一种自主创新国产化气化技术的设计理念和实践探究

赵元琪

摘 要：文章从燃烧反应室、激冷洗涤、煤粉给料罐出料方式以及闪蒸热量回收四个方面介绍了神宁炉的设计理念及实践应用情况，提出具体的改造措施，并为“神宁炉”气化技术下一步发展指明方向。

关键词：神宁炉;干煤粉气化;激冷洗涤系统;理念创新

1 引言

煤炭在我国能源结构中占据主导地位，是我国战略上最安全和最可靠的能源。近年来煤化工行业发展迅速，最为关键和重要的是将煤炭洁净、高效地转化。国家能源宁夏煤业集团大力发展煤化工，先后建成了25万吨甲醇项目（德士古水煤浆炉）、60万吨大甲醇（四喷嘴）、50万吨煤基烯烃项目（GSP炉）400万吨/年煤炭间接液化项目（28台气化炉）。在用技术存在的问题如下：

水煤浆气化技术对宁东煤种适应性不强，宁东煤种成浆性差，水煤浆浓度很难超过62%且灰熔点相差不大，需要与精煤配比后作为原料，提高了生产成本[1]。GSP干煤粉技术存在诸多技术问题（点火成功率低、合成气洗涤系统不成熟、合成气含灰量大、挂渣效果不好），且受制于西门子专利技术的垄断，无法满足宁东煤化工基地气化技术发展的需要。

为此，通过总结以往的运行经验及强大的技术团队为后盾，统筹全局、吸取精华，优势互补，开发具有神华宁煤集团自主知识产权的适合于宁东煤种的大型、高效、经济、职能的2000～3000吨级干煤粉气化技术势在必行。

2 神宁炉气化技术的理念和实践

2.1 燃烧反应室的创新设计

2.1.1 开发新型国产组合烧嘴

采用新型国产化干煤粉气化组合烧嘴，采用高能点火、螺旋式强制旋流冷却方式和新型三合一火焰检测系统，取消煤粉通道与主氧通道之间水夹套，实现了高压、惰性环境下点火成功率98%以上;开发氧气与煤粉介质的强栋梁传导结构，增强了煤粉射流旋转动量，强化湍流混合效果，实现碳转化率98.5%;小视窗在线火焰三位一体视频监控系统，为气化炉实时操作提供可靠的视频化检测手段，提高煤粉与氧气的混合效果，有效收缩火焰，使气化炉热损失始终控制在合理范围内，保护膜式水冷壁不发生烧损。

2.1.2 下渣口的优化改造

日投煤量2000吨神宁干煤粉加压气化炉在长周期运行过程中发现其喉管挂渣不均匀，导致喉管和下游的粗合成气下降筒易被烧损。原喉管在70%负荷时，粗合成气射流惯性较弱，下降筒出口处产生明显回流。由于回流气体较多，且回流气体温度设定过高（1400℃），导致下降筒底部液膜蒸发较多。原喉管的粗合成气进入下降筒后，仅在筒体顶部出现近圆环状涡管及强度较弱的拉长型涡旋，中心射流速度比改进型喉管的低，气流径向扩散显著，导致壁面液膜蒸发量增加。

2.1.3 水冷壁结构及工艺优化

由于水冷壁捣打料强度不够，加之开车初期气化炉挂渣效果不佳、煤粉管线形成偏喷、烧嘴火焰宽度偏大、系统短时间过氧等原因，曾出现过气化炉水冷壁局部盘管烧穿，抓钉大面积烧损情况。通过对烧嘴结构进行优化，调整挂渣时工艺操作，减少了水冷壁烧损现象。

2.2 激冷洗涤系统优化

GSP气化工艺在两级文丘里后又设计了部分冷凝器，其设计目的为通过部分冷凝器的原料气与低压锅炉给水进行换热，经过换热的原料气温度降低3℃左右，在温降的过程中产生的凝液所夹带的原料气中的杂质，从底部液相管线排向激冷水罐，通过此原理进一步洗涤原料气[2]。在此洗涤过程中，由于部分冷凝器的设计缺陷，而且没有考虑到原煤的灰分发生较大的变化，出现了一系列的问题，诸如合成气中含灰量增加，导致部分冷凝器堵塞，使得停车检修必须对其进行清洗，增加检修费用;另外部分冷凝器换完热产生的冷凝液固含量增加，进入激冷水罐后沉积，长时间累积造成激冷水罐容积减少，而且对激冷水泵以及阀门管线磨蚀严重。

2.3 给料容器出料方式的选择

煤粉加壓输送系统是将常压煤粉升压至气化炉压力以上约0.5MPa，并稳定的送入到气化炉燃烧室内的工艺系统，经过对进口粉煤气化技术运行状况的分析发现，粉煤气化炉非正常停车的多半是因煤粉输送不稳定引起的，因此设计可靠稳定运行的煤粉加压输送工艺对保证气化炉的长周期稳定运行具有重要的意义。

GSP气化技术的煤粉流量控制思路是通过给料器和气化炉之间的差压（0.2～0.3MPa）控制投煤量。在煤粉线陆续投料过程中，经常因煤粉流量和密度偏差大导致气化炉的压力波动频繁，压差变化大。神宁炉在GSP的基础上做出改进：将煤粉给料器设计成为侧出料方式;并增加一根煤粉管线至4根;提高给料器和气化炉之间的差压至0.6MPa;在煤粉线上增加煤粉流量调节阀，平衡压差，保证煤粉管线流量均衡;增加三通阀构成煤粉从给料器至煤仓的循环管线，在投煤前，通过煤粉循环线，建立稳定的煤粉流量。

3 结束语

“神宁炉”下一步将围绕节能、节水两个方面，开展废锅流程粉煤加压气化技术的研发，实现高温合成气的热量回收，减少系统水耗。同时进一步开展大型化研究，力争在2020年前后推出4000t/d级投煤量的大型废锅流程粉煤加压气化技术，并且借助物联网平台，打造智能云操控系统，降低乃至消除人为干扰，实现气化炉运行黑屏操作。

参考文献：

[1]汪寿建.现代煤气化技术发展趋势及应用综述[J].化工进展，2016，35（3）：635-664.

[2]苏源，院建森，赵振新，陈杰.GSP气化装置合成气洗涤系统流程优化[J].洁净煤技术，2016，3（22）：119-122.