GE氣化爐帶水原因分析及解決措施

GE氣化爐帶水原因分析及解決措施孫衛國張平旺神華包頭煤化工分公司內蒙古包頭 014000摘要:分析了GE氣化爐合成氣帶水的表征現象、原因及其對穩定生產(chǎn)的危害性,并針對影響因素提出了兩個(gè)方面的改進(jìn)措施，一是從工藝指標的控制上作出調整，二是針對新設計裝置氣化爐結構提出了改進(jìn)措施。關(guān)鍵詞:GE氣化爐合成氣帶水影響Abstract: The GE gasifiersynthesis gaswith water， thecharacterization of the phenomenon， causes and dangers forstable production and influencing factors for the two aspectsof the proposed improvements， one from the control of processindicators adjusted Second，the structure for the new designdevice gasifier proposed improvement measures.Keywords: GE gasifiedSyngasWateryAffect中圖分類(lèi)號: TQ54引言:氣化爐是GE水煤漿加壓氣化裝置的核心設備,分為燃燒室和激冷室兩部分。上部為燃燒室,內襯3層耐火材料;下部為激冷室,內有激冷環(huán)、下降管、- 上升管和折流擋板等主要部件。我們在生產(chǎn)操作過(guò)程中時(shí)常會(huì )發(fā)生激冷室的合成氣帶水問(wèn)題，所謂“帶水”，即激冷室的水被合成氣大量夾帶至后續工序的洗滌塔，使激冷室內液位嚴重低于工藝要求值，而洗滌塔內嚴重超高，來(lái)不及排除，嚴重時(shí)塔內水與合成氣- -并流向下游工序的變換爐，中國煤化工迫使變換停爐。本文就此問(wèn)題進(jìn)行分析和探討。.MYHCNMH G1.裝置流程簡(jiǎn)述加壓的水煤漿和氧氣經(jīng)過(guò)特制的工藝噴嘴噴入氣化爐內后，水煤漿被高效霧化成細小的顆粒，與氧氣在爐內1300~ 1400 °C 的高溫下發(fā)生復雜的氧化一-還原反應產(chǎn)生煤氣，其主要成分為合成氣(CO+ H2) ;同時(shí)生成少量熔渣。合成氣與熔渣出氣化爐燃燒室后，在下降管的引導下，進(jìn)入到氣化爐激冷室液面下，在此熔渣被冷卻固化后沉降到氣化爐激冷室錐底,經(jīng)鎖斗收集后排出;合成氣被冷卻并吸收飽和水蒸氣后出下降管，沿下降管與上升管之間的環(huán)隙鼓泡上升，離開(kāi)上升管后被激冷室頂部的折流擋板折流，由激冷室合成氣出口排出， 經(jīng)文丘里洗滌器去洗滌塔進(jìn)一步洗滌除塵后，送變換工序。洗滌塔的補充水有三路:一路是高壓灰水，由上塔盤(pán)加入;另兩路為冷凝液，分別由洗滌塔的下塔盤(pán)加入。出洗滌塔的水有兩路，一路是去閃蒸處理的排放水; - - 路是去氣化爐激冷環(huán)上的激冷水，為氣化爐的補水。下圖為工藝流程簡(jiǎn)圖:中國煤化工YHCNMH G氧氣合成氣去變換氣化爐補充冷凝液水煤漿洗滌塔變化冷凝液氣化爐液位調節閥文丘里k滅合成氣激冷水去激冷環(huán)激冷水泵去閃蒸系統(四級) L +沉降槽不低壓灰水泵溢流灰渣去鎖渣系統.灰水槽2.氣化爐帶水時(shí)的現象與危害2.1異?，F象(1) 氣化爐的液位下降,低于正常的工藝指標控制。激冷水浴不能形成，不能維持正常的氣化爐操作。(2)氣化爐底部黑水排放量減少，激冷室水夾帶在合成氣流中，帶入洗滌塔。(3)洗滌塔液位升高，超出其正常液位，洗滌塔補水閥關(guān)小后仍無(wú)法控制洗滌塔液位。