水煤浆气化炉合成气带水问题分析及应对措施

Feb.2013化肥设计第51卷第1期56Chemical Fertilizer Design2013年2月水媒浆气化炉合成气带水问题分析及应对措施朱春鹏↓,王晓娟',姚晓虹,徐宏伟,徐永萍2,何先标(1西北化工研究院陕西西安71007;2浙江丰登化工股份有限公司,浙江兰溪321103)摘要:介绍了水煤浆气化炉激冷室的内部结构和工艺过程;分析了气化炉合成气带水的原因及其对装置运行的危害;采取了调节氧煤比、优化激冷室结构和激冷环结构以及在气化炉合成气出口管道增设气液分离器等技改措施,有效避免了合成气带水。关键词:水煤浆气化炉;激冷室;合成气带水;原因分析;应对措施doi:10.3969/j.isn.1004-8901.2013.01.020中图分类号:TQ545文献标识码:B文章编号:1004-8901(2013)01-0056-02Analysis on Problem of Water Entrained in Synthetic Gas of Water Coal Slurry Gasifier and Its countermeasuresZHU Chun-peng, WANG Xiao-juan, YAO Xiao-hong, XU Hong- wei, XU Yong-ping. HE Xian-biao(1. North-West Chemical Engineering Research Institute, Xi'an Shanxi 710077 China2. Zhejiang Fengdeng Chemical Engineering Stock Company Ltd, Lanxi Zhejiang 321103 Chinabstract: Author has introduced the intermal structure and process flow for the quenching chamber of the Texico gasifier; has analyzed the reason forwater entrained in synthetic gas of gasifier and its harm to operation of plant, technical reformation measures have been adopted, for example, adjustingoxygen/ coal ratio, optimizing the struetures for both quenching chamber and quenching ring, as well as adding gas iquid separator at the synthetic gasoutlet pipeline of gasifier and so on, it is effective to avoid the water entrained in the synthetic gasKey words: wter coal slurry gasifier; querchamber; water entrained in synthetic gas; reason analysis; countermeasuredoi:10.3969/j.issn.1004-8901.2013.01合成气带水问题严重制约着煤气化装置的稳定与激冷水并流下行的过程中即发生了传热传质,高运行。合成气带水是指合成气在激冷室内经冷却分温合成气通过对流和辐射将热量传给水膜,水膜的离的过程中将大量液态水带出气化炉。合成气带水水蒸发成为饱和蒸汽进入到合成气中。为了使下可造成洗涤塔液位过髙,导致洗涤塔的水和合成气一降管内壁水膜保持一定的厚度,防止下降管被烧起进入后系统的变换炉,造成变换系统停车。为有效坏,在实际运行过程中必须保证一定得激冷水量控制合成气带水,笔者从激冷室的内部结构及工艺原即使在气化炉烘炉条件下,d2800m的气化炉激理入手,分析合成气带水的危害,找出合成气带水原冷水量不能小于60th,b3200mm的气化炉激冷水因,并提出相应的应对措施,与同行交流。量不能小于120th,气化炉正常运行时的激冷水量1气化炉激冷室工艺过程约为烘炉时的2倍以上。高温的合成气和灰渣经过下降管换热后进入合成气夹带气化原料中未转化组分和部分灰激冷室水浴,灰渣被冷却固化逐渐沉到激冷室底部形成的液态熔渣一起并流进入气化炉下部的激冷并间歇排出。合成气在一定压力作用下进入激冷室。