GE氣化爐帶水原因分析及解決措施孫衛(wèi)國張平旺神華包頭煤化工分公司內(nèi)蒙古包頭 014000摘要:分析了GE氣化爐合成氣帶水的表征現(xiàn)象、原因及其對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)的危害性,并針對(duì)影響因素提出了兩個(gè)方面的改進(jìn)措施，一是從工藝指標(biāo)的控制上作出調(diào)整，二是針對(duì)新設(shè)計(jì)裝置氣化爐結(jié)構(gòu)提出了改進(jìn)措施。關(guān)鍵詞:GE氣化爐合成氣帶水影響Abstract: The GE gasifiersynthesis gaswith water， thecharacterization of the phenomenon， causes and dangers forstable production and influencing factors for the two aspectsof the proposed improvements， one from the control of processindicators adjusted Second，the structure for the new designdevice gasifier proposed improvement measures.Keywords: GE gasifiedSyngasWateryAffect中圖分類號(hào): TQ54引言:氣化爐是GE水煤漿加壓氣化裝置的核心設(shè)備,分為燃燒室和激冷室兩部分。上部為燃燒室,內(nèi)襯3層耐火材料;下部為激冷室,內(nèi)有激冷環(huán)、下降管、- 上升管和折流擋板等主要部件。我們?cè)谏a(chǎn)操作過程中時(shí)常會(huì)發(fā)生激冷室的合成氣帶水問題，所謂“帶水”，即激冷室的水被合成氣大量夾帶至后續(xù)工序的洗滌塔，使激冷室內(nèi)液位嚴(yán)重低于工藝要求值，而洗滌塔內(nèi)嚴(yán)重超高，來不及排除，嚴(yán)重時(shí)塔內(nèi)水與合成氣- -并流向下游工序的變換爐，中國煤化工迫使變換停爐。本文就此問題進(jìn)行分析和探討。.MYHCNMH G1.裝置流程簡述加壓的水煤漿和氧氣經(jīng)過特制的工藝噴嘴噴入氣化爐內(nèi)后，水煤漿被高效霧化成細(xì)小的顆粒，與氧氣在爐內(nèi)1300~ 1400 °C 的高溫下發(fā)生復(fù)雜的氧化一-還原反應(yīng)產(chǎn)生煤氣，其主要成分為合成氣(CO+ H2) ;同時(shí)生成少量熔渣。合成氣與熔渣出氣化爐燃燒室后，在下降管的引導(dǎo)下，進(jìn)入到氣化爐激冷室液面下，在此熔渣被冷卻固化后沉降到氣化爐激冷室錐底,經(jīng)鎖斗收集后排出;合成氣被冷卻并吸收飽和水蒸氣后出下降管，沿下降管與上升管之間的環(huán)隙鼓泡上升，離開上升管后被激冷室頂部的折流擋板折流，由激冷室合成氣出口排出， 經(jīng)文丘里洗滌器去洗滌塔進(jìn)一步洗滌除塵后，送變換工序。洗滌塔的補(bǔ)充水有三路:一路是高壓灰水，由上塔盤加入;另兩路為冷凝液，分別由洗滌塔的下塔盤加入。出洗滌塔的水有兩路，一路是去閃蒸處理的排放水; - - 路是去氣化爐激冷環(huán)上的激冷水，為氣化爐的補(bǔ)水。下圖為工藝流程簡圖:中國煤化工YHCNMH G氧氣合成氣去變換氣化爐補(bǔ)充冷凝液水煤漿洗滌塔變化冷凝液氣化爐液位調(diào)節(jié)閥文丘里k滅合成氣激冷水去激冷環(huán)激冷水泵去閃蒸系統(tǒng)(四級(jí)) L +沉降槽不低壓灰水泵溢流灰渣去鎖渣系統(tǒng).