对煤气化闪蒸系统热交换效率提高的研究

＊冯明艾 李建华 李庆春 吴国云 孟庆奎 李彦强

（山东能源淄矿集团内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司 内蒙古 017313）

对煤气化闪蒸系统热交换效率提高的研究

＊冯明艾 李建华 李庆春 吴国云 孟庆奎 李彦强

（山东能源淄矿集团内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司 内蒙古 017313）

本文通过对实际生产中，气化工段闪蒸汽在冷却后温度依旧偏高的问题进行原因分析，找出了导致问题出现的原因及设备，并对设备做了相应的优化改造，从而解决了相关问题。

煤气化；闪蒸；换热器；堵塞

1.煤气化工艺

煤气化系统是我公司煤制甲醇的核心，采用国内自主研发的两段式干煤粉加压气化炉（气流床）煤气化工艺。

煤气化是煤粉、氧气在加压条件下并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程，产生以H2和CO为主的合成气。煤气化工艺采用干煤粉加压进料方式，纯氧作为气化剂，反应温度为1400℃～1600℃，压力4．0MPa，碳转化率高达98%以上，氧耗低，冷煤气效率高，液态排渣，产品气体洁净。

本煤气化装置由磨煤与干燥单元、煤粉加压输送单元、煤粉气化单元、除渣单元、湿洗单元、灰水处理单元及公用工程单元组成，其中在灰水处理单元内实现气液分离和除去闪蒸汽中的酸性气体等。

2.灰水处理单元

(1)灰水处理的现状

在灰水处理单元中，除渣单元、湿洗单元及其它装置送来的废水，首先进入中压闪蒸罐，闪蒸后灰水经底部管道进入真空闪蒸罐进行二次闪蒸，气体则从闪蒸罐顶部出来。

中压闪蒸罐闪蒸出的气体经过中压闪蒸冷凝器和中压闪蒸水冷器与循环冷却水进行热交换后，闪蒸汽温度降至90℃左右。换热后气体由于降温形成的冷凝液进入中闪气液分离罐分离，酸性气体送往火炬，冷凝液去循环水罐二次利用。

图一

真空闪蒸罐二次闪蒸后的闪蒸汽经真闪冷凝器和真闪冷凝器与循环冷却水热交换，闪蒸汽的温度降至75℃左右。换热后的冷凝液进入真闪气液分离罐分离，酸性气体外排至火炬，冷凝液经过真空闪蒸冷凝液泵送往循环水罐回水使用。具体流程见图一。

(2)闪蒸的原理及问题

闪蒸就是利用物质的沸点随压力增大而升高的原理，在高压的饱和水进入比较低压的容器中后，由于压力的突然降低，流体温度高于该压力下的沸点，流体在闪蒸罐中迅速沸腾气化，使这些饱和水变成一部分的容器压力下的饱和水蒸气和饱和水。

在本气化装置中，闪蒸是将高温高压灰水，进一步的净化处理，回收冷却与回收利用。除去水中的酸性气体，为了进一步循环使用对管道减小腐蚀，延长设备的寿命。减少补水量，二次循环使用。在整个气化系统中也有不可替代的作用。

闪蒸是气化系统灰水处理单元的重要环节，但由于气化炉激冷室和洗涤塔排水量不稳定会引起闪蒸罐液位波动，进而造成管道的堵塞和设备内严重积灰、冒顶、管道震荡和真空闪蒸灰水泵气蚀不打量。这会直接导致系统的超温超压与水循环受阻，致使闪蒸效果变差乃至换热器列管堵塞，造成闪蒸汽换热后产生的冷凝液减少，大量的闪蒸汽经火炬放空造成损失，并且在处理过程中还会带来诸多安全隐患。若不能及时有效的处理，气化炉必须做停车准备。实际现状见图二。

3.换热器引起的问题分析

在整个灰水处理单元中，通过各系统送来的高温高压灰水中带有大量的腐蚀性介质，排放或二次回收利用对管道和设备有很大的腐蚀性，并且会污染环境。灰水经过多级闪蒸后，将所含酸性气体解析出来，延长了管道和设备的使用寿命。换热器循环水反洗冲法和零背压排放法是解决换热器换热效果差的有效方式，但不能解决换热器列管堵塞问题。

图二

换热器效果差会引起：

(1)闪蒸汽温度升高，不能有效的进行冷凝，导致闪蒸汽被大量放空，水资源浪费严重。

(2)压闪蒸罐压力升高，造成安全阀起跳。

(3)真空闪蒸回水泵气蚀不打量。

(4)真空闪蒸泵抽负效果差，罐内不能形成真空，大量的闪蒸汽会造成管道震荡。

这些问题严重影响着化工企业的平稳运行，限制了企业的高产、增产和长周期运行，因此，我公司结合自身实际情况，对有关设备作了部分的改造和优化。

4.换热器的优化措施

本气化装置中的真空闪蒸汽冷却器为列管换热器，换热管的材质为碳钢。在实际生产运行中，由于闪蒸出的气体具有强腐蚀性，对换热管产生严重腐蚀，致使换热管表面脱皮、结垢严重，影响换热效果，甚至造成换热管的堵塞。随着壁厚的减小，换热管极容易发生破裂，严重危及生产的正常进行。

针对上述问题，采用循环水反冲洗法已不能从根本上解决，必须将换热器列管更换为抗腐蚀性更强的不锈钢列管。我公司在将列管更换后，换热效果得到显著改善，并且无换热管堵塞情况出现。

鉴于此经验，我公司将真空闪蒸汽冷却器的换热管同样更换为了不锈钢列管。

5.换热效果提高后的优点

经过上述改造，两次闪蒸后的闪蒸汽经过热交换后的温度分别由原来的90℃和75℃降至65℃和50℃，回收热量40m3/h，减少了冷凝液外排放量约15t/h。避免了因排放造成的大气污染和水资源浪费。

由于换热管不再堵塞，延长了设备的使用寿命，减少了检修工作量，并消除了因换热效果车带来的不安全影响，保证了系统的长周期运行。

[1]吴胜军．HT-L与Shell及Texaco粉煤气化技术的比较[J]．化肥工业,2011,38(3)．

[2]丁志云．两段式干煤粉加压气化炉的复杂控制[J]．广州化工,2013,41(4),163-171．

(责任编辑：任聪)

Study on the Improvement of Heat Exchange Efficiency of Coal Gasification Flash System

Feng Ming'ai, Li Jianhua,Li Qingchun,Wu Guoyun,Meng Qingkui,Li Yanqiang

(Shandong energy Inner Mongolia Zibo Mining Group in huangtaolegai coal limited liability company, Inner Mongolia,017313)

Based on the actual production, analyzes the reason of the fash steam gasifcation section after cooling temperature is still high, the causes and equipment problems, and to optimize the transformation of the corresponding equipment, so as to solve the related problems.

Coal gasifcation；fash；heat exchanger；blockage

T

A

冯明艾（1986～)，男，山东能源淄矿集团内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司；研究方向：煤气化。