激冷水与出气化炉渣口的高温气流接触,部分室水浴,经过初步冷却洗涤后溢出激冷室水面,其激冷水被汽化,粗煤气和夹带的固体及熔渣被淬中绝大部分合成气会经上升管的喇叭口收集后进冷、降温。被淬冷固化的熔渣沉入气化炉底部水人下降管与上升管之间的环隙。合成气在溢出激浴。激冷水由气化炉管口进入激冷环,并经激冷环冷室液面时会夹带部分液态水液态水的运动形式分配均匀后由激冷环环形槽流出,在下降管内壁形YH中国煤化工成圆周方向旋转的水膜。旋转的水膜在下降管内大学化工机械专03年毕业于西北CNMHG化工领域煤气化壁分布均匀,对激冷室内的换热也更充分。合成气相关技术的研究第1期朱春鹏等水煤浆气化炉合成气带水问题分析及应对措施57通常有3种:①合成气所携带的液态水在上升管与下响。激冷室的液位较高时,气体穿出液体表面所需降管之间的环隙上升过程中,需要克服重力及阻力,要的有效行程增加,使得气体与液体间相互作用的上升的液态水动能不断减少,最终回落到激冷室液时间增加,液体的波动加剧,容易产生更多的气泡面;②合成气中夹带的液态水在上升过程中不断与下和液滴。同时,激冷室液位较高,相当于减少了激降管、上升管、折流板及激冷室内壁碰撞后回流到激冷室内分离空间。较低的激冷室液位有利于减少冷室液面;③合成气所携带液态水逃逸出气化炉1。合成气带水,但是液位过低会引起气化炉联锁停2合成气带水的危害车,液位高会使粗合成气中容易带水,所以要求将激冷室液位控制在一定的范围内。通常正常液位目前,在气化装置实际运行过程中,气化合成控制在35%~4%之间。气带水已严重影响装置的稳定运行(4)其他因素导致合成气带水。例如经常会出(1)气化炉的运行负荷未达到装置的设计运行现流量计计量不准以及阀门阀位不准等现象,这些负荷,但是激冷水的补给量和气化黑水的排水量已问题都会导致操作人员难以判断装置的实际运行经超出设计值,造成激冷室液位偏低,基本维持在情况,操作不当就会造成合成气带水。另外,气化30%-35%之间。带水严重时,气化炉液位持续下炉的激冷水水质变化、激冷环的结构形式和下降管降,过低液位最终导致系统跳车。的水膜分布情况等都会影响激冷室内的换热效果,(2)在补水量很小的情况下,洗涤塔液位明显也会引起合成气带水。偏高经常在60%以上。由于洗涤塔液位升高操4应对措施作不稳定,有时引发洗涤塔带水而影响后续工段的正常操作;同时洗涤塔的水质变化也会导致激冷环(1)调节氧煤比。针对气化炉热负荷过大的结垢,影响与合成气的换热效果,进而也会影响合情况,可以考虑降低氧煤比,控制好炉温,同时加成气带水。大入炉激冷水流量,加大气化炉黑水的排水量,尽(3)合成气带水会导致气化灰水向闪蒸系统排快带走气化炉过多的热量。可有效控制合成气带放量减少,黑水中的灰分增加,容易堵塞气化去闪水,并能控制好液位。蒸系统的黑水管线,影响闪蒸系统的正常运行,从(2)改造冷激室。针对激冷室内气体流速较高,而导致返回系统的灰水水质进一步恶化。可能携带大量液态水的问题,可采取加大气化炉激冷室的结构尺寸,增加下降管及上升管之间的环隙尺3合成气带水原因分析寸,可降低气体的流速,让更多的夹带水返回到气化针对上述气化炉合成气带水的问题,从以下4激冷室的水浴中。在改造设备时,考虑到设备改造个方面分析其原因的难易程度,通过扩大上升管的直径可有效降低合成气的流速,减少合成气的带水。在气化炉的设计过程(1)气化炉热负荷大。如果气化炉热负荷较大传热过程由高效的泡核沸腾转变为低效的膜状沸腾中,可考虑扩大激冷室和相关内件的尺寸,从而加大合成气中就有可能夹带更多的水沫,造成合成气携带激冷室液面上部的分离空间,但增加气化炉激冷室的长度会较多的增加气化炉的制造成本。液态水增多。此外,灰水系统返回的灰水含固量增高,进入激冷室的激冷水水质变差,也可能会影响激(3)增设气液分离器。在气化炉合成气出口管道增设气液分离器,可以减少合成气的带液,减轻冷室的换热效果,从而导致合成气带水。文丘里洗涤器剧烈震动。(2)合成气在激冷室内的气体流速对其携带液体量的影响。通过相关的模拟计算发现,如果增大4)加大激冷水量和排水量。气化炉带水时会引起气化炉液位下降较快,可通过加大激冷水量下降管内的合成气流速(相当于增加合成气的产和排水量的办法控制好液位。同时也可适当降低量),下降管内的液面高度会有所下降,合成气对液气化炉负荷,先将气化炉的液位控制好,等到装置面的冲击力有所加强,同时也增加了合成气夹带水稳定运行了,再慢慢提高负荷的动能,合成气在脱离水面时带液量会增大。合成参考文献气进一步上升进入下降管及上升管之间环隙,如果(1王伟德士古气化炉激冷室内部工艺过程的分析(门.全国煤气流速过高,会使合成气携带液体动能增加,有可能化技术通讯中国煤化工使这部分液体被带出气化炉。2]张希海,徐H坏原因分析及技CNMHG(3)气化炉激冷室液位控制对合成气带水的影收稿日期:2012-903