灰水槽2.氣化爐帶水時(shí)的現(xiàn)象與危害2.1異常現(xiàn)象(1) 氣化爐的液位下降,低于正常的工藝指標(biāo)控制。激冷水浴不能形成，不能維持正常的氣化爐操作。(2)氣化爐底部黑水排放量減少，激冷室水夾帶在合成氣流中，帶入洗滌塔。(3)洗滌塔液位升高，超出其正常液位，洗滌塔補(bǔ)水閥關(guān)小后仍無法控制洗滌塔液位。中國煤化工MHCNMH G-3-(4) 從氣化工段出來合成氣溫度偏高,原因有二:一方面，當(dāng)氣化爐帶水時(shí)，合成氣夾帶大量的水蒸氣，而水蒸氣中蘊(yùn)含大量的潛熱，故造成溫度偏高;另一方面，當(dāng)出現(xiàn)帶水時(shí)，由于洗滌塔液位偏高，由洗滌塔給水泵供塔盤冷凝液減少以及進(jìn)文丘里的激冷水量減少，使得與合成氣換熱量減少，從而引起合成氣溫度升高。(5)文丘里壓差增大并出現(xiàn)頻繁波動(dòng)現(xiàn)象。2.2帶水對(duì)系統(tǒng)的危害2.2.1從水系統(tǒng)平衡角度考慮:(1)氣化爐帶水造成洗滌塔液位升高，系統(tǒng)無法補(bǔ)水，進(jìn)而引起整個(gè)系統(tǒng)的水平衡被破壞。其表現(xiàn):高壓閃蒸罐、中壓閃蒸罐、真空閃蒸罐的液位降低，導(dǎo)致灰水罐液位降低，嚴(yán)重時(shí)由于整個(gè)水系統(tǒng)失去平衡，會(huì)迫使停車。(2)洗滌塔液位過高，就會(huì)引起后工序變換系統(tǒng)帶水，水淹變換催化劑，不僅導(dǎo)致后工序停車，而且使催化劑失活。2.2.2從工藝角度來分析:(1) 氣化爐帶水后，由于激冷室內(nèi)直接接受自氣化爐燃燒室來的熔渣、飛灰，系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)較差，大量灰分會(huì)隨合成氣夾帶的水到達(dá)洗滌塔內(nèi),影響洗滌塔水質(zhì)，也影響出塔合成氣清潔度。(2)洗滌塔水質(zhì)惡化，影響自洗滌塔抽取供氣化爐激冷環(huán)激冷水的水質(zhì)，長期運(yùn)行會(huì)加劇氣化爐激冷環(huán)結(jié)垢問題，并最終導(dǎo)致停車處理。(3)由于氣化爐黑水向閃蒸系統(tǒng)的排放量源中國煤化工，管道之間MHCNMH G流量減少，從而使管道內(nèi)流體流速降低，導(dǎo)致黑水中的灰渣在設(shè)備管道中的沉淀速度加快，嚴(yán)重時(shí)，容易堵塞或磨損氣化爐去閃蒸系統(tǒng)的黑水管線，增加設(shè)備結(jié)垢，影響灰水系統(tǒng) 長周期、安全穩(wěn)定運(yùn)行。2.2.3從經(jīng)濟(jì)效益角度分析:(1)氣化爐液位持續(xù)下降會(huì)導(dǎo)致操作環(huán)境惡劣，使氣化爐不能維持高負(fù)荷生產(chǎn),單爐生產(chǎn)能力下降,影響裝置的生產(chǎn)強(qiáng)度，影響整個(gè)凈化和合成系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。(2)設(shè)備、管道堵塞時(shí)，必須進(jìn)行清理、疏通、檢修、增加了操作上的困難，由于增加了勞動(dòng)強(qiáng)度和檢修費(fèi)用，使運(yùn)行成本增加，進(jìn)而增加單位產(chǎn)品成本，從而影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。3.