煤气化工艺优化设计及现场操作建议

马振明,耿文杰

（东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）

我国多煤、少油、少气的能源结构决定了利用政策和发展方式。为了能源的合理高效利用及国家能源安全，以煤为原料生产合成气及下游产品的方式还将存在较长一段时期。而正是由于这种对煤炭资源较强的依赖性，使得国内外众多的煤气化技术纷纷落地我国，并得到不同程度的发展。笔者在设计过程和工厂实践中发现各煤气化技术均有其各自的技术特点，并存在一些差异化做法，正是由于这些差异的存在使得在气化流程设置和设备选择上存在优化的空间。

本文结合生产过程中发现的一些问题，提出可供参考的建议和优化方案，以期对现有工厂操作具有可行的操作及优化建议，使得工厂生产操作更优化，更平稳，运行周期更长，从而为企业带来更多的经济和社会效益。

1 捞渣机增设高频脱水筛

因煤气化装置工艺的特殊性，气化装置原来为煤粉、煤浆、块煤等，在场内运输和输送过程中可能存在外泄、外漏的可能，同时生产过程中需要间断外排粗渣和细渣，很难保证现场操作环境的洁净，尤其是管理水平偏差的工厂，现场环境堪忧。其中对于捞渣机外排的粗渣，一般委托外部运输公司运出，汽车需封闭轿厢，使企业运输成本增加。另一方面，外排粗渣含水过高也使不封闭货车运输途中渣水外漏。一般地，捞渣机粗渣含水量为40%～50%，如在捞渣机机头下部增设高频脱水筛，降低粗渣中含水量至20%～30%，一方面减少粗渣中黑水外漏量；另一方面提高了货车外运粗渣的效率，使装置现场的操作环境大为改善。

对于大型装置的多系列气化炉，还可以在捞渣机下部集中采用皮带输送，捞渣机粗渣经高频脱水筛进一步脱水后，送入输送皮带。多台捞渣机平行排放粗渣，经皮带统一输送至指定地点，由汽车外运，使汽车外运效率进一步提高，污染面进一步减少，改变了气化装置传统现场脏乱的形象。

2 多系列真闪罐底部增设切断阀隔离

在某些干粉煤气化的渣水单元设计时，考虑到设备布置高差，多系列各个真空闪蒸罐底部排液管线无切断阀，排液管线直接汇合至一条总管自流至澄清槽，真空闪蒸罐底部灰水不设泵。这样的流程设置，当其中一套气化不运行时，运行系列的真空闪蒸罐真空度发生波动，未运行系列的真空闪蒸罐常常会因为压力不均衡发生剧烈的震动现象，建议在考虑设备布置高差和管道阻力降的情况下，在保证真空闪蒸罐排液顺畅的前提下，排液管增设切断阀，或者调整真空闪蒸罐为地面布置，同时增设增压泵。

需要说明的是，两种流程设置和设备布置均同时存在，各有优势和不足，很难说某种配置有绝对的优势，可根据工厂实际情况、操作习惯、装置布置要求等进行选择和优化设计。

3 气化炉火检

气化炉火焰检测在气化炉点火时担负重要的监测任务，是判断气化炉是否成功点火的重要依据。

部分气化炉开车火检采用红外监控，实际生产中往往会因为多种原因失效，不能实时监控到实际的火焰情况。部分气化技术采用视频监控的方式，采用特殊的设计和吹扫手段，保证监控能多次正常使用，可以直观检测到火焰的燃烧情况，对于判断气化炉是否点火成功，是否良好燃烧起到很好的作用。

4 增加除硬设施

现有煤气化装置，常常因在工艺包设计阶段对外排水量的计算过于保守，或者工厂实际生产中改变操作煤种，使得操作值偏离设计值过大，煤气化装置需要外排更多的水量，超出工厂已有污水处理装置的处理能力，造成的后果就是必须限制煤气化装置外排水量，更多的灰水必须循环回系统使用，使水系统硬度和含固量增加，操作工况逐渐恶劣，对管道、阀门、设备均带来不利影响，从而影响煤气化装置长周期运行。