中國煤化工MHCNMH G-3-(4) 從氣化工段出來(lái)合成氣溫度偏高,原因有二:一方面，當氣化爐帶水時(shí)，合成氣夾帶大量的水蒸氣，而水蒸氣中蘊含大量的潛熱，故造成溫度偏高;另一方面，當出現帶水時(shí)，由于洗滌塔液位偏高，由洗滌塔給水泵供塔盤(pán)冷凝液減少以及進(jìn)文丘里的激冷水量減少，使得與合成氣換熱量減少，從而引起合成氣溫度升高。(5)文丘里壓差增大并出現頻繁波動(dòng)現象。2.2帶水對系統的危害2.2.1從水系統平衡角度考慮:(1)氣化爐帶水造成洗滌塔液位升高，系統無(wú)法補水，進(jìn)而引起整個(gè)系統的水平衡被破壞。其表現:高壓閃蒸罐、中壓閃蒸罐、真空閃蒸罐的液位降低，導致灰水罐液位降低，嚴重時(shí)由于整個(gè)水系統失去平衡，會(huì )迫使停車(chē)。(2)洗滌塔液位過(guò)高，就會(huì )引起后工序變換系統帶水，水淹變換催化劑，不僅導致后工序停車(chē)，而且使催化劑失活。2.2.2從工藝角度來(lái)分析:(1) 氣化爐帶水后，由于激冷室內直接接受自氣化爐燃燒室來(lái)的熔渣、飛灰，系統內水質(zhì)較差，大量灰分會(huì )隨合成氣夾帶的水到達洗滌塔內,影響洗滌塔水質(zhì)，也影響出塔合成氣清潔度。(2)洗滌塔水質(zhì)惡化，影響自洗滌塔抽取供氣化爐激冷環(huán)激冷水的水質(zhì)，長(cháng)期運行會(huì )加劇氣化爐激冷環(huán)結垢問(wèn)題，并最終導致停車(chē)處理。(3)由于氣化爐黑水向閃蒸系統的排放量源中國煤化工，管道之間MHCNMH G流量減少，從而使管道內流體流速降低，導致黑水中的灰渣在設備管道中的沉淀速度加快，嚴重時(shí)，容易堵塞或磨損氣化爐去閃蒸系統的黑水管線(xiàn)，增加設備結垢，影響灰水系統 長(cháng)周期、安全穩定運行。2.2.3從經(jīng)濟效益角度分析:(1)氣化爐液位持續下降會(huì )導致操作環(huán)境惡劣，使氣化爐不能維持高負荷生產(chǎn),單爐生產(chǎn)能力下降,影響裝置的生產(chǎn)強度，影響整個(gè)凈化和合成系統經(jīng)濟運行。(2)設備、管道堵塞時(shí)，必須進(jìn)行清理、疏通、檢修、增加了操作上的困難，由于增加了勞動(dòng)強度和檢修費用，使運行成本增加，進(jìn)而增加單位產(chǎn)品成本，從而影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益。3.合成氣帶水過(guò)程理論分析合成氣通過(guò)燃燒室的渣口進(jìn)入到激冷環(huán)和下降管后，由于下降管內壁四周分布著(zhù)激冷水形成的液膜，合成氣與激冷水在并流下行的過(guò)程中即發(fā)生了傳熱、傳質(zhì)過(guò)程，部分激冷水蒸發(fā)成為飽和水蒸氣進(jìn)入合成氣成為氣相組分，合成氣離開(kāi)下降管后，在下降管與上升管的環(huán)隙間穿越激冷室水液層鼓泡_上升。在高速氣流作用下，激冷室的液體呈膨脹狀,下降管液位較低，而上升管液位較高，氣流經(jīng)過(guò)下降管后沿上升管與下降管間的空隙迅速上升,將液體迅速包圍、分散，使液體分散成眾多大小不均的液滴，并使其獲得了一定速度隨氣流上升,此時(shí)液面上鼓,這些夾帶的水液和水團由于自重還有一個(gè)沉降過(guò)程,即:中國煤化工氣速+液團速度≥液團的沉降速YHCNMH G這些被夾帶上來(lái)的液體有五種運動(dòng)方向:一是部分夾帶水由于沒(méi)有足夠的能量，在還沒(méi)有上升到升氣管的頂部時(shí)就又回落下來(lái)，返回到激冷室;二是部分夾帶水撞擊到上升管的內壁或者是下降管的外壁上，沿著(zhù)壁面回流到激冷室;三是部分夾帶水被帶出升氣管，但在經(jīng)過(guò)折流板時(shí)由于被折流而與合成氣分離落回激冷室;四是部分夾帶水在向激冷室的合成氣出口方向運動(dòng)時(shí)碰到激冷室的內壁而沿著(zhù)激冷室的內壁向下回流;五是部分夾帶水最終隨著(zhù)合成氣被帶出激冷室影響后序工段。