合成氣帶水過程理論分析合成氣通過燃燒室的渣口進(jìn)入到激冷環(huán)和下降管后，由于下降管內(nèi)壁四周分布著激冷水形成的液膜，合成氣與激冷水在并流下行的過程中即發(fā)生了傳熱、傳質(zhì)過程，部分激冷水蒸發(fā)成為飽和水蒸氣進(jìn)入合成氣成為氣相組分，合成氣離開下降管后，在下降管與上升管的環(huán)隙間穿越激冷室水液層鼓泡_上升。在高速氣流作用下，激冷室的液體呈膨脹狀,下降管液位較低，而上升管液位較高，氣流經(jīng)過下降管后沿上升管與下降管間的空隙迅速上升,將液體迅速包圍、分散，使液體分散成眾多大小不均的液滴，并使其獲得了一定速度隨氣流上升,此時(shí)液面上鼓,這些夾帶的水液和水團(tuán)由于自重還有一個(gè)沉降過程,即:中國煤化工氣速+液團(tuán)速度≥液團(tuán)的沉降速YHCNMH G這些被夾帶上來的液體有五種運(yùn)動(dòng)方向:一是部分夾帶水由于沒有足夠的能量，在還沒有上升到升氣管的頂部時(shí)就又回落下來，返回到激冷室;二是部分夾帶水撞擊到上升管的內(nèi)壁或者是下降管的外壁上，沿著壁面回流到激冷室;三是部分夾帶水被帶出升氣管，但在經(jīng)過折流板時(shí)由于被折流而與合成氣分離落回激冷室;四是部分夾帶水在向激冷室的合成氣出口方向運(yùn)動(dòng)時(shí)碰到激冷室的內(nèi)壁而沿著激冷室的內(nèi)壁向下回流;五是部分夾帶水最終隨著合成氣被帶出激冷室影響后序工段。4.氣化爐帶水的影響因素4.1爐溫爐溫的高低是控制氣化反應(yīng)得-一個(gè)重要指標(biāo)。一般的講，保持較高的爐溫，對(duì)氣化反應(yīng)是有利的，對(duì)提高氣化爐發(fā)氣量有著至關(guān)重要的作用。而爐溫偏低時(shí)，氣化反應(yīng)速度降低，碳的轉(zhuǎn)化率降低，氣化效率下降，導(dǎo)致發(fā)氣量降低，并且，渣中的可燃物含量較高，浪費(fèi)了煤炭資源。但是，當(dāng)控制爐溫偏高時(shí)，氣化爐激冷室內(nèi)的黑水就會(huì)大量的蒸發(fā)，超過其爐溫時(shí)的蒸發(fā)量，產(chǎn)生的大量水蒸氣就會(huì)隨著合成氣進(jìn)入洗滌塔,造成氣化爐液位降低，洗滌塔液位升高，氣化爐底部水量減少，從而產(chǎn)生帶水。4.2氧壓及系統(tǒng)壓力一.般說來，維持較高的氧壓及系統(tǒng)壓力對(duì)氣化反應(yīng)有利。根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理，增加壓力有利于提高化學(xué)反應(yīng)速度、揭高氣化效率，但是,中國煤化工TYHCNMH G氧壓不能控制過高。由于工藝燒嘴是三流式噴嘴，中心槍與外環(huán)道為氧氣通道，中間套管環(huán)隙為煤漿通道。在氧壓過高時(shí)，中心槍內(nèi)氧氣噴出時(shí)，就會(huì)在氣化爐內(nèi)形成- - 個(gè)較長的火炬，會(huì)對(duì)激冷室液位造成較大的沖擊力。此時(shí)，激冷室內(nèi)的黑水會(huì)隨著合成氣進(jìn)入洗滌塔，進(jìn)而產(chǎn)生帶水。另外，氧壓及其系統(tǒng)壓力波動(dòng)過大也會(huì)造成不同程度帶水。4.3氣化爐液位氣速-一定，若氣化爐液位控制較高，氣流通過激冷水浴的時(shí)間長，氣流對(duì)液體的分散作用就會(huì)加劇，環(huán)流現(xiàn)象加強(qiáng)，從而導(dǎo)致了氣化爐帶水。因此，高負(fù)荷生產(chǎn)中， 氣化爐的液位不可控制過高，否 則極易引起帶水。