德士古煤气化技术激冷室带水问题研究

高志娟　王建业

（中天合创能源有限责任公司，内蒙古　鄂尔多斯　017000）

德士古煤气化技术激冷室带水问题研究

高志娟王建业

（中天合创能源有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯017000）

德士古煤气化技术在国内有成熟的经验，在实际的生产和运行过程中，若出现激冷室带水问题，就会影响装置的稳定运行。基于此，介绍德士古水煤浆加压气化工艺的流程，将生产过程中普遍遇到的激冷室带水问题的现象、危害、原因和解决措施进行全面的分析。

水煤浆气化；激冷室；带水

德士古煤气化技术在国内有成熟的经验，我国使用该技术的厂家有鲁南化肥厂、上海焦化厂、陕西渭河化肥厂、安徽淮南化工厂、黑龙江浩良河化肥厂、金陵石化公司、中石化南京化学工业公司和神华包头煤化工有限公司等［1］。在实际的生产及运行过程中，若出现激冷室带水问题，就会影响装置的稳定运行。

1　流程介绍

德士古气化工艺流程包括水煤浆制备、气化、合成气洗涤、渣水处理和烧嘴冷却水等系统。下面着重介绍与激冷室带水问题密切相关的气化炉系统和合成气洗涤系统。

合格的水煤浆和氧气在一定的压力和温度条件下，在气化炉燃烧室里进行气化反应，生成主要成分为氢气和一氧化碳粗合成气。粗合成气及部分熔渣由上而下经过激冷环和下降管（均布激冷水）进入激冷室水浴。

大部分的融渣经冷却固化后，落入激冷室底部，经过锁斗周期性排入渣池，最后由捞渣机将渣捞出后装车外运。

粗合成气被冷却后沿着下降管和上升管之间的环隙均匀鼓泡上升，并经上部挡板折流后，送往文丘里洗涤器。

1.2合成气洗涤系统

合成气沿下降管进入塔底部的水浴中，向上穿过水层，大部分固体颗粒与合成气分离，沉降到塔底部。合成气穿过4块塔板，由变换冷凝液喷淋，洗去剩余的固体颗粒，在洗涤塔顶部经过一个折流式除沫器，除去合成气中的雾沫后出洗涤塔，控制水气比在1.4～1.6，送至下游变换工序。

2　激冷室带水问题分析

气化炉激冷室带水是指在气化炉操作异常时，粗合成气气流夹带水团，进入洗涤塔，液态水携带的灰渣量增加，即加入的激冷水远大于合成气饱和水蒸气带出和排出黑水的总量。

2.1激冷室带水现象与危害

2.1.1带水现象。①激冷室水浴的水被粗合成气夹带走，水浴平衡被破坏，气化炉液位降低，底部黑水排放量减少，黑水管线温度降低，不能维持正常的气化炉操作。②洗涤塔液位上升，向塔内补水的高压灰水量自动减少，水系统失去平衡。③气化炉出口工艺气温度有波动。

2.1.2带水危害。激冷室带水的问题对气化系统稳定运行的危害很大，严重影响正常的工业生产。主要的危害表现在以下几个方面：①激冷室带水造成洗涤塔液位增高，会威胁到后工段的变换系统的正常运行；②气化炉带水造成系统波动，常常迫使装置减负荷运行，严重影响正常的工业生产，带水严重时气化炉液位持续下降，会迫使系统停车，带来经济损失；③洗涤塔的水质固含量增加，为激冷环供水的水质恶化，影响激冷环的寿命；④由于系统水循环失去平衡，黑水中灰渣颗粒的分离过程有所变化，灰水处理系统的固含量将会增加。一方面，导致返回系统的灰水水质进一步恶化；另一方面，将加剧管道和设备的结垢、磨损和堵塞问题。

其实，这只是里根演说前测试麦克风时的一句玩笑话。不过，当这段言论传至苏联后，苏联不仅发表公开声明谴责里根，还一度向特种部队司令部命令“进入战斗状态”，美苏险由此引发战争。

2.2激冷室带水过程分析

高温的粗合成气夹带液态熔渣向下进入激冷室，进行降温、除尘并获得饱和蒸汽。激冷水泵从洗涤塔底部把激冷水送入激冷环，经小孔喷射，在下降管的表面形成水膜向下流动，与粗合成气和熔融灰渣之间快速进行传热传质过程。高温合成气将热量通过对流和辐射传热传递给水膜，高温合成气的温度迅速降低并增湿，激冷水膜的温度迅速升高，并有部分激冷水汽化，以饱和蒸汽的形式进入合成气主流。合成气、水蒸气和熔融灰渣继续沿下降管向下进入激冷水中继续降温，进行气、液、固三相间复杂且迅速的传热传质和流动过程。

