GE德士古气化炉.docx

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GE德士古气化炉

1.德士古气化炉概况

德士古水煤浆加压气化工艺简称TCGP,是美国德士古石油公司TEXACO在重油气化的基础上发展起来的。

1945年德士古公司在洛杉矶近郊蒙特贝洛建成第一套中试装置,并提出了水煤浆的概念,水煤浆采用柱塞隔膜泵输送,克服了煤粉输送困难及不安全的缺点,后经各国生产厂家及研究单位逐步完善,于80年代投入工业化生产,成为具有代表性的第二代煤气化技术。

国外已建成投产的装置有6套，15台气化炉；国内已建成投产的装置有8套，24台气化炉，正在建设、设计的装置还有4套，13台气化炉。

已建成投产的装置最终产品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氢气、一氧化碳、燃料气、联合循环发电。

我国自鲁南化肥厂第一套水煤浆加压气化装置（2台气化炉）1993年建成投产以来，相继建成了上海焦化厂气化装置（MPa气化，4台气化炉，于1995年建成投产），渭河化肥厂气化装置（MPa气化，3台气化炉，于1996年建成投产），淮南化肥厂气化装置（MPa气化，3台气化炉，于2000年建成投产），金陵石化公司化肥厂气化装置（MPa气化，3,,,,台气化炉,于2005年建成投产），浩良河化肥厂气化装置（～MPa气化，3台气化炉，于2005年建成投产），南化公司气化装置（MPa气化，2006年建成投产），南京惠生气化装置（MPa气化，2007年建成投产）等装置。

由于我国有关生产厂的精心消化吸收，已掌握了丰富的连续稳定运转经验，新装置一般都能顺利投产，短期内便能连续稳定、高产、长周期运行。

并且掌握了以石油焦为原料的气化工艺技术。

水煤浆和99.6%纯氧经德士古烧嘴呈射流状态进入气化炉,在高温、高压下进行气化反应,生成以CO+H2为主要成分的粗合成气。

在气化炉内进行的反应相当复杂,一般认为气化分三步进行:

（1）煤的裂解和挥发份的燃烧

水煤浆和氧气进入高温气化炉后,水份迅速蒸发为水蒸汽。

煤粉发生热裂解并释放出挥发份。

裂解产物及挥发份在高温、高氧浓度下迅速完全燃烧,同时煤粉变成煤焦,放出大量的反应热。

因此,在合成气中不含有焦油、酚类和高分子烃类。

这个过程进行的相当短促。

（2）燃烧及气化反应

煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧气发生燃烧反应,生成CO、CO2等气体,放出反应热;另一方面,煤焦又和水蒸汽、CO2等发生化学反应,生成CO、H2。

（3）气化反应

经过前面两步的反应,气化炉中的氧气已完全消耗。

这时主要进行的是煤焦、甲烷等与水蒸汽、CO2发生的气化反应,生成CO和H2。

2　德士古水煤浆气化工艺

2.l制浆系统

制浆系统用于水煤浆的制备。

原料煤经煤称重给料机计量后送入磨机,同时在磨机中加入水、添加剂、石灰石、氨水,经磨机研磨成具有适当粒度分布的水煤浆,合格的水煤浆由低压煤浆泵送入煤浆槽中。

2.2合成气系统

水煤浆经高压煤浆泵加压后与高压氧气经德士古烧嘴混合后呈雾状喷入气化炉燃烧室,在燃烧室中进行复杂的气化反应,生成的煤气（称为合成气）和熔渣经激冷环及下降管进入气化炉激冷室冷却,冷却后的合成气经喷嘴洗涤器进入碳洗塔,熔碴落入激冷室底部冷却、固化,定期排出。

在碳洗塔中,合成气进一步冷却、除尘,并控制水气比（即水汽与干气的摩尔比）,然后合成气出碳洗塔进入后工序。

2.3烧嘴冷却系统

德士古工艺烧嘴是气化装置的关键设备,一般为三流道外混式设计,在烧嘴中煤浆被高速氧气流充分雾化,以利于气化反应。

由于德士古烧嘴插入气化炉燃烧室中,承受1400℃左右的高温,为了防止烧嘴损坏,在烧嘴外侧设置了冷却盘管,在烧嘴头部设置了水夹套,并由一套单独的系统向烧嘴供应冷却水,该系统设置了复杂的安全联锁。