4.4系統(tǒng)生產(chǎn)負(fù)荷企業(yè)為追求效益，往往使氣化爐處在高負(fù)荷狀態(tài)(為原設(shè)計(jì)負(fù)荷的140%左右運(yùn)行),當(dāng)負(fù)荷過高時(shí)，氣量也相應(yīng)增大，系統(tǒng)壓力升高，而壓力的升高又會(huì)引起合成氣溫度的偏高，從而造 成激冷室內(nèi)大量黑水蒸發(fā)，這些蒸發(fā)的水蒸氣部分夾帶到合成氣中帶入洗滌塔，同時(shí)在合成氣通過激冷環(huán)與上升管環(huán)隙時(shí)由于氣流通過的間隙未改變，氣速的增加也會(huì)使氣化爐帶水。另外，負(fù)荷增減頻率快及調(diào)節(jié)幅度過大也會(huì)引起帶水。4.5氣速當(dāng)氣化爐高負(fù)荷運(yùn)行，或者爐溫控制偏高時(shí)，均能使氣化爐發(fā)氣量迅速增大，從而使氣速增大,氣流對(duì)液體分散作用加強(qiáng)，液體環(huán)流現(xiàn)象加劇，中國煤化工這樣就導(dǎo)致了帶水。MHCNMH G-7-4.6氣化爐底部排水量從上文可以知道，氣化爐底部排水量的減少是氣化爐帶水的-一個(gè)明顯標(biāo)志，氣化爐帶水嚴(yán)重時(shí)，其底部排水量甚至可以減少到零。因此，操作時(shí)嚴(yán)格控制氣化爐底部排水是決定氣化爐是否帶水的一一個(gè)重要因素。5.預(yù)防或解決氣化爐帶水的措施解決合成氣帶水問題可以試著從以下幾個(gè)方面著手考慮。5.1嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)5.1.1爐溫控制在控制爐溫時(shí)，操作工應(yīng)及時(shí)根據(jù)煤的灰熔點(diǎn)分析，以及合成氣分析、CH含量、CO2含量、渣中可燃物含量等主要工藝參數(shù)來進(jìn)行綜合判斷，以便調(diào)節(jié)爐溫。根據(jù)魯南化肥廠的生產(chǎn)實(shí)踐證明，爐溫控制在高于灰熔點(diǎn)100°C~150"C左右，對(duì)燒嘴霧化效果較好，而且也可避免氣化爐帶水。5.1.2氧壓及系統(tǒng)壓力應(yīng)保持氧壓及系統(tǒng)壓力穩(wěn)定,不可過高。操作人員若發(fā)現(xiàn)氧壓偏高,應(yīng)立即通知調(diào)度聯(lián)系空分工段適當(dāng)降低氧壓，同時(shí)，中控人員需相應(yīng)減少中心槍氧量，減少燒嘴在爐內(nèi)的噴射火焰長度，防止對(duì)激冷室液位沖擊力過大，引起液位波動(dòng)。因此穩(wěn)定的氧壓及系統(tǒng)壓力對(duì)防止氣化爐帶水是有利的。中國煤化工YHCNMH G-8-5.1.3液位控制由于氣化爐超設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行,氣化爐液位不可控制太高，以減少氣體通過的時(shí)間，降低氣體對(duì)液體的分散作用，而且，處理帶水時(shí)，可適當(dāng)降低液位，待帶水得到控制后，再逐步提高液位，但控制液位不偏低時(shí),應(yīng)保證整個(gè)水系統(tǒng)循環(huán)平衡，且循環(huán)量要 大，否則液位過低會(huì)改變?cè)某两颠^程，增加黑水的含固量，而且也會(huì)使氣化爐停車。5.1.4負(fù)荷調(diào)節(jié)為使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，氣化爐均在高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，但是，不能超出氣化爐設(shè)計(jì)負(fù)荷太多，維持在設(shè)計(jì)負(fù)荷的130% 為宜。