建议根据工厂气化原料煤煤质、渣水处理运行情况、黑灰水水质情况、污水处理能力等多方面因素，考虑增加除硬设施。对气化外排灰水做进一步处理，除硬设施可以设置在煤气化装置外排污水后，也可根据情况设置在澄清槽部位，从澄清槽取水，对灰水做除硬处理后，打回至澄清槽中，但此流程对澄清槽加入絮凝剂后水质产生影响，系统稳定运行难度增大。经除硬设施后气化外排污水悬浮物、氨氮指标均大幅降低，污水排至污水处理厂，从而降低后续污水处理装置压力。如果是新建项目，并且项目投资额较大，建议除硬设施的设置和全厂污水处理装置综合考虑，找到操作和投资效益的最佳路径。

5 热风炉柴油雾化喷头选型

干粉煤气化技术中，煤粉制备单元惰性气体发生器的作用是加热惰性气体，热惰性气体进入磨煤机，加热输送煤粉至煤粉袋式过滤器。惰性气体发生器的燃料一般选择燃料气或者柴油，而采用柴油做燃料就需要使用雾化空气，而雾化效果的好坏将直接影响燃烧的效果和能耗的高低。对雾化效果起直接作用的就是雾化喷头的机械设计，而专门针对惰性气体发生器所使用的燃烧器专业的研究机构和生产供货厂家均较少，对燃烧器喷头的设计往往不能按照实际需要的热值负荷进行个性化设计以及按能力进行粗放式的选择，这样就导致实际生产中柴油雾化效果较差，造成大量柴油不能雾化成小颗粒的液滴，柴油直接喷入惰性气体发生器，造成柴油的集聚，燃烧效率较差。因此，建议在做燃烧器设计时，对喷头设计作专项研究，选取合适的雾化喷头以提高燃烧器的燃烧效率。

6 烧结金属支撑型式的改进

在干煤粉气化中，多种结构型式的烧结金属被广泛使用。烧结金属是一种隔离煤粉的同时能进行充气的部件，一般安装于煤粉储罐底部、煤粉锁斗内部和出口管路、煤粉给料罐底部等位置。不同位置的烧结金属部件外形和作用存在一定差异，但其工作原理相似。

烧结金属材料本身的特性和使用环境决定了其在使用过程中容易脆断。烧结金属本身不能承受较大的压差，在烧结金属内侧的煤粉在使用过程中会堵塞烧结金属孔隙，另一方面，高压侧的气体流量过大或者压力控制不稳定，导致烧结金属内外压差超过设计值，烧结金属就很容易发生断裂，进入煤粉罐中，对煤粉输送、煤粉调节阀和烧嘴造成不利影响。

烧结金属部件由壳体和内件组成，壳体和压力容器相连或者组装在一起，烧结金属内件装于烧结金属壳体内部。如何有效支撑烧结金属内件，防止烧结金属破损，同时保持通气面积最大，降低烧结金属自身承受的压差是设计烧结金属支撑件的关键。经过国内多套粉煤气化运行经验，此部件的设计也在不断优化更新，建议烧结金属厂家根据工厂经验，结合设计单位的意见进行机械设计，最大化保证烧结金属的支撑，延长使用寿命。

7 称重给煤机通入氮气，防止水汽返进入

部分干煤粉气化装置的称重给煤机无氮气密封口，原料煤经过称重给煤机后进入磨煤机。在生产运行的过程中，磨煤机在运行过程中，煤中的水分气化分离经管道反串回称重给煤机，造成给煤机中煤卡堵，影响原煤的正常输送。

在称重给煤机本体增加氮气通入口，并在设备运行时通入少量的氮气进入系统，防止水汽反串进入称重给煤机，保证设备的连续稳定运行。

8 结束语

煤化工在中国发展迅速，多种技术并存，各具特点和适用范围。然而在流程设置、设备选择、材质选择、操作方式等方面又存在类似。通过本文列出的一些技术优化、操作建议，希望对已建成的煤气化操作提供帮助，同时对新设计、新建设工厂也能提供参考。