2.4锁斗系统

落入激冷室底部的固态熔渣,经破渣机破碎后进入锁斗系统,锁斗系统设置了一套复杂的自动循环控制系统,用于定期收集炉渣。

在排渣时锁斗和气化炉隔离。

锁斗循环分为减压、清洗、排渣、充压四部分,每个循环约30分钟,保证在不中断气化炉运行的情况下定期排

渣。

2.5闪蒸及水处理系统

该系统主要用于水的回收处理。

气化炉和碳洗塔排出的含固量较高黑水,送往水处理系统处理后循环使用。

首先黑水送入高压、真空闪蒸系统,进行减压闪蒸,以降低黑水温度,释放不溶性气体及浓缩黑水,经闪蒸后的黑水含固量进一步提高,送往沉降槽澄清,澄清后的水循环使用。

德士古淬冷型气化炉k-t煤气化炉，德士古煤气化炉

3　德士古气化使用原料

原料煤适应性较广，气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均能用作气化原料。

但要求原料煤含灰量较低、还原性气氛下的灰熔点低于13000C，灰渣粘温特性好。

煤质对气化的影响主要表现在水煤浆的质量,为了提高经济性,得到较高的气化效率及较好的合成气组份,一般要求水煤浆具有较高的浓度（58～62wt%）、较好的稳定性（煤浆不易分层沉降）及较好的流动性（粘度<1200CP）。

因此相应对于原料煤也有一定的要求;①较好的反应活性。

活性好是一个综合指标，一般挥发份高的煤活性好，才能获得较高的碳转化率，降低氧耗，一般要求煤中挥发份大于。

从表6也可看出，用做水煤浆气化的煤种其挥发份都在30%以上②较高的发热值③较好的可磨性④较低的灰熔点，要求灰熔点小于1250℃因为气化炉温度要高于灰熔点100～150℃才能保持正常工艺指标。

⑤较好的粘温特性⑥较低的灰份。

一般情况下灰份含量低于15%（包括加入助熔剂CaO后）,最好低于。

灰含量高，易堵塞灰水管道。

另外灰每增加1%,氧耗增加0.7%～0.8%,煤耗增加%～1.5%。

⑦合适的煤进磨机粒度等。

8、原料煤的供应要求稳定可靠。

如煤的来源是多矿井供应，煤质变化大或不稳定、关键指标难以控制时，就不能保障水煤浆气化装置的平稳运行，不能选做原料煤。

4德士古气化炉工艺参数

1．水煤浆浓度

水煤浆浓度对气化的影响表现为：

随着水煤浆浓度的提高，煤气中有效成分增加，气化效率提高，氧气耗量下降，如下图一、二所示。

图一图二

水煤浆浓度的提高，带入气化炉中的水分相对少了，减少了蒸发水所消耗的热量，因而使一氧化碳和氢气的产量增加了，气化强度和气化效率均得到提高，能耗下降。

为了维持正常的气化生产，煤浆的可泵送性和稳定性等也是十分重要的。

所以，研究水煤浆的成浆特性和制备工艺，寻求提高水煤浆质量的途径是十分必要的。

试验认为，在制备高浓度水煤浆时，煤质是关键因素，而煤粉粒度的分布又是重要的影响因素，添加剂是改善流动性及堆积效率的一种有力措施。

煤的内在水分含量低、粒度分布宽，将有利于高浓度水煤浆的制备。

适宜的添加剂还能改变煤浆的流变特性，且煤粉的粒度越细，添加剂的影响越明显。

所以，选择合适的煤种，调配最佳粒度和粒度分布是制备具有良好流动性和较为稳定的高浓度水煤浆的关键。

一般说来，褐煤的内在水分含量较高，说明其内孔表面大，吸水能力强。

在成浆时，煤粒上能吸附的水量多，因而，在水煤浆浓度相同的条件下，自由流动的水相减少，即造成流动性差，若使其具有相同的流动性，则煤浆浓度必然下降。

故褐煤在目前尚无法作为水煤浆的原料。

日本宇部在评价我国的昭通褐煤时，亦得到了与上述相同的结论。

2．氧煤比

氧煤比是气流床气化中重要的操作指标。

当其他条件不变时，气化炉温度主要取决子氧煤比，如下图一所示。

提高氧煤比可使碳的转化率明显上升，如下图二所示。

图一图二

但是，当氧气用量过大时，部分碳将完全燃烧，生成二氧化碳，或不完全燃烧生成的一氧化碳，又进一步氧化成二氧化碳，从而使煤气中的无用组分增加，气化效率下降。

而且，随着氧煤比的增加，氧耗明显上升，而煤耗下降。

所以，氧煤比对过程操作来说，有一最适宜的比值。

美国蒙特贝洛中试炉气化伊利诺斯6号煤对，氧煤比约为；联邦德国RCH／RAG示范厂则为.

