GE德士古气化炉.docx

1、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

2、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

3、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)

4、 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

5、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

6、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

7、 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(5862wt %) 、较好的稳定性(煤浆不易分层沉降) 及较好的流动性(粘度90m；735，315m，15，：500m。 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

8、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392 MPa（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,

9、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、

10、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LHV51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35 td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