对煤气化闪蒸系统热交换效率提高的研究

2020-01-13孔德会天保中天科技天津股份有限公司天津300308

化工管理 2020年9期

孔德会（天保中天科技（天津）股份有限公司，天津300308）

在煤气化工艺技术的具体应用过程中会涉及很多类型的列管式换热器，其中高压闪蒸换热器就是其中至关重要的组成部分。闪蒸系统在多个行业和领域中都得到了十分广泛的应用，特别是在化工，食品以及医药等行业中，所呈现出的应用优势特别显著。结合这样的情况可见，对于煤气化闪蒸系统的热交换效率提高策略和相关内容进行分析是十分重要而且必要的。

1 煤气化闪蒸系统概述

煤气化技术有着十分广泛的应用场景，在大型工业化运行过程中所涉及的煤气化技术主要包括固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术。从具体的应用实践来看，特别是在涤纶短纤产业发展中，在实际的生产环节要有效应用蒸汽针对涤纶丝束进行有效加热，此时会产生特别多的冷凝水。在这个过程中，煤气化闪蒸系统可以切实有效的发挥闪蒸分离冷凝水和二次蒸汽的作用和价值，使其充分的分离和提取。所以对于闪蒸系统进行科学合理的设计，可以有效节约饱和蒸汽的能耗，在更大程度上提升热交换的效率，与此同时，也可以更有效的回收冷凝水，使资源得到节约和循环利用。

2 闪蒸的原理及问题

2.1 基本原理

通常情况下我们所称之为的闪蒸主要指的是结合实际情况，有针对性的利用物质沸点在压力的作用之下，会逐步升高的物理特性，他们在饱和水的高压之下融入到低压容器中，会在特别短的时间内急剧下降，由此使得流体温度要远远高于此压力下的沸点，因此，在闪蒸罐流体会在特别短的时间内出现气化现象，在这样的情况下造成该饱和水转变成为容器压力下的饱和水蒸气。在相应的煤气化闪蒸系统装置中，闪蒸主要是结合具体情况，有针对性的净化处理高温高压灰水，然后对其进行回收冷却和再利用，把水中的酸性气体进行有效去除，以此对其进行循环的利用，这样能够在更大程度上有效减少对于管道的腐蚀，使设备的使用寿命进一步延长。与此同时，也可以使补水量进一步降低，对其展开二次使用。

2.2 相关问题

在气化系统灰水处理单元里面特别关键的环节就包括闪蒸，但是，气化炉激冷室和洗涤塔排水量所处的状态并不够稳定，缺少持续性，这样的情况就会导致闪蒸罐液位有很大的波动性，在这样的情况下就会使得导管被严重堵塞，设备有大量积灰、冒顶等，此类问题导致管道出现震荡，在很大程度上腐蚀掉真空闪蒸灰水泵等等，一系列相关问题就会造成整个系统的超温超压与水循环受到严重阻碍，由此就会使得闪蒸效果大打折扣，甚至在很大程度上阻塞换热器列管，与此同时也会大幅度的降低闪蒸汽换热之后所生成的冷凝液的数量，闪蒸汽经火炬放空后，会损失掉很多热量，与此同时，在处理过程中也埋下很多安全隐患。，甚至导致气化炉停止运行，使其受到严重损坏。

3 煤气化工艺

3.1 煤气化系统

在具体的生产过程中，特别是煤制甲醇的制作过程中，煤气化系统是十分重要的核心内容，从实践情况来看，我国的煤气化系统主要采用国内自主研发的两段式干煤粉加压气化炉(气流床)煤气化工艺技术。煤气化是煤粉、氧气在持续加压的情况下进一步流入到气化炉内部，在既定的时间内升温、挥发分脱除等相关方面的化学或者物理变化，在这个过程中，会产生相对应的合成气体，例如，H2和CO为主的合成气。煤气化工艺在事件的过程中主要是采取干煤粉加压进料方式，其气化剂主要是纯氧，它的反应温度可以高达1400C~1600°C。在具体应用过程中所涉及的煤气化装置由多个工程单元有机组成，例如，其组成部分主要包括磨煤与干燥单元、煤粉加压输送单元、煤粉气化单元、除渣单元、湿洗单元、灰水处理单元等相关内容，在灰水处理单元中可以进行气体和液体的分离。

3.2 灰水处理单元

在灰水处理单元的运行过程中，除渣单元、湿洗单元及其它装置输送而来的废水进入中压闪蒸罐，闪蒸之后就会把灰水通过底部的管道输送到真空闪蒸罐内部，在这个过程中对其进行二次闪蒸，由此就会使得气体由闪蒸罐顶部释放出来。中压闪蒸罐闪蒸出来的气体通过中压闪蒸冷凝器和中压闪蒸水冷器与循环冷却水展开相对应的热交换，在热交换完成之后，闪蒸汽温度出现十分剧烈的下降，换热之后气体因为剧烈的降温而生成相对应的冷凝液，在冷凝液进入到中闪气液分离罐分离，把酸性气体送到火炬，冷凝液进入循环水罐，对其进行二次利用。真空闪蒸罐二次闪蒸之后的闪蒸汽通过真闪冷凝器和真闪冷凝器与循环冷却水进行热交换，在这个过程中闪蒸气的温度进一步降低，换热之后的冷凝液到达蒸闪气液分离罐分离，酸性气体外排至火炬，冷凝液通过真空闪蒸冷凝液泵送到循环水罐中进行回水利用。

4 换热器可能导致的相关问题分析

灰水处理中应用多个系统输送而来的高温高压灰水内部有特别多的具有腐蚀性的介质，对其进行排放或者二次回收利用时，都极有可能在很大程度上腐蚀管道和相关设备，同时对于环境也有很大的污染。灰水通过多级闪蒸之后进一步解析出所含有的酸性气体，由此可以使管道及其设备的使用寿命进一步延长。针对换热器换热效果比较差的相关问题而言，所涉及的解决方法包括换热器循环水反洗冲法和零背压排放法，但是从根本上来讲，这样的解决方法无法真正意义上根除换热器列管堵塞等相关问题。

如果换热器的效果比较差，极有可能导致闪蒸气的温度持续升高，在这样的情况下无法实施冷凝，由此会造成闪蒸汽被大批量的释放，在这样情况下就会加剧水资源浪费问题。同时也会在更大程度上提升压闪蒸罐压力，使安全阀起跳，真空闪蒸回水泵被严重腐蚀，使得真空闪蒸泵抽负效果大打折扣，其罐体内部无法形成真空，形成大量的闪蒸汽导致管道震荡，使企业高产稳产，而且长周期运行等受到极大的阻碍。所以针对这样的情况，在实际的发展过程中要着重针对相关设备进行优化和更新，使其应用优势得到充分的体现。

5 提升煤气化闪蒸系统热交换效率的策略

因为闪蒸气体有着特别强烈的高腐蚀性，极有可能腐蚀掉换热管，使其表面出现结垢、脱皮的问题，对于换热效果造成严重影响，使换热管极有可能产生堵塞的问题，随着壁厚进一步减少，使得换热管出现破裂的问题，对其生产效率的提升造成严重影响。对此，采用循环水反冲洗法无法解决相关方面的问题，所以，要把换热器列管进行根本上的替换，尽可能有效应用抗腐蚀性能更显著的不锈钢列管，由此在更大程度上提升热交换效率，从根本上有效规避换热管出现破裂或者堵塞等相关问题。