3．煤粉粒度分布

煤粉的粒度对碳的转化率有很大影响。

因为煤粒在炉内的停留时间及气固反应的接触面积与颗粒尺寸的关系非常密切。

而且，大颗粒离开喷嘴后，具有较大的相对速度，在反应区中的停留时间比小颗粒短，另一方面，比表面积又与颗粒大小呈反比。

这双重影响的结果必然使小颗粒的转化率高于大颗粒。

由试验结果表明，煤粉越细，气化效率越高。

但是，当煤粉中细粉含量过高时，水煤浆表现粘度上升，不利于配制高浓度的水煤浆。

为此，对于反应性较好的煤种，可适当放宽煤粉的粒度。

如日本德士古炉用的煤浆，最大粒度为20~40目，大部分小于90μm；联邦德国德士古炉用的煤浆14～60％，>90μm；7~35％，>315μm，15％，：

>500μm。

4．气化压力

气流床操作压力的提高，有利于气化过程的进行。

因为压力增加，不仅增加了反应物浓度，加快了反应速度；而且也延长了反应物在炉内的停留时间，使碳的转化率提高。

气化压力的提高，既可提高气化炉单位容积的生产能力，又可节省压缩煤气的动力。

故德士古工艺的最高气化压力可达。

一般根据煤气的最终用途，选择适宜的气化压力。

巳投产的几套装置中，大多数采用3．92MPa（表压），在伊斯特曼工程中配等压合成甲醇，采用了（表压）。

5　本工艺运行中存在的突出问题

5.1气化炉耐火材料使用寿命短

气化炉耐火砖一般采用法国沙佛埃砖,使用寿命较短,约一年半左右,必须局部或全部更换,主要原因是耐火砖受到高温（1400℃左右）气流及熔渣的冲刷,特别是燃烧室中下部,直接受到熔渣冲刷,磨蚀严重。

另外开停车频繁也是影响其寿命的原因。

由于耐火砖价格昂贵,每炉砖约需80万美元,故在现有条件下加强工艺操作管理十分必要,另外也可采用国产的耐火材料。

5.2　气化炉炉膛热电偶寿命短

炉膛热电偶由燃烧室外壁经壳壁、隔热层、三层耐火砖插入燃烧室用以指示炉内反应温度。

热电偶头部距内壁向火面砖内缩约50mm。

由于各层耐火材料的热

膨胀系数不同,热电偶常受到剪切力的作用而损坏,有的使用寿命只有一周左右,短的甚至刚开车即损坏,无法长期准确指示炉内温度,仅能用于指导开车。

正常操作一般根据气体组成及炉渣的形状间接判断炉温。

5.3德士古烧嘴使用周期短

在高温及高浓度煤浆冲刷的苛刻条件下,德士古烧嘴的使用周期较短,一般约50天左右,即要停炉拨出烧嘴进行检查,对有龟裂、烧蚀、磨蚀现象的烧嘴进行修复,重新使用。

目前德士古烧嘴的损坏是影响装置连续运行的主要因素。

5.4黑水管线容易堵塞、结垢、磨蚀

由于气化炉和碳洗塔排出的黑水中含固量较高,经常造成黑水管线堵塞,影响正常操作,并往往造成气化炉停车。

黑水管线、煤浆管线的清洗增大了工作强度。

在黑水减压部份的管线在节流、汽蚀作用下,磨损严重,常常需要更换。

6渣堵

气化炉渣堵现象   

   根据目前德士古装置运行的实际情况来看，气化炉的渣堵现象可以分为3类：

（1）熔渣堵塞渣口，使燃烧室的灰渣无法排出，堆满燃烧室的底部。

（2）熔渣逐渐积累到下降管内壁上，直至挂满下降管而堵塞气体通道。

这种类型的渣堵仅上海焦化厂报道过，其它厂家还未出现此问题。

   （3）激冷后的大块灰渣堆积在气化炉锁斗上部LHV—51阀的上部，锁斗排渣无法顺顷利进行而造成渣堵。

这种现象较为普遍，本文主要对这种渣堵现象进行分析。

   生产中渣堵现象的具体表现如下：

（1）渣堵时，气化炉的渣口压差变大，而且压力波动很大。

（2）锁斗循环泵的流量由正常的／h锐减至／h左右，严重时降至零，锁斗系统无法运行。

   （3）渣量由正常的3～5t／d降至极少，气化炉排出物甚至出现清水。

   （4）大量的细灰渣被带入闪蒸系统，闪蒸罐及其管线出现渣堵，沉降槽底部排出的几乎全部为细灰渣。

   兖矿鲁南化肥厂自1994年气化炉运行达到设计能力后，至