多喷嘴对置式水煤浆气化炉节能增效改造探讨

孔德升

(新能凤凰〔滕州〕能源有限公司 山东滕州 277527)

新能凤凰(滕州)能源有限公司720 kt/a甲醇项目采用多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺生产原料气，气化装置配置投煤量1 500 t/d的四喷嘴气化炉3台，2开1备。气化装置自投运以来，酸性气量大且酸性气中有效气(CO+H2)含量高，送至火炬系统燃烧造成了资源的严重浪费。因此，实现酸性气的回收利用是企业节能增产的重要途径之一。

1 工艺流程

多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺以煤、工艺水(系统灰水、压滤机滤液和甲醇精馏废液)和氧气为原料，采用湿法研磨制备的高浓度水煤浆由高压煤浆泵加压后与来自空分装置的高压氧气(体积分数≥96%)通过预膜式工艺烧嘴混合、雾化喷入气化炉燃烧室发生部分氧化还原反应，生成以CO和H2为主要成分的合成气。夹带熔渣的高温合成气首先由下降管导入激冷室水浴，熔渣急冷、固化、破碎后依靠重力和惯性进入锁斗间歇外排；合成气经降温、增湿后出激冷室，经混合器对细灰增湿、旋风分离器粗分细灰和洗涤塔精洗后，水气比为1.4、灰尘质量浓度≤1 mg/m3的合成气被送往后工序作为系统生产的原料气。气化装置中配备有系统水循环，用以洗涤合成气、置换设备内水质和移出系统内灰渣，含渣量较高的黑水进入由蒸发热水塔、低压闪蒸和真空闪蒸组成的三级闪蒸系统，实现黑水浓缩降温、热量回收和酸性气解析，再经絮凝沉降处理，较清洁的灰水返回系统循环利用。

2 运行概况

2.1 酸性气量大

气化炉下降管底端与气化炉黑水出口距离较近(约2.5 m)，合成气出下降管后必然有部分有效气(CO+H2)气泡夹杂在黑水中，随气化炉黑水排入蒸发热水塔，减压闪蒸后随闪蒸气经热水室、酸性气冷凝器换热，绝大部分水蒸气得到冷凝，而以CO和H2为主要成分的不凝气则送火炬系统燃烧或经汽提塔汽提解析后送锅炉燃烧。经测定，酸性气主要成分：φ(CO2)39.11%，φ(CO+H2)51.62%，φ(NH3)5.72%，φ(H2S)3.30%，其他成分体积分数在0.25%。原设计中单系统酸性气量仅为291 m3/h(标态，下同)，但实际运行中高达2 000 m3/h。按50 ℃下水蒸气的饱和蒸汽压为0.012 MPa、酸性气中水气比为0.016计，单系统酸性气中CO和H2的量为1 969 m3/h。以2 100 m3/h有效气(CO+H2)可生产1 t精甲醇、2套系统年运行330 d、精甲醇售价2 400 元/t计，回收酸性气年可增产精甲醇7 664 t，则年可增加收益1 840万元，回收价值可观。

2.2 黑水角阀下缓冲筒体冲刷磨穿

蒸发热水塔角阀后缓冲筒体的冲刷磨损问题较为突出，严重时每周需补焊1次，在生产区域频繁补焊作业存在安全隐患，严重制约着系统长周期稳定运行。通过对气化渣和滤饼量的对比分析发现，滤饼细渣量所占比例过高，说明气化炉激冷室内部分灰渣未来得及沉降进入锁斗便随黑水进入渣水系统。因此，降低气化炉黑水中的灰渣含量是解决角阀后缓冲筒体冲蚀磨损和改善系统水质以预防结垢的重要途径。

2.3 激冷室积渣带灰

激冷室水浴洗涤是合成气洗涤、除灰的关键环节。随着运行负荷的提高，发现气化炉带灰日趋明显，严重时造成气化炉合成气出口管线和混合器处积灰堵塞，压差高达0.15 MPa。经停炉检查，发现激冷室内壁附着较多细灰，破泡条被细灰包裹，气泡分割能力降低。

3 酸性气改造方案探讨

由于酸性气具有夹带灰分、低压、高NH3和高H2S含量且易带水、不稳定的特性，回收利用酸性气不仅要考虑如何加压并入系统，还要考虑除氨、除硫、除水、除灰等措施，改造繁琐，资金投入大。因此，从源头上减少气化炉黑水夹带的有效气量具有重大意义。

3.1 改造方案

在黑水出口侧激冷室底部下降管与激冷室内壁之间安装一弧形挡板，其法线与黑水出口平行，并且采用法兰将其连接在静态破渣器上以便于拆卸维修，上部用固定支架与气化炉内壁固定，防止运行时受合成气冲击震动造成固定螺栓松动脱落。弧形挡板直径应尽可能大，并与激冷室内壁间保持足够空间，避免灰渣沉积堵塞气化炉黑水出口，同时也便于检查和清理激冷室内灰渣。

3.2 改造效果

安装弧形挡板后，出下降管的合成气受冲击惯性会继续向下运动，而夹杂在黑水中的有效气体未绕过弧形隔板，在黑水阻力和自身浮力作用下改为向上运动，经锯齿形破泡分离挡板分割洗涤、换热后出激冷室，其间合成气洗涤、换热效果不受影响。

下降管底端至黑水出口的捷径被弧形挡板切断后，出下降管被急冷破碎的灰渣直接排入破渣机，减少了黑水中夹带的细灰量，对改善系统水质、节省药剂用量、减轻黑水管线结垢和磨损有重大作用。

增加弧形挡板后，激冷室内的交换作用增强，改善了气化炉内水质。下降管外围空间减少，强化了下降管底部导气管的旋流作用，有利于减轻激冷室内壁灰渣附着和结垢。

4 结语

该改造方案简单，资金投入少，无需增加设备、管线和用地规模。弧形挡板竖直安装在静态破渣器上，急冷后的灰渣直接进入破渣机，弧形挡板外侧灰含量低，利于减轻激冷室、破泡条积灰和结垢，降低了气化炉液位计堵塞的概率。安装弧形挡板后，黑水中的固含量减少，缓解了气化炉带水、带灰问题，同时有效减少了气化炉黑水夹带的有效气量，有利于提高甲醇产量。