1、德士古煤氣化工程技術問題的探討 信息來源： 發布日期： 2010-08-19 摘要： 分析了德士古煤氣化工程技術存在的問題，探討了解決的方法。 關鍵詞： 煤氣化；氣流床；德士古氣化爐 中圖分類號： TU996 文獻標識碼： B 0 概述在我國，德士古煤氣化工藝自 1993 年實現工業化運行以來，已有 4 套 裝置在運行，目前還有幾套在建設中。各裝置遇到的問題主要分為二大類： 一是德士古煤氣化工藝技術本身的缺陷；二是工程技術方面的問題，包括 工程設計、工程材料、工程設備等。這些問題能否得到有效解決，是關系 到裝置能否經濟運行的關鍵，各生產廠對此非常關注 1 3。從國內幾套裝置多年運行的情況看，均

2、經歷過試生產運行的階段。在 這個階段由于各裝置選用的設備及材料的不同，經過各自的改造與完善， 有些問題得到了徹底解決，有些問題只是得到改善。這些問題所帶來的后 果，一是安全隱患，二是生產成本增加，三是增加了操作與檢修工的勞動 強度。表 1 是上海焦化有限公司德士古煤氣化裝置近 2 年來的運行情況， 表 2 是裝置歷年運行臺時統計，表 3 為裝置故障停車的分析。其中在工藝 與設備故障中，相當一部分故障的原因是來自工程技術方面的問題。據不 完全統計，幾套裝置停車故障的原因約 30來源于工程技術方面的問題， 因此，徹底解決：工程技術方面的問題，對德士古煤氣化裝置的經濟運行 將起著關鍵的作用。1 主要

3、工程技術問題及討論1.1氣化爐耐火磚的壽命問題氣化爐向火面耐火磚是德士古煤氣化技術最主要的工程材料問題。煤 氣化工藝與天然氣轉化及油氣化工藝不同，在高溫及壓力下進行激烈反應 的同時，還將承受高溫熔融煤灰的沖刷及侵蝕，使得耐火磚的壽命大大減 少。為了延長耐火磚的壽命及降低成本，從研究、設計、制造及使用廠家 各方面都進行了大量的研究工作。近 2年來，在延長耐火磚的壽命方面取 得了可喜的進步，特別是部分條件具備的廠家采用局部更換與修補的方式， 大大延長了整爐磚的壽命。表4為裝置的耐火磚壽命情況。表1德士古氣化裝置典型運行數據項1目指標項目指標入爐水煤漿量31.32氣化爐壓力/MPa3.95/(m3h

4、-1)煤漿質量分數/%62.5氣化爐溫度/C1320入爐干煤量/(kg h-1)23098合成氣流量/(m3 h-1)44849入爐氧氣量/(m3 h-1)14900合成氣溫度/C212合成CO45.50渣中殘碳質量分數/%23氣 組 分 體 積 分 數/%H35.20煤的產氣率/(m3 kg-1)1.942CQ18.20碳的產氣率/(m3 kg-1)2.697CH0.02碳轉化率/%95.3HS0.09冷煤氣效率/%71.6N0.90單位體積CQ+H的氧耗/(m3 m-3)412Q+Ar0.08單位體積CO+H勺煤耗/(kg m-3)638表2德士古爐運行臺時年份19961997199819

5、99200020012002臺時/d452640660686692772941表3裝置歷年來故障停車原因比例原因空分煤漿供電操作黑水洗滌塔泵泄漏儀表其它比 例 /%11.8218.5013.796.705.917.489.4113.4012.99表4裝置耐火磚壽命情況煤種華亭義馬/華亭神府北宿混煤爐壓/MPa6.54.04.02.7爐溫/ C1300132013201300壽命/h21200*15800*910014000*局部更換累計延長耐火磚壽命的途徑主要有以下幾個方面：(1) 研究抗沖刷、抗侵蝕性能強的優質耐火磚。(2) 磚結構的設計改造。特別是錐口磚、拱頂磚的磚形設計得好，有效 地延長

6、了爐磚的整體壽命，且大大有利于降低磚的成本，縮短檢修周期。(3) 提咼磚的制造質量。(4) 重視筑爐技術。筑爐技術對磚壽命的影響往往被忽視，對于耐火磚 在冷、熱不同狀態時所發生的軸、徑向位移應在筑爐時予以認真考慮，這 將有利于磚壽命的延長。(5) 使用低灰、低灰熔點、灰中低鈣鐵的煤。煤質對磚壽命的影響是最 重要的因素之一，但由于生產廠在建廠時受資源配置的限制，往往又是很 難選擇的。(6) 在不影響正常運行的條件下，盡量降低操作溫度，并減少開停車次 數。在延長耐火磚壽命方面，各生產廠都做了大量的工作，但效果不一。筆者 認為，在眾多因素中，煤質是最重要的因素之一。1. 2激冷環問題激冷環是激冷室內