4.氣化爐帶水的影響因素4.1爐溫爐溫的高低是控制氣化反應得-一個(gè)重要指標。一般的講，保持較高的爐溫，對氣化反應是有利的，對提高氣化爐發(fā)氣量有著(zhù)至關(guān)重要的作用。而爐溫偏低時(shí)，氣化反應速度降低，碳的轉化率降低，氣化效率下降，導致發(fā)氣量降低，并且，渣中的可燃物含量較高，浪費了煤炭資源。但是，當控制爐溫偏高時(shí)，氣化爐激冷室內的黑水就會(huì )大量的蒸發(fā)，超過(guò)其爐溫時(shí)的蒸發(fā)量，產(chǎn)生的大量水蒸氣就會(huì )隨著(zhù)合成氣進(jìn)入洗滌塔,造成氣化爐液位降低，洗滌塔液位升高，氣化爐底部水量減少，從而產(chǎn)生帶水。4.2氧壓及系統壓力一.般說(shuō)來(lái)，維持較高的氧壓及系統壓力對氣化反應有利。根據化學(xué)平衡移動(dòng)原理，增加壓力有利于提高化學(xué)反應速度、揭高氣化效率，但是,中國煤化工TYHCNMH G氧壓不能控制過(guò)高。由于工藝燒嘴是三流式噴嘴，中心槍與外環(huán)道為氧氣通道，中間套管環(huán)隙為煤漿通道。在氧壓過(guò)高時(shí)，中心槍內氧氣噴出時(shí)，就會(huì )在氣化爐內形成- - 個(gè)較長(cháng)的火炬，會(huì )對激冷室液位造成較大的沖擊力。此時(shí)，激冷室內的黑水會(huì )隨著(zhù)合成氣進(jìn)入洗滌塔，進(jìn)而產(chǎn)生帶水。另外，氧壓及其系統壓力波動(dòng)過(guò)大也會(huì )造成不同程度帶水。4.3氣化爐液位氣速-一定，若氣化爐液位控制較高，氣流通過(guò)激冷水浴的時(shí)間長(cháng)，氣流對液體的分散作用就會(huì )加劇，環(huán)流現象加強，從而導致了氣化爐帶水。因此，高負荷生產(chǎn)中， 氣化爐的液位不可控制過(guò)高，否 則極易引起帶水。4.4系統生產(chǎn)負荷企業(yè)為追求效益，往往使氣化爐處在高負荷狀態(tài)(為原設計負荷的140%左右運行),當負荷過(guò)高時(shí)，氣量也相應增大，系統壓力升高，而壓力的升高又會(huì )引起合成氣溫度的偏高，從而造 成激冷室內大量黑水蒸發(fā)，這些蒸發(fā)的水蒸氣部分夾帶到合成氣中帶入洗滌塔，同時(shí)在合成氣通過(guò)激冷環(huán)與上升管環(huán)隙時(shí)由于氣流通過(guò)的間隙未改變，氣速的增加也會(huì )使氣化爐帶水。另外，負荷增減頻率快及調節幅度過(guò)大也會(huì )引起帶水。4.5氣速當氣化爐高負荷運行，或者爐溫控制偏高時(shí)，均能使氣化爐發(fā)氣量迅速增大，從而使氣速增大,氣流對液體分散作用加強，液體環(huán)流現象加劇，中國煤化工這樣就導致了帶水。MHCNMH G-7-4.6氣化爐底部排水量從上文可以知道，氣化爐底部排水量的減少是氣化爐帶水的-一個(gè)明顯標志，氣化爐帶水嚴重時(shí)，其底部排水量甚至可以減少到零。因此，操作時(shí)嚴格控制氣化爐底部排水是決定氣化爐是否帶水的一一個(gè)重要因素。5.預防或解決氣化爐帶水的措施解決合成氣帶水問(wèn)題可以試著(zhù)從以下幾個(gè)方面著(zhù)手考慮。5.1嚴格控制工藝指標5.1.1爐溫控制在控制爐溫時(shí)，操作工應及時(shí)根據煤的灰熔點(diǎn)分析，以及合成氣分析、CH含量、CO2含量、渣中可燃物含量等主要工藝參數來(lái)進(jìn)行綜合判斷，以便調節爐溫。根據魯南化肥廠(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)踐證明，爐溫控制在高于灰熔點(diǎn)100°C~150"C左右，對燒嘴霧化效果較好，而且也可避免氣化爐帶水。