干煤粉气化炉激冷室液位计失准分析及优化

田进虎，杨文涛(国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤制油分公司，宁夏 银川 750411)

0 引言

煤炭在我国能源消费结构中仍占主导地位，但由于当今世界环境的持续恶化，近年来极端天气频现，为了保护环境我国对煤炭的应用也进行了改革。因此，煤炭高效清洁利用显得十分重要，煤气化是煤炭清洁利用的有效方式[1-2]。高灰劣质煤在我国煤炭资源中占比较大，而气流床干煤粉加压气化技术是通过氧气、蒸汽作为气化剂，在高温的情况下完成煤的气化，具有适应煤种广、煤炭转化率高、环境污染小的特点，在煤炭清洁利用技术中占有重要地位[3-4]。

煤气化技术是将煤炭转换为工业原料气的重要技术，煤气化装置是煤化工工艺的核心，在整个煤化工过程中该装置必须保证持续稳定性，并能够持续合成气，气化炉作为煤气化装置的重要设备更是重中之重[5]。目前，气化炉仍存在一些问题，其中气化炉激冷室液位计运行周期短，频繁失准就是其中之一。气化炉激冷室液位计显示不准会造成出气化炉粗合成气温度过高、文丘里管线磨穿、合成气洗涤塔内积渣多等一系列问题，最终气化炉无法长周期、满负荷稳定运行。本文旨在降低气流床干煤粉加压气化技术气化炉激冷室液位计失准频次，延长液位计准确显示的周期，避免因激冷室液位计不准而影响气化炉“安、稳、长、满、优”运行。

1 气化工艺流程简介

图1 为干煤粉气化加压技术工艺流程简图。制备好的干煤粉经二氧化碳载气加压输送至工艺烧嘴中燃烧，煤粉经过干燥、干流、热解反应后生成粗合成气。粗合成气与熔融态的灰渣沿下降管进入激冷室水浴，较大的灰渣颗粒经破渣机破碎由渣锁斗系统经捞渣机排出；粗合成气与水直接接触进行冷却、除灰后，经激冷室上部破泡条分离出部分粗合成气中夹带的水分后，由气化炉旁侧的出气口引出，经一级文丘里洗涤后一同进入到合成气洗涤塔中进行水浴洗涤，粗合成气中夹带的大部分细灰留在水中，水浴后的粗合成气由下降管和导气管间的环隙上升，最后送往变换装置；气化炉激冷室洗涤后的水成为黑水，黑水在压差的作用下进入黑水闪蒸系统进行闪蒸，最后进入黑水处理系统。

气化炉激冷室液位计在整个气化工艺中的作用尤为重要，影响粗合成气的洗涤以及黑水进闪蒸的水量，进而导致粗合成气系统管线设备易磨漏、洗涤设备易积渣、合成气易超温等影响气化炉长周期运行的一系列问题。

2 气化炉激冷室液位计原理及失准分析

2.1 气化炉激冷室液位计原理

气化炉激冷室液位计属于差压式液位计，其原理是气化炉激冷室内的液位改变时，由液位产生的静压也相应变化[6]。假定激冷室底部的压力为P正，液面上的压力为P负，液位高度为H，则：

式中：ρ为介质密度；g为重力加速度。

通常被测介质的密度是已知的，压差ΔP与液位高度H成正比。测出压差就知道被测液位高度。

2.2 气化炉激冷室液位计失准原因分析

2.2.1 冷室液位计正压侧冲洗水压力对激冷室液位计的影响

为避免激冷室液位计测点通道堵塞，在液位计测点通道中配有持续冲洗的冲洗水。通过调取大量运行数据，分析对比激冷室液位计准确率与冲洗水压力的关系，随着气化炉运行天数增加，液位计冲洗水压力越低，液位计显示准确率越低。这是因为冲洗水压力越低，冲洗水流量就越小，冲洗水管线越易堵塞，造成液位计测点通道被堵，致使液位计显示失准。

2.2.2 冷室液位计正压侧内部结构对激冷室液位计的影响

气化炉激冷室液位计测点通道结构为斜坡面，由于液位计内部结构不合理，灰渣易堆积在测点通道根部，造成液位计根部堵塞，使液位计显示失准。

2.2.3 冷室液位计正压侧冲洗水水质对激冷室液位计的影响

前期激冷室液位计冲洗水实质是气化黑水经沉降处理得到的气化灰水，而气化灰水反复被利用，来自煤中的钙、镁、硅较多，易发生结垢，造成液位计冲洗水管线堵塞，最终液位计测点通道被堵塞，致使液位计失准。

