德士古煤气化炉合成气带水问题分析与探讨

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1、德士古煤气化炉合成气带水问题分析与探讨丁振伟，王伟(兖矿鲁南化肥厂，山东滕州277527)2003-05-16   气化炉是德士古水煤浆加压气化装置的核心设备，它包括燃烧室和激冷室两部分，上部为燃烧室，内衬三层耐火材料；下部为激冷室，内有激冷环、下降管、上升管和折流挡板等主要部件。生产操作过程中时常发生激冷室合成气带水问题。本文我们将对气化炉带水的问题进行分析和探讨。1 装置流程简述   加压的水煤浆和氧气经过特制的工艺喷嘴喷入气化炉内后，水煤浆被高效雾化成细小的颗粒，与氧气在炉内1300～1400℃的高温下发生复杂的氧化一还原反

2、应产生煤气，其主要成分为CO十H2，我们称为合成气；同时生成少量熔渣。合成气与熔渣出气化炉燃烧室后，在下降管的引导下，进入到气化炉激冷室液面下，在此熔渣被冷却固化后沉降到气化炉激冷室锥底，经锁斗收集后排出；合成气被冷却并吸收饱和水蒸气后出下降管，沿下降管与上升管之间的环隙鼓泡上升，离开上升管后被激冷室顶部的折流挡板折流，由激冷室合成气出口排出，经文丘里洗涤器去洗涤塔进一步洗涤除尘后，送变换工序。洗涤塔的补充水有三路：一路是高压灰水，由文丘里加入；另两路为冷凝液，分别由洗涤塔的塔盘和洗涤塔液位调节阀加入。出洗涤塔的水有两路，一路是去

3、闪蒸处理的排放水；一路是去气化炉激冷环上的激冷水，为气化炉的补水。2 气化炉带水时的现象与危害2.1 异常现象   (1)气化炉的液位下降，气化炉去闪蒸的黑水调节阀自动关小(本装置用出气化炉的排水量来控制气化炉的液位)。   (2)合成气温度偏高，文丘里压差增大并出现波动。   (3)洗涤塔液位升高，洗涤塔补水阀关小。2.2 对系统的危害   (1)气化炉液位持续下降会导致减负荷生产，影响装置的生产强度。   (2)气化炉带水后，由于激冷室内直接接受自气化炉燃烧室来的熔渣、飞灰，系统内水质较差，大量灰分会随合成气夹带的水到达洗涤塔

4、内，影响洗涤塔水质，也影响出塔合成气清洁度。   (3)洗涤塔液位升高，操作不稳，有时会引发洗涤塔带水，影响后工序运行。   (4)洗涤塔水质恶化，影响自洗涤塔抽取供气化炉激冷环激冷水的水质，长期运行会加剧气化炉激冷环结垢问题，并最终导致停车处理。   (5)由于气化炉黑水向闪蒸系统的排放量减少，黑水中的灰渣成分增加，容易堵塞气化炉去闪蒸系统的黑水管线，影响闪蒸系统的正常操作。3 气化炉合成气带水过程分析   合成气通过燃烧室的渣口进入到激冷环和下降管后，由于下降管内壁四周分布着激冷水形成的液膜，合成气与激冷水在并流下行的过程中即

5、发生了传热、传质过程，部分激冷水蒸发成为饱和水蒸气进入合成气成为气相组分，合成气离开下降管后，在下降管与上升管的环隙间穿越激冷室水液层鼓泡上升。在合成气鼓泡上升的过程中，由于气体流速较快，合成气在溢出激冷室液面时会夹带部分水液，这些夹带的水液，一部分在随合成气经环隙上升的过程中，由于没有足够的功能，又落回到环隙的液层中；一部分撞击到上升管的内壁和下降管的外壁上，以液膜的形式流回到液层中；还有一部分在离开上升管后流经激冷室上部的折流板时，被分离沉降到激冷室液面上；只有一部分最终随合成气带出气化炉，经文丘里进入洗涤塔中。4 带水问题讨

6、论4.1 从气体流速的角度   合成气带出的小水滴与气流输送中的固体颗粒有许多相似之处，液体的密度与固体的密度非常接近而与输送介质合成气的密度却相差甚远，这一点与气流床的情况很相似；另外小液滴作为一个质点在液面上运动时，受到气体的推动力和自身重力这两个力的作用，合成气中夹带的小液滴要以流化状态被带出气化炉，有一个带出速度的问题。我们以合成气夹带直径3mm的小液滴为例来计算，其带出速度为2.31m／s，以鲁南装置现在的生产强度，合成气量为40000m3／h，加上由激冷水气化产生的饱和水蒸气量(为合成气的1.4倍)，总气量为96000

7、m3／h，换算成气化炉操作工况下的气量为5688.8m3／h，即1.58m3／s，激冷室下降管与上升管环隙的面积为0.391m2，因此实际合成气在下降管与上升管环隙中的流速为4.04m／s，远大于φ3mm液滴的带出速度2.31m／s。可见，气化炉合成气带水的量是很大的，这一点，我们在实际操作中深有体会。鲁南装置正常满负荷生产时，气化炉合成气带水量大约在25m3／h，而在气化炉严重带水时，合成气实际带入气化炉的水量为50m3／h，比正常时增加了25m3／h，对系统的水平衡产生了严重的威胁。4.2 从传热、传质角度   在激冷室内，合

8、成气与激冷水之间的传热过程属于两相流的沸腾传热过程，根据流体沸腾传热理论，其过程将随热流强度的增加而发生传热机理的转变，即；当热流强度增加到某一临界值时，传热过程将由高效的泡核沸腾转变为低效的膜状沸腾，此时气相中夹带大量的水沫。由于水沫的密度比液体