德士古煤气化工程技术问题的探讨
德士古煤气化工程技术问题的探讨
信息来源：发布日期：2010-08-19
摘要：分析了德士古煤气化工程技术存在的问题，探讨了解决的方法。
关键词：煤气化；气流床；德士古气化炉
中图分类号：TU996 文献标识码：B
0 概述
在我国，德士古煤气化工艺自1993年实现工业化运行以来，已有4套装置在运行，目前还有几套在建设中。各装置遇到的问题主要分为二大类：一是德士古煤气化工艺技术本身的缺陷；二是工程技术方面的问题，包括工程设计、工程材料、工程设备等。这些问题能否得到有效解决，是关系到装置能否经济运行的关键，各生产厂对此非常关注[1—3]。
从国内几套装置多年运行的情况看，均经历过试生产运行的阶段。在这个阶段由于各装置选用的设备及材料的不同，经过各自的改造与完善，有些问题得到了彻底解决，有些问题只是得到改善。这些问题所带来的后果，一是安全隐患，二是生产成本增加，三是增加了操作与检修工的劳动强度。表1是上海焦化有限公司德士古煤气化装置近2年来的运行情况，表2是装置历年运行台时统计，表3为装置故障停车的分析。其中在工艺与设备故障中，相当一部分故障的原因是来自工程技术方面的问题。据不完全统计，几套装置停车故障的原因约30％来源于工程技术方面的问题，因此，彻底解决：工程技术方面的问题，对德士古煤气化装置的经济运行将起着关键的作用。
1 主要工程技术问题及讨论
1．1 气化炉耐火砖的寿命问题
气化炉向火面耐火砖是德士古煤气化技术最主要的工程材料问题。煤气化工艺与天然气转化及油气化工艺不同，在高温及压力下进行激烈反应的同时，还将承受高温熔融煤灰的冲刷及侵蚀，使得耐火砖的寿命大大减少。为了延长耐火砖的寿命及降低成本，从研究、设计、制造及使用厂家各方面都进行了大量的研究工作。近2年来，在延长耐火砖的寿命方面取得了可喜的进步，特别是部分条件具备的厂家采用局部更换与修补的方式，大大延长了整炉砖的寿命[4]。表4为装置的耐火砖寿命情况。
表1 德士古气化装置典型运行数据
表2 德士古炉运行台时
表3 装置历年来故障停车原因比例
表4 装置耐火砖寿命情况
延长耐火砖寿命的途径主要有以下几个方面：
(1)研究抗冲刷、抗侵蚀性能强的优质耐火砖。
(2)砖结构的设计改造。特别是锥口砖、拱顶砖的砖形设计得好，有效地延长了炉砖的整体寿命，且大大有利于降低砖的成本，缩短检修周期。
(3)提高砖的制造质量。
(4)重视筑炉技术。筑炉技术对砖寿命的影响往往被忽视，对于耐火砖在冷、热不同状态时所发生的轴、径向位移应在筑炉时予以认真考虑，这将有利于砖寿命的延长。
(5)使用低灰、低灰熔点、灰中低钙铁的煤。煤质对砖寿命的影响是最重要的因素之一，但由于生产厂在建厂时受资源配置的限制，往往又是很难选择的。
(6)在不影响正常运行的条件下，尽量降低操作温度，并减少开停车次数。
在延长耐火砖寿命方面，各生产厂都做了大量的工作，但效果不一。笔者认为，在众多因素中，煤质是最重要的因素之一。
1．2激冷环问题
激冷环是激冷室内为冷却高温气体、保护设备而设计的一个关键部件，该设计沿用了油气化炉的设计。在油气化工艺中，该激冷环已暴露出一些
问题，在条件更为苛刻的煤气化工艺状况下，其问题更加突出。主要问题表现在整体产生裂纹、角焊缝产生裂纹、向火面处被连通孔进来的高速水流打穿孔、高温变形等。在问题最严重时，曾1～2个月就更换或修补一次激冷环，以致影响到锥口砖的使用寿命及激冷室的正常运行。近几年进行了多次改造，取得了可喜的成绩。改造经验主要有3点：①改变进水孑L
的直径、形状及数量。②改变连通进水孔的进入方向。③改变原有的加工工艺，以消除焊缝应力。但仍未彻底解决使用中所遇到的问题，如激冷环水分配不均而造成的下降管变形等。
1．3 激冷室结构问题