5.1.2氧壓及系統壓力應保持氧壓及系統壓力穩定,不可過(guò)高。操作人員若發(fā)現氧壓偏高,應立即通知調度聯(lián)系空分工段適當降低氧壓，同時(shí)，中控人員需相應減少中心槍氧量，減少燒嘴在爐內的噴射火焰長(cháng)度，防止對激冷室液位沖擊力過(guò)大，引起液位波動(dòng)。因此穩定的氧壓及系統壓力對防止氣化爐帶水是有利的。中國煤化工YHCNMH G-8-5.1.3液位控制由于氣化爐超設計負荷運行,氣化爐液位不可控制太高，以減少氣體通過(guò)的時(shí)間，降低氣體對液體的分散作用，而且，處理帶水時(shí)，可適當降低液位，待帶水得到控制后，再逐步提高液位，但控制液位不偏低時(shí),應保證整個(gè)水系統循環(huán)平衡，且循環(huán)量要 大，否則液位過(guò)低會(huì )改變渣的沉降過(guò)程，增加黑水的含固量，而且也會(huì )使氣化爐停車(chē)。5.1.4負荷調節為使系統經(jīng)濟運行，氣化爐均在高負荷狀態(tài)下運行，但是，不能超出氣化爐設計負荷太多，維持在設計負荷的130% 為宜。高負荷運行時(shí),加減負荷頻率要少，調節幅度不宜過(guò)大，這不僅能防止氣化爐帶水，而且對系統長(cháng)周期、穩定運行也有好處。5.1.5氣化爐底部出水量氣化爐底部出水量的高低是判斷氣化爐是否帶水的一個(gè)重要標志，當氣化爐出水量減為零時(shí),氣體對激冷室水浴的分散作用便會(huì )加強，而且，流現象加劇，只能引起更嚴重的帶水，保證氣化爐底部有- -定的出水，水流和氣流方向近似作逆向接觸，使氣體的分散作用變弱，這也會(huì )在一定程度上防止氣化爐帶水。5.1.6加大水系統循環(huán)量加大氣化爐激冷水的供應量和排出量,降低激冷室內激冷水的溫度,降低合成氣與激冷水間兩相流沸騰傳熱的熱流引中國煤化工F=a/MYHCNMHG△t; Q表示熱負荷，F表示傳熱面積，a表傳熱系數，△t表加熱面的溫度tw和飽和蒸汽溫度ts之差),減少水沫的生成。但這需要加大洗滌塔循環(huán)泵的功率和閃蒸系統的黑水處理負荷,使整個(gè)系統的水平衡發(fā)生改變。5.2從氣化爐內件改進(jìn)角度考慮(1)擴大上升管的直徑,加大上升管與下降管之間的環(huán)形通道的面積，降低氣體的流速,減弱合成氣對液相的沖擊，降低夾帶水的動(dòng)能,從源頭上遏制合成氣帶水的問(wèn)題。(2)加大氣化爐激冷室的結構盡寸,增大激冷室液面上部的分離空間,讓更多的夾帶水返回到氣化爐激冷室的液面中。在氣體流速相同的情況下，氣體夾帶水的動(dòng)能基本相同,其分離空間大,夾帶水回流到液面中的比例就多。在發(fā)生氣化爐嚴重帶水時(shí),用降低氣化爐液位的辦法，相對增加了氣化爐激冷室液面上的分離空間,對于減輕氣化爐帶水的效果非常明顯。但氣化爐要維持正常液位運行,所以激冷室的結構尺寸要加大。6.結論(1)氣化爐合成氣帶水的問(wèn)題對氣化系統穩定運行的危害很大。氣化爐合成氣帶水的主要影響因素有氣體氣速、爐溫高低、氧壓及系統壓力、氣化爐液位、負荷等。(2)為解決氣化爐帶水各廠(chǎng)家經(jīng)過(guò)實(shí)踐采取相應防范措施，一是嚴格控制工藝指標(氣體氣速、爐溫高低、氧壓及系統壓力、氣化爐液位、負荷的控制，氣化爐底部黑水排放量)，二是針對i中國煤化工戶(hù)結構提fYHCNMHG出了理論性改進(jìn)措施，比如擴大上升管的直徑、加大激冷室液面上部分離空間。從不同的側面解決氣化爐帶水問(wèn)題。參考文獻《中文科技期刊數據庫》《關(guān)于氮肥、甲醇加壓煤氣化技術(shù)發(fā)展和應用》《石油化工應用》《石油化工自動(dòng)化》《蘭化科技》中國煤化工YHCNMH G