摘要：煤气化技术的发展和进步是推动洁净煤利用技术发展的关键因素之一。四喷嘴对置式水煤浆气化炉属气流床加压气化技术。某能源有限公司一期360kt/a甲醇项目四喷嘴气化炉因原料煤调整后煤质不稳定，系统甲醇产量波动较大。从煤中元素含量、粗煤气温度等方面入手，分析与探讨气化炉产气量及系统甲醇产量的影响因素。
关键词：四喷嘴气化炉；产气量；影响因素
1前言
某能源有限公司一期360kt/a甲醇项目，配套42000m3/h空分装置；该气化装置有两个四喷嘴气化炉，一个开、一个备，一个单炉，喷煤能力1500t/d，设计工作压力6.5mpa。2014年3月，气化设备原料进行调整，气化煤质量波动较大（见表1），严重影响了气化炉出气和系统甲醇产量。分析了四喷嘴气化炉煤气生产和甲醇生产的影响因素：
表 1 原料煤煤质分析数据
2四喷嘴气化炉设备介绍
2.1气化炉烧嘴
烧嘴作为水煤浆气化炉的核心设备，其运行工况直接影响气化炉的气化效率、炉壁温度及所造渣中碳的含量等。烧嘴是通过氧气流股与煤浆流股的动量交换，以达到雾化煤浆的目的，从而为炉内的气化与燃烧创造条件。四喷嘴水煤浆气化技术采用预膜式烧嘴，外混式雾化效果优于内混式烧嘴。水煤浆通过4个对称布置在气化炉中上部同一水平面上的烧嘴，与氧气一起对喷进入气化炉内，在炉内形成撞击流，在完成煤浆雾化的同时，强化热质传递，促进气化反应的进行。相对于其他气化工艺物料的平均停留时间更长，反应更加充分，渣中碳含量较低。
2.2耐火砖
四喷嘴水煤浆气化炉燃烧室耐火材料主要有向火面砖、背衬砖、隔热层、浇注料、耐火毡等，向火面砖为高铬砖（CRB-90），背衬砖为铬刚玉砖（CRCB-12），隔热层为Al2O3空心球砖（ABB-98），浇注料为铬刚玉浇注料（CastPC-12）。向火面砖直接与高温高压的合成气、灰渣接触，承受化学腐蚀、物理冲击、灰渣冲刷等磨损较快，为使用寿命最短的耐火砖。四喷嘴气化炉由于具有特殊的气化工艺，整个燃烧室内的流场分成射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区、管流区等6个区域，其中拱顶与渣口砖由于遭受冲刷较为严重，使用寿命相对于其他部位的耐火砖较短。
2.3水洗塔盘
水洗塔作为气化工艺中仅次于气化炉的关键设备，其运行工况直接决定了合成气的清洁度及变换炉工况，进而影响气化炉的长周期稳定运行。该公司水洗塔采用5层泡罩塔结构，高温变换凝液由最上层塔盘进料，高压灰水由第3层（自上而下数）塔盘进料，合成气自下而上依次穿过5层塔盘换热、洗涤，干净的合成气经除沫器后输入后系统。水洗塔最常见的问题是合成气带水，塔盘堵塞是造成合成气带水的重要因素之一。通过对塔盘堵塞物取样分析发现，有细灰以及钙铁复合盐的成分。合成气所夹带的细灰经过塔盘时黏结在泡罩上，钙铁复合盐主要是由碱度高的高温变换凝液与硬度高的灰水混合而形成。第3层塔盘上的堵塞物主要成分为钙铁复合盐，第5层塔盘上的堵塞物主要成分为细灰，这与各物料进入水洗塔位置相一致。
2.4三级闪蒸防冲刷挡板
四喷嘴闪蒸系统采用三级闪蒸处理工艺，即蒸发热水塔、低压闪蒸、真空闪蒸。闪蒸系统的主要作用是回收热量、汽提酸性气、渣水分离及灰水回用等。来自气化炉、蒸发热水塔、旋风分离器的黑水经过三级闪蒸逐步降温、降压，闪蒸出黑水中溶解的酸性气及氨气等，黑水逐步浓缩后排入澄清槽实现渣水分离。黑水在逐级减压过程中存在能量的转化，减压后巨大的动能对设备的冲击较为严重，因此三级闪蒸中均设有防冲刷挡板。随着气化炉运行时间的延长，防冲刷挡板逐步减薄，甚至出现洞穿，而冲刷挡板一旦洞穿，黑水会直接冲击到设备本体，存在巨大的安全隐患。黑水进蒸发热水塔角阀后管道进行了延长，黑水角阀后防冲刷挡板基本无破损。低压闪蒸挡板第1层被打穿，需要更换；真空闪蒸挡板支架磨损，导致挡板倾斜，需要加固。
2.5高压煤浆泵、激冷环、激冷室等
该公司共有高压煤浆泵6台，其中4台GEHO泵、2台沈冶泵，GEHO泵为双缸双作用隔膜泵，沈冶泵为三缸单作用隔膜泵。A套气化炉使用的是2台GEHO泵，每台泵对应1对烧嘴。在本次运行周期内，高压煤浆泵没有发生卡阀、跳车事故，整体运行平稳。
3原料煤元素含量及水洗塔出口温度的影响
3.1甲醇产量与煤中碳/氢元素含量的关系
甲醇的生产需要有效气体，即（CO+H2）的实际产量。当料浆浓度恒定时，不同原料的含碳量变化较大。因此，本文采用陈文民等推导的多元线性回归方程，结合表1数据计算出煤中元素含量。经计算，2014年5月4日原煤含碳量为70.386%，2014年5月15日原煤含碳量为66.001%。
3.2水洗塔出口温度的影响
已知条件：干基气量120000m3；3.3MPa水煤气对应温度239.238℃；3.4MPa水煤气对应温度240.936℃；水洗塔出口压力p=6.4MPa；压缩因子0.89。
3.3MPa水煤气水气比：3.3÷0.89÷（6.4－3.3）=1.196。
3.3MPa水煤气湿基气量：120000÷［1/（1+1.196）］=263520m3。
3.4MPa水煤气水气比：3.4÷0.89÷（6.4－3.4）=1.273。
3.4MPa水煤气湿基气量：120000÷［1/（1+1.273）］=272760m3。
水洗塔出口温度变化1℃引起的水煤气气量（干基）变化：（272760－263520）÷（240.936－239.238）=5442m3。
4结束语
四喷嘴水煤浆气化炉，碳转化率高、污染消耗低、运行周期长，已迅速成为煤化工行业技术之一。该能源有限公司一期360kt/a甲醇项目甲醇产量波动的主要原因是原煤质量不稳定。由于煤中碳含量波动较大，粗合成气有效气体含量下降，甲醇日生产波动较大。
参考文献：
[1]者有强 郑和虎.煤质特性对四喷嘴对置式水煤浆气化炉的影响[J].工程技术：全文版，2016（11）
[2]任军平 张希海 张奇.四喷嘴对置式气化炉烧嘴损坏原因分析[J].大氮肥，2015（05）
[3]杨路.多喷嘴水煤浆气化装置高负荷运行中存在的问题及优化[J].中氮肥，2014（04）
[4]步建军.提高四喷嘴气化装置运行周期的探讨[J].小氮肥，2015（04）
[5]马鸿雷.气化用煤及混配煤的粘温特性研究[J].山东煤炭科技，2015（07）
论文作者:孔令旗
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：喷嘴论文; 闪蒸论文; 气化炉论文; 合成气论文; 甲醇论文; 黑水论文; 水煤气论文; 《基层建设》2019年第1期论文;