德士古水煤浆加压气化技术存在问题探讨

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1、德士古水煤浆加压气化技术存在问题探讨陈永献(充矿集团煤化分公司，山东邹城)2005-11-161 前言   德士古水煤浆加压气化技术(现美国GE气化工艺技术)是迄今为止工业化较好的第二代煤气化技术，德士古气化炉采用水煤浆进料和纯氧气化工艺，具有碳转化率高、气体质量好、适合作化工合成原料气、三废处理方便、可实现远程计算机控制和最优化操作等优点。但是从国外和国内工业化装置上看，系统设计、工艺运行、设备等方面还存在不少问题，影响着装置长周期安全、稳定、满负荷运行。本文根据最新技术进展和各装置实际改造效果对存在

2、的主要问题提出改进意见，以供参考。2 改进意见   2.1 实行混合器、旋风分离器、水洗塔三单元组合，克服合成气带水、带灰现象   由于设计和操作的原因，气化炉出口合成气经 常出现带水、带灰现象，有时还带渣，对气体净化的 触媒活性带来严重威胁，导致管线结垢和堵塞。借鉴华东理工大学在新型多喷嘴对置式气化炉装置中 的经验，采用“分级”的概念，气化炉出口合成气经过混合器、旋风分离器、水洗塔三单元组合，达到先“粗分”再“精分”。在混合器后设置旋风分离器，以除去80％～90％的细灰，煤气进入水洗塔时，已经较为洁净

3、；加入水洗塔的洗涤水比加入混合器的润湿洗涤水更为清洁，保证洗涤效果。水洗塔采用泡罩塔，其操作弹性及对沉淀物的兼容性优于筛板塔，避免把渣和水带入后系统，克服合成气带水、带灰现象。目前大型气化炉设计激冷室直径大于燃烧室直径，使气化炉内合成气得到充分洗涤和冷却，降低气化炉内气体速度，可进一步减少合成气带灰、带水。2.2 使用新型材料制作耐火砖，提高耐火砖使用寿命   目前国外向火面耐火砖使用寿命达两年，国内耐火砖使用寿命一年左右，耐火砖更换费用占整个装置维修费用的50％，因此研究使用新型耐火材料制作耐火砖至关

4、重要。   气化炉一般操作温度为1300～1400℃，比原料煤的灰熔点高50～100℃，液态熔渣沿向火面耐火砖内壁向下流动，与砖接触，对耐火砖造成侵蚀和破坏。熔渣中含有的CaO和Fe2O3组分侵入耐火砖，与耐火砖中的氧化镁组分生成MgFe2O4。一般认为耐火砖中的尖晶体MgAl2O4对熔渣的侵蚀作用具有一定的抵御性，但是熔渣中含有的FeO组分侵入耐火砖，Fe2+取代了耐火砖中的Al3+，这种置换作用导致砖体膨胀，造成耐火砖脆裂，所以作为向火面耐火砖，高铝砖容易受到熔渣侵蚀。而主要组分为氧化铬的Redex

5、BCF-86C型耐火砖受熔渣侵入耐火砖晶间结构影响，性能退化，造成耐火砖脆裂；发生脆裂的耐火砖，在炉内温度变化幅度较大时，会导致耐火砖脱落。主要成分为Cr2O3、A12O3及ZrO2的ZC-60型耐火砖，一般能经受熔渣的侵蚀作用，ZC-80和ZC—90耐磨性优于ZC-60。氧化铬含量越高耐腐蚀性越好，但抵御剥落的能力越弱。气化炉目前主要使用ZC-80或ZC-90耐水砖。2.3 钼保护管热电偶与砖后热电偶结合使用，提高热电偶使用寿命   气化炉温度影响耐火砖的寿命、气化炉的排渣及氧气的消耗，是气化炉安全、

6、高效运行的重要保证。目前在德士古煤气化装置中，气化炉温度测量主要采用热电偶，热电偶的平均寿命远比期望值低，有的在投料成功后几天内就损坏，给操作和安全运行带来了重大隐患，频繁更换热电偶也显著增加企业成本。根据德士古公司研究情况及各厂家使用和改造情况，使用金属钼保护管来取代陶瓷热电偶保护管，且需把热电偶隐藏耐火砖后。钼在高温下极其坚硬，在还原性气氛下使用具有良好的抗侵蚀能力，但在升温过程中极易被快速氧化，因此应在一定的温度下安装使用。把热电偶置于耐火砖后，虽然灵敏度降低及反应时间延长，但是对照钼保护管热电偶

7、完好时钼保护管测量温度、隐于砖后热电偶温度、气化炉各工艺参数的对比关系，在钼保护管热电偶损坏时，根据隐于砖后热电偶温度，可以准确判断气化炉温度，为判断气化炉工艺运行趋势和对气化炉准确操作提供保证。   2.4 选用耐磨材质，提高烧嘴喷头和盘管寿命   目前影响德士古气化装置长周期稳定运行的“瓶颈”是气化炉烧嘴运行周期短。气化炉烧嘴运行周期一般60天左右，超过60天后合成气产量降低和盘管冷却水泄漏。损坏的主要原因就是烧嘴喷头磨损、出现热应力裂纹及冷却水盘因管露点腐蚀而泄漏。   水煤浆雾化过程中煤浆颗粒直

8、接冲刷喷口使喷嘴磨损是影响烧嘴使用寿命的主要原因。为了减轻磨损，可以选用高强度耐磨材料及把烧嘴中煤浆和氧气混合形式预混改为预膜。当喷嘴结构形式定型后，选用碳化钨、硬质合金，如Umco50和Haynessl88等高强度耐磨材料，大大延长烧嘴使用寿命。在烧嘴喷头处，改变氧气管喷头和煤浆管喷头配合间隙，使煤浆与氧气混合形式由预混改变为预膜，从而减少煤浆对喷口的直接磨损；同时可提高产量。   由于负荷的变化造成烧嘴头部外表面热负荷的变化而引起烧嘴热