水煤浆气化炉合成气带水问题的分析

王培+郝炜

摘 要 文章分析了水煤浆气化炉合成气带水的原因、产生的现象和造成的一系列问题，并对合成气带水问题进行

讨论。

关键词 合成气；带水；分析

中图分类号：TQ545 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0197-02

在水煤浆气化装置运行过程中，合成气带水是经常出现的问题。合成气在气化炉激冷室内经过洗涤、冷却、分离，将洗涤冷却水带出气化炉，再经过旋风分离器、水洗塔洗涤冷却后，会造成气化炉液位低，水洗塔液位高，而且会导致洗涤冷却水随合成气一起带入后系统变换工段，严重时会造成变换催化剂损坏。本文将对合成气带水问题进行分析。

1 合成气工艺流程简述

水煤浆（浓度约60%）和氧气（纯度99.6%）经过对置式四喷嘴进入气化炉内，水煤浆被雾化裂解，和氧气在气化炉内发生气化反应，在高温（1300℃）下迅速反应生成主要成分为CO+H2的合成气，同时生成少量的熔渣、还有未完全反应的碳。合成气、熔渣及未完全反应的碳出气化炉燃烧室后，沿着下降管向下进入气化炉激冷室液面下，由于下降管内壁的四周分布着激冷水形成的水膜，合成气与激冷水并流下降的过程中发生了传热过程，合成气被冷却，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。合成气在激冷室液位以下以鼓泡的形式进行洗涤和冷却，冷却后的气体进入激冷室上部分离空间，经四层泡破条除去部分气体夹带的液态和固体颗粒后，经合成气出口管线出气化炉。熔渣在激冷室的水中被冷却固化沉降到激冷室底部，通过静态破渣器破碎后，被锁斗循环水夹带入锁斗，定期排入渣池，未完全反应的悬浮在黑水中的碳颗粒，随黑水到灰水处理系统。合成气再进入混合器与黑水循环泵来的黑水混合，使合成气夹带的固体颗粒完全润湿后，进入旋风分离器，气相中的大部分细灰进入液相，随黑水从旋风分离器排出，进入灰水处理系统。出旋风分离器的合成气进入水洗塔中下部，合成气向上穿过塔板，与塔中部加入的高温热水和塔上部加入来自变换工段的变换冷凝液逆流直接接触，洗涤剩余的固体颗粒，同时伴随着合成气减温、相变及灰水升温的过程，合成气在水洗塔顶部经过除沫器除去夹带在气体中的雾沫后，送往变换工段。水洗塔下部出水分两路，一路含固量较低的洗涤黑水经黑水循环泵加压后，分别进入气化炉激冷环作激冷水和混合器作润湿水，另一路黑水从水洗塔底部排出进入灰水处理系统。

2 合成气带水的现象和原因

2.1 带水现象

1）气化炉激冷室的液位逐渐下降，为保证气化炉液位，气化炉底部黑水量减少，去闪蒸系统的阀门会关小，因为去闪蒸系统的黑水流量是和气化炉激冷室的液位相关联。

2）气化炉激冷室的黑水大量带入旋风分离器和水洗塔，旋风分离器和水洗塔的液位会升高，水洗塔液位长时间居高不下，水洗塔补水阀会关小。

3）水洗塔出口合成气流量增大，温度偏高。

4）后系统压力波动大，气化压力不稳定，影响气化炉正常的工艺指标和操作。

2.2 带水的原因

1）气化炉操作温度高，未加大激冷水流量，合成气在激冷室洗涤后，较正常温度偏高，会引起气化炉液位下降。

2）气化系统生产负荷大，燃烧室温度高，热负荷高，造成气化炉激冷室带水。

3）激冷室液位过高，或水洗塔长时间高液位操作，都会引起合成气带水。

4）后系统压力波动大，会造成水洗塔出口合成气量波动增大，合成气温度不稳定，水气比增大。

5）气化炉激冷水的水质因长时间运行变差，激冷水经激冷环后分布不均，影响激冷室内的换热效果，会引起合成气带水。

6）其他原因导致合成气带水，例如黑水阀门动作卡、不到位，流量计计量不准；这些问题会导致操作人员难以判断装置的实际运行情况，操作不当会造成合成气带水。

3 合成气带水的危害

合成气带水后，对气化系统有危害，同时对后系统也有危害，主要表现在以下几个方面。

1）气化炉合成气带水后，液位持续下降，液位比较低，加大激冷水量，也很难保证液位，就需要降低负荷，影响生产强度。

2）关小气化炉底部黑水量，气化炉入闪蒸系统的黑水量就会减少，黑水中灰渣成分增加，容易堵塞气化炉去闪蒸系统的黑水管线，影响闪蒸系统操作的稳定。

3）气化炉带水后，激冷室内的黑水被带入旋风分离器和水洗塔，旋风分离器和水洗塔内的含灰量会增大，会影响出水洗塔合成气的清洁度，同时会影响黑水循环泵入气化炉的激冷水的水质，长期运行会加剧激冷环的结垢[1]。

4）水洗塔持续高液位，有时会引发合成气洗涤带水，影响后系统的正常运行。

5）气化系统带水严重时，部分黑水进入气相当中，合成气含灰量和含水量增加，带入后系统，造成系统压力波动，同时会影响变换炉内的触媒使用寿命。

4 合成气带水问题的应对措施

因公司现有的装置设备已经定型，所以仅从工艺的角度，解决合成气带水的问题，可以考虑以下几个方面。

1）在气化炉发生带水时，用降低气化炉液位的办法，相对增加了气化炉激冷室液面上方的分离空间，可以解决气化炉带水的问题，先适当降低激冷室液位，再逐步提高液位到正常值，稳定气化炉液位。

2）加大气化炉激冷水的供应量，降低激冷水的温度，保证激冷水的质量，以降低系统的热流强度，减少水沫的产生，同时保证气化炉底部一定量的黑水出水量，以防止气化炉带水。

3）适当降低气化炉的操作温度。在气化炉操作中，炉温的控制相当重要，维持较高的炉温，对气化反应有利，有效气体成分高。但是炉温升高，激冷水中饱和水蒸气也多，气量增大，会引起带水，因此炉温应控制在高于灰熔点50℃～100℃左右[2]。

4）稳定水洗塔液位，水洗塔液位较高时，加大水洗塔底部黑水排放量，尽量稳定水洗塔洗涤水量，可稍微减少下塔补水量。

5）合成气带水严重时，适当降低系统生产负荷。正常操作时，要稳定系统负荷，少加减负荷，调节幅度不宜过快，这样能稳定系统长周期稳定运行，也能防止合成气带水。

6）稳定系统压力。后系统压力波动时，应尽量稳定气化操作压力，可防止气化炉带水。

7）保证锁斗系统的正常运行，避免激冷室液相含固量增大，影响合成气的含灰量和含水量。

5 结束语

合成气带水的问题主要因素是气体流速大，系统的热负荷高，气化炉、水洗塔液位高，气化炉温度高，氧压及系统压力波动，激冷水系统水质差等。对合成气带水原因有理性的认识，能及时正确的采取防范措施，减少了因带水问题导致的停车及对设备管道的检修，从而使气化炉安全、稳定、长周期运行，增加企业的经济效益。

参考文献

[1]丁振伟，王伟.德士古煤气化炉合成气带水问题分析与探讨[J].中氮肥，2003（03）：25-27.

[2]朱冬梅.水煤浆加压气化炉带水原因分析及应对措施[J].化肥设计，2002，06（2）：32-34.endprint