2.2.4 冷室液位计负压侧吹扫气压力不稳定对激冷室液位计的影响

液位计负压侧位于液面上方的气相部分，为避免液位计测点通道被气体携带的杂质堵塞，负压侧液位计配有吹扫气。当吹扫气压力稳定时，液位计显示稳定；当吹扫气压力波动较大时，液位计显示波动较大。因此，吹扫气压力不稳定，对液位计显示影响较大。

3 气化炉激冷室液位计优化

3.1 将液位计冲洗水由气化灰水技改成脱盐水

气化灰水中的钙、镁、硅含量较高，易发生结垢，而且压力也不稳定，极易造成液位计测点通道堵塞，致使液位计失准。将液位计冲洗水由气化灰水技改成脱盐水后，冲洗水水质较好，不易结垢。同时，技改成脱盐水后，冲洗水压力较为稳定，冲洗水流量随之稳定，确保液位计冲洗水管线一直保持畅通，进而使液位计测点通道不被堵塞，大大地延长了液位计正确显示的周期。

3.2 将液位计冲扫气由氮气技改为二氧化碳

原液位计吹扫气为高压氮气，由于氮气为惰性气，不参与气化反应，掺杂在合成气中不易被分离出来，因此在使用氮气作为液位计吹扫气时，气量较小，易造成压力测点通道堵塞，造成液位计失准。二氧化碳参与气化反应，而且易与合成气分离，同时其压力较为稳定，吹扫气流量得到了保证，弥补了高压氮气的不足，使得问题得到一定程度的解决。

3.3 液位计内部结构优化

图1 为液位计技改增加吹扫气防护罩设计图，图2 为液位计增加吹扫气防护罩运行3 个月后液位计测点通道图。液位计吹扫气由高压氮气技改为高压二氧化碳后，虽然问题得到一定程度的解决，但是液位计准确显示周期被延长的不多，效果不太理想。从图2 可以看出，对液位计内部结构进行优化，增加吹气防护罩后，液位计运行3 个月时，其测点通道畅通无阻，未被堵塞，实现了气化炉运行期间激冷室液位计未发生失准问题。

图1 吹扫气防护罩设计图

图2 液位计内部结构优化运行后液位计根部图

未对气化炉激冷室液位计进行优化前，液位计最多运行100 天就失准，气化炉需解除激冷室液位联锁“带病”运行，对气化炉激冷室液位计进行优化后，液位计运行140 天后显示依然准确，未发生液位计失准问题，气化炉无需因液位计失准而“带病”运行，提高了操作人员的监盘效率。

4 经济效益

一台气化炉开停车需消耗物料资金约5.5 万元；因停炉未产气造成的经济损失：12.95 万元/h×4 h=51.8 万元。对液位计进行优化后，气化炉未出现因激冷室液位计不准导致的跳车，参照原气化炉因激冷室液位计失准年平均跳车3 次计算，一台气化炉一年可节约：(5.5 万元+51.8 万元)×3 次=171.9 万元。

对激冷室液位计进行优化后，减少了对系统管道设备的磨损，气化炉停车检修工作量相对减小，气化炉检修时长由50 天缩短到30 天，一台气化炉节省人工费用：300 元/ 人×45 人× 20 天=27 万元。气化炉内渣量大大减少，按清渣费用388 元/ 吨计算，一台气化炉内平均减少渣量100 吨，节省清渣费用：100 吨×388 元/ 吨=3.88 万元。气化炉平均每年检修2 次，一年共节省费用：171.9 万元+ (27 万元+3.88 万元)×2 次= 233.66 万元。

5 结语

通过对气流床干煤粉气化炉激冷室液位计失准问题进行分析研究，并对其进行优化：将液位计冲洗水由气化灰水改为脱盐水；将液位计冲扫气由高压氮气改为高压二氧化碳；对液位计内部结构进行优化，增加吹扫气防护罩。解决了因激冷室液位计失准，造成出气化炉粗合成气向后系统大量带灰，磨损、堵塞管道设备以及出气化炉粗合成气超温等一系列问题，延长了气化炉运行周期，提高了经济效益，每年每台气化炉可节省资金达230 余万元。