目前国内已运行的4套装置中，虽然各自的压力等级及负荷不同，但激冷室的结构设计尺寸却几乎相同，以致各装置都不同程度地出现带水现象，即将激冷室的水大量带到后系统，使得气化炉高负荷运行受到限制，工况调节困难。近2年来，各装置的工程技术人员对激冷室的结构进行了大量的计算与研究，提出了大量的改造设想。但实际上，由于设计已定型，只能在现有基础上对内部结构件的尺寸作适当修改，因此，所暴露出的问题也没有得到彻底解决。这些改造设想的要点主要是：①加大加长激冷室尺寸，以改善传热工况；②调整原设计的内部构件相互尺寸，以增强激冷室内的气液分离效果，减少气体中的液沫夹带量[5]。
1．4 工艺喷嘴问题
工艺喷嘴是德士古煤气化技术的核心设备，喷嘴性能的好坏、寿命的长短直接影响到整个装置的经济运行质量，装置的大部分技术经济指标都与工艺喷嘴有关。
工艺喷嘴的工作原理是利用从喷口高速(120～130m／s)喷出的氧气的
动能来充分混合与雾化煤浆，以保证“雾状”的煤浆与氧气在气化炉短暂的停留时间内充分地完成反应。目前工业化运行装置上的喷嘴形式均是三流式的预混喷嘴，该喷嘴的特点是从实用的角度出发，较好地解决了结构与材料的统一。但在应用中仍表现出性能不够理想，寿命较短的缺点。
在工艺喷嘴的使用、维护与管理上我们积累了大量的经验，基本保持在2～3个月对喷嘴进行一次小的修补与维修。但因德士古煤气化技术的特性(水煤浆进料)、工程材料的技术现状及苛刻的使用条件，使得工艺喷嘴的技术一直未得到突破。
1．5 黑水系统问题
德士古煤气化工艺的一个特点是工艺用水量较大，但这些水量中约三分之二是在自身循环使用，因此，在德士古煤气化装置中都设计有一套黑水闪蒸冷却、固液沉降分离与灰水阻垢回用的工序。在实际运用中，各装置都遇到类似的问题，即管道、机泵结垢与激冷环堵塞，只是程度不同而已。这种现象的发生，轻者影响负荷，严重时则须停车处理，其主要原因与煤质、水质及工程设计有关。因此，根据各装置的经验与教训，对于新上装置笔者认为：
(1)应根据本装置所使用的煤质、水质，寻找有经验的水处理单位，结合本装置的设计，对水系统进行认真研究，确定一套科学的水系统处理方案。
(2)工程设计时要避免硬度较高的水与碱度较高的水通过管道直接混合。
(3)使用阻垢性及耐高温性能好的阻垢剂。
(4)添加装置要有利于操作工的配制与管理。
1．6 闪蒸系统耐磨件问题
德士古煤气化装置中，高磨损区主要存在于闪蒸系统。包括：①减压角阀的底部三通及端板；②闪蒸汽进入闪蒸罐的折流挡板；③中压罐至真空罐黑水的调节阀后150～250mm区域直管段。
最初设计时，以上几处都选用普通碳素钢，磨损率曾高达0．01mm／h，后经普通碳素钢内堆焊耐磨材料，减缓了磨损，但仍磨损严重。要彻底解决磨损问题，应强化材质，大幅度加粗、加长减压角阀后的直管，同时加大进入闪蒸罐的人口尺寸。
1．7 主要设备的无故障期
设备的无故障期，是指符合质量要求的新设备(或大修后的设备)运行至开始出现影响装置正常运行的较大故障时的周期，这个周期根据工程设计、设备制造厂家及材料差异而不同，表5为我公司主要设备的无故障期。
表5 装置主要设备的无故障期
2 结语
(1)工艺喷嘴与耐火砖是德土古煤气化技术的薄弱环节。因此，德士古煤气化技术如果要得到大的发展，必须要在这2项工程技术上有实质性的突破。
(2)在新装置中要采用新的结构设计，以解决激冷室向后系统的带水问题。
参考文献：
[1] 王旭宾．联合循环发电制气丁艺的介绍[J]．煤气与热力，1998，(])：14—16．
[2] 王旭宾．德寸：占煤气化装置运行状况及问题的探讨[J]．煤气与热力，1997，(6)：5—7．
[3] 王旭宾．高灰熔点煤的气化[J]．煤气与热力，1990，(3)：4—6．
[4] 王旭宾．德士古煤气化炉耐火砖问题探讨[J]．煤气与热力，1998，(6)：9—11．
[5] 王旭宾．水煤浆气化炉激冷室带水问题的探讨[J]．煤气与热力，2000，(3)：197—199．