接管不改变，煤浆流速控制在合理范围，氧流量控制在合理范围，通过对烧嘴外氧速比的计算，确定了头部部件的大小。公司的大部分气化设备和对照项目的技术指标基本一致，经过计算，无需对容器进行改造。原厂脱氧池除氧段容易结垢，导致低压闪蒸容器长期超压，脱氧池顶部的蒸汽排出大量蒸汽，黑水角阀的腐蚀很大。脱氧池中的高温气体经过冷却后，经过冷凝后的液流送到灰水槽进行再利用，灰水脱氧槽的工作压力比较小，火炬系统的压力波动使不凝结气不能通过火炬管道，保持原有的管道直送大气。当前高压煤浆泵抽气量为110m3/h，煤种单台高压煤浆泵设计所需煤浆量为100m3/h，高压煤浆1310kg/m3，煤浆提浓1256kg/m3，不影响煤浆运行。在原有3台往复式水泵的基础上，由于其输水容量较小，需要增加1台离心低压水泵，在改扩建后增加两台同型离心水泵。将原急冷水泵出水口分为两段，通过改造使两段分开，并对气化炉出水口进行净化、除尘。

5 德士古水煤浆加压气化工艺实施的经验总结

5.1 经验总结

从详细的分析中可以明显看出，德士古水煤浆加压气化装置以其操作的便捷性和高负载弹性而突出，完全满足了现代工业的复杂需求。这种装置能够快速地适应变化多端的程序负载，并通过持续的技术优化方案显著提升生产效率。此外，德士古的加压气化技术以其结构的简洁性及其不产生焦油等有害物质的特点，对环保做出了显著贡献。该技术的稳定性非常强，有效克服了以往工业生产中的掌控难题和工艺分析不准确的问题。通过合理配置和精细操作供水系统，不仅可以解决燃油泄露和管线损耗问题，还能促进能源的再利用，完全符合可持续发展的设计原则。这些特点使得德士古水煤浆加压气化技术成为现代工业中的优选技术之一。

5.2 部分需要不断改进的问题

在实施德士古煤浆加压工艺时，由于其受各种因素的影响，需要在实践中不断改进。首先，要合理利用单一气化炉的运行时间，因为它的运行时间很大程度上依赖于它的使用寿命，所以在实际工作中，要经常对其进行检修。其次，尽管这项技术使气化炉的温度测量系统得到了进一步的完善，但是为了实现最佳运行条件，温度测量系统仍需进行长期改进，以确保设备运行的最佳状态。在生产活动中，过量的渣料常导致排渣系统故障。为此，技术团队需不断优化捞渣工具并根据场地具体状况改善排渣系统。这一措施旨在确保排渣系统与气化设备的安全性、稳定性和长期可靠性。

6 结语

针对某公司水煤浆气化装置气化系统存在的问题，从技术上进行了分析与改造，并针对公司的水煤浆气化规模提出了相应的改进措施，对流程烧嘴及主要动力源进行了改造，保证了装置的平稳、节能。