高温合成气经过下降管末端的锯齿型出口后，流动方向急剧改变，并被分割成许多细小的分支后在激冷室的水中鼓泡上升，向上穿过水层，最终逸出水面。合成气的气泡在激冷室的水中除受到水体浮力的作用外，还有部分压力势能可以转化为动能，虽然水体中气泡的能量转化过程比较复杂，但可知气泡在穿越水体的过程中具有的能量比较大，在其逸出激冷室水面的过程中会夹带一些液体。气体夹带着一些液滴上升到上升管的顶部后，受到折流挡板的作用，先向下折流，然后再向上回升，最终到达合成气出口。

合成气所夹带液滴的运动形式有3种：①一部分液滴在上升过程中需要克服阻力和重力，逐渐又落到激冷室；②一部分液滴在与激冷室内壁、折流挡板等碰撞后，与合成气分离落回激冷室；③气速与液团速度之和大于液团的沉降速度，部分夹带水最终随着合成气被带出激冷室［2］。

综上所述，原因主要有2个：①激冷室内的热负荷较高，传热过程由泡核沸腾（高效）转变为膜状沸腾（低效）［3］，合成气与激冷水之间的换热过程中产生的气泡较多；②合成气的流动速度比较大，在气体逸出水面时夹带液滴。具体的影响因素有以下3个方面。一是负荷过高。如因生产需要，气化炉高负荷运行，产生的气量增大，但气流通过的下降管与上升管之间的环隙未改变，使得气速增加，导致气化炉带水。二是激冷室液位维持太高。如果激冷室的液位维持较高水平时，气体穿过激冷室水浴所需要的有效行程将会增加，减小了激冷室上部的气液分离空间，不利于缓解带水问题。三是激冷室温度高。炉温的高低是进行气化反应的一个很重要指标。虽然维持较高的炉温对碳转化率等是有好处的，但是维持较高炉温时，气化炉激冷室内的黑水就会大量蒸发，引起激冷室带水。根据运行经验，炉温控制在高于灰熔点50～100℃即可。

2.3预防与解决措施

在激冷室设计与安装时，应注意以下几个方面：①随着压力与投煤量的增加，应加长激冷室尺寸，增大激冷室容积［4］，以保证激冷室内传热面积和气液的分离空间，适当增大上升管的直径，相当于增加了粗合气与液滴的分离空间，可以有效地减少带水；②下降管底部的锯齿形设置，作用是为了平稳气流，使气流分布均匀，因此可增加锯齿数量，从而起到防止带水的作用；③严格控制上升管与下降管之间的同心度、垂直度，安装时要保证质量。

在设计已定型的情况下，在工艺操作上可采用以下几个方法：①控制水质，可适当加大气化炉黑水排放量，破坏气化炉带水条件的形成，用脱盐水对水质进行置换，如为了控制液位而一味降低黑水排放，反而加重激冷室的带水；②若激冷室内热负荷较大，应控制好系统热平衡，加大进入激冷室内的激冷水流量，同时也要加大气化炉黑水的排水量，便可尽快地将激冷室内过多的热量带走。

3　结语

德士古水煤浆加压气化技术具有诸多优点，在能源综合利用、节能和环保方面能起到相当重要的作用。虽然在运行过程中不可避免会出现一些如激冷室带水等问题，但只要采取得当的措施，即可安稳、长周期运行。

［1］高丽.德士古水煤浆加压气化技术的应用［J］.煤炭技术，2010（7）：161-162.

［2］丁振伟，王伟.德士古煤气化合成气带水问题的分析与探讨［J］.化肥工业，2003（3）：52-54.

［3］安晓熙，曹月梅.Texaco煤气化炉带水问题的分析与探讨［J］.当代化工，2012（8）：850-855.

［4］国蓉，程光旭，王毅，等.Texaco煤气化装置长周期运行影响因素分析［J］.现代化工，2014（1）：49-52.

Analysis on Entraining Water Problem in Quench Chamber of Texaco Coal Gasification Technology

Gao ZhijuanWang Jianye
（Zhongtian Hechuang Energy Co.Ltd.，Ordos Inner Mongolia 017000）

Texaco coal gasification technology in China has mature experience，in the actual production and operation process，if the quench chamber with water problems，it will affect the unit stable operation.Based on this，Texaco coal water slurry gasification process was introduced，the phenomenon，harm，cause and solution of the water problem in the chilled water chamber which is commonly encountered in the production process were analyzed.

coal-water slurry gasification；quench chamber；entraining water

TQ546

A

1003-5168（2016）06-0140-02

2016-05-09

高志娟（1988-），女，硕士，助理工程师，研究方向：煤制烯烃项目发展。