7、為冷卻高溫氣體、保護設備而設計的一個關鍵部件， 該設計沿用了油氣化爐的設計。在油氣化工藝中，該激冷環已暴露出一些問題，在條件更為苛刻的煤氣化工藝狀況下，其問題更加突出。主要問題 表現在整體產生裂紋、角焊縫產生裂紋、向火面處被連通孔進來的高速水 流打穿孔、高溫變形等。在問題最嚴重時，曾 12個月就更換或修補一次 激冷環，以致影響到錐口磚的使用壽命及激冷室的正常運行。近幾年進行 了多次改造，取得了可喜的成績。改造經驗主要有3點：改變進水孑L的直徑、形狀及數量。改變連通進水孔的進入方向。改變原有的加工 工藝，以消除焊縫應力。但仍未徹底解決使用中所遇到的問題，如激冷環 水分配不均而造成的下降管變形等。

8、1 3 激冷室結構問題目前國內已運行的 4 套裝置中，雖然各自的壓力等級及負荷不同，但 激冷室的結構設計尺寸卻幾乎相同，以致各裝置都不同程度地出現帶水現 象，即將激冷室的水大量帶到后系統，使得氣化爐高負荷運行受到限制， 工況調節困難。近 2 年來，各裝置的工程技術人員對激冷室的結構進行了 大量的計算與研究，提出了大量的改造設想。但實際上，由于設計已定型， 只能在現有基礎上對內部結構件的尺寸作適當修改，因此，所暴露出的問 題也沒有得到徹底解決。這些改造設想的要點主要是：加大加長激冷室 尺寸，以改善傳熱工況；調整原設計的內部構件相互尺寸，以增強激冷 室內的氣液分離效果，減少氣體中的液沫夾帶量 5

9、。14 工藝噴嘴問題工藝噴嘴是德士古煤氣化技術的核心設備，噴嘴性能的好壞、壽命的 長短直接影響到整個裝置的經濟運行質量，裝置的大部分技術經濟指標都 與工藝噴嘴有關。工藝噴嘴的工作原理是利用從噴口高速 （120130ms） 噴出的氧氣的 動能來充分混合與霧化煤漿，以保證“霧狀”的煤漿與氧氣在氣化爐短暫的停留時間內充分地完成反應。目前工業化運行裝置上的噴嘴形式均是三 流式的預混噴嘴，該噴嘴的特點是從實用的角度出發，較好地解決了結構 與材料的統一。但在應用中仍表現出性能不夠理想，壽命較短的缺點。在工藝噴嘴的使用、維護與管理上我們積累了大量的經驗， 基本保持在23 個月對噴嘴進行一次小的修補與維修。但

10、因德士古煤氣化技術的特性(水煤漿進料 )、工程材料的技術現狀及苛刻的使用條件，使得工藝噴嘴的技術 一直未得到突破。15 黑水系統問題德士古煤氣化工藝的一個特點是工藝用水量較大，但這些水量中約三 分之二是在自身循環使用，因此，在德士古煤氣化裝置中都設計有一套黑 水閃蒸冷卻、固液沉降分離與灰水阻垢回用的工序。在實際運用中，各裝 置都遇到類似的問題，即管道、機泵結垢與激冷環堵塞，只是程度不同而 已。這種現象的發生，輕者影響負荷，嚴重時則須停車處理，其主要原因 與煤質、水質及工程設計有關。因此，根據各裝置的經驗與教訓，對于新 上裝置筆者認為：(1) 應根據本裝置所使用的煤質、水質，尋找有經驗的水處理單

11、位，結 合本裝置的設計，對水系統進行認真研究，確定一套科學的水系統處理方 案。(2) 工程設計時要避免硬度較高的水與堿度較高的水通過管道直接混合。(3) 使用阻垢性及耐高溫性能好的阻垢劑。(4) 添加裝置要有利于操作工的配制與管理。1. 6閃蒸系統耐磨件問題德士古煤氣化裝置中，高磨損區主要存在于閃蒸系統。包括：減壓 角閥的底部三通及端板；閃蒸汽進入閃蒸罐的折流擋板；中壓罐至真 空罐黑水的調節閥后150250mn區域直管段。最初設計時，以上幾處都選用普通碳素鋼，磨損率曾高達 0. 01mrXh, 后經普通碳素鋼內堆焊耐磨材料，減緩了磨損，但仍磨損嚴重。要徹底解 決磨損問題，應強化材質，大幅度加粗

12、、加長減壓角閥后的直管，同時加 大進入閃蒸罐的人口尺寸。1. 7主要設備的無故障期設備的無故障期，是指符合質量要求的新設備 （或大修后的設備）運行 至開始出現影響裝置正常運行的較大故障時的周期，這個周期根據工程設 計、設備制造廠家及材料差異而不同，表 5為我公司主要設備的無故障期。表5裝置主要設備的無故障期設備無故障期備注工藝燒嘴80 95d玉產耐火磚90009200h國產高壓煤隔膜8000h進口漿泵活門6000h進口撈渣機12001300h進口撈渣機10000h國產切斷球閥氧氣閥2500030000h進口高壓氮氣2000025000h進口鎖斗閥15000h進口洗滌塔循環泵8000h進口2結語(1) 工藝噴嘴與耐火磚是德土古煤氣化技術的薄弱環節。因此，德士古煤氣化技術如果要得到大的發展，必須要在這2項工程技術上有實質性的突破。(2) 在新裝置中要采用新的結構設計，以解決激冷室向后系統的帶水問 題。參考文獻：1 王旭賓.聯合循環發電制氣丁藝的介紹