高負(fù)荷運(yùn)行時(shí),加減負(fù)荷頻率要少，調(diào)節(jié)幅度不宜過大，這不僅能防止氣化爐帶水，而且對(duì)系統(tǒng)長周期、穩(wěn)定運(yùn)行也有好處。5.1.5氣化爐底部出水量氣化爐底部出水量的高低是判斷氣化爐是否帶水的一個(gè)重要標(biāo)志，當(dāng)氣化爐出水量減為零時(shí),氣體對(duì)激冷室水浴的分散作用便會(huì)加強(qiáng)，而且，流現(xiàn)象加劇，只能引起更嚴(yán)重的帶水，保證氣化爐底部有- -定的出水，水流和氣流方向近似作逆向接觸，使氣體的分散作用變?nèi)?，這也會(huì)在一定程度上防止氣化爐帶水。5.1.6加大水系統(tǒng)循環(huán)量加大氣化爐激冷水的供應(yīng)量和排出量,降低激冷室內(nèi)激冷水的溫度,降低合成氣與激冷水間兩相流沸騰傳熱的熱流引中國煤化工F=a/MYHCNMHG△t; Q表示熱負(fù)荷，F(xiàn)表示傳熱面積，a表傳熱系數(shù)，△t表加熱面的溫度tw和飽和蒸汽溫度ts之差),減少水沫的生成。但這需要加大洗滌塔循環(huán)泵的功率和閃蒸系統(tǒng)的黑水處理負(fù)荷,使整個(gè)系統(tǒng)的水平衡發(fā)生改變。5.2從氣化爐內(nèi)件改進(jìn)角度考慮(1)擴(kuò)大上升管的直徑,加大上升管與下降管之間的環(huán)形通道的面積，降低氣體的流速,減弱合成氣對(duì)液相的沖擊，降低夾帶水的動(dòng)能,從源頭上遏制合成氣帶水的問題。(2)加大氣化爐激冷室的結(jié)構(gòu)盡寸,增大激冷室液面上部的分離空間,讓更多的夾帶水返回到氣化爐激冷室的液面中。在氣體流速相同的情況下，氣體夾帶水的動(dòng)能基本相同,其分離空間大,夾帶水回流到液面中的比例就多。在發(fā)生氣化爐嚴(yán)重帶水時(shí),用降低氣化爐液位的辦法，相對(duì)增加了氣化爐激冷室液面上的分離空間,對(duì)于減輕氣化爐帶水的效果非常明顯。但氣化爐要維持正常液位運(yùn)行,所以激冷室的結(jié)構(gòu)尺寸要加大。6.結(jié)論(1)氣化爐合成氣帶水的問題對(duì)氣化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的危害很大。氣化爐合成氣帶水的主要影響因素有氣體氣速、爐溫高低、氧壓及系統(tǒng)壓力、氣化爐液位、負(fù)荷等。(2)為解決氣化爐帶水各廠家經(jīng)過實(shí)踐采取相應(yīng)防范措施，一是嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)(氣體氣速、爐溫高低、氧壓及系統(tǒng)壓力、氣化爐液位、負(fù)荷的控制，氣化爐底部黑水排放量)，二是針對(duì)i中國煤化工戶結(jié)構(gòu)提fYHCNMHG出了理論性改進(jìn)措施，比如擴(kuò)大上升管的直徑、加大激冷室液面上部分離空間。從不同的側(cè)面解決氣化爐帶水問題。參考文獻(xiàn)《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫》《關(guān)于氮肥、甲醇加壓煤氣化技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用》《石油化工應(yīng)用》《石油化工自動(dòng)化》《蘭化科技》中國煤化工YHCNMH G