合成气偏流的原因

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德士古激冷型气化炉合成气偏流的原因、危害及采取的措施

作者/来源：丛玉梅，孙鸿，高凯（贵州开阳化工有限公司，开阳 550300) 日期：2007-7-17实物展台

0　引言

德士古水煤浆加压气化属于先进的第二代煤气化技术。炉型主要分为激冷型和废热锅炉型，国内引进的鲁南、渭河、上海焦化、淮南等几套德士古煤气化装置均采用激冷型气化炉。从厂家运行的实际情况来看，都存在着合成气偏流问题，现就此作简明介绍，仅供有关技术人员和操作人员参考。

1 工艺过程简述

德士古水煤浆加压气化的基本工艺过程是用高压煤浆泵将煤浆送入烧嘴，同时将来自空分的高压氧也送入烧嘴，氧走烧嘴的外环隙和中心管，煤浆走内环隙，二者一起由烧嘴喷入气化炉中，充分混合雾化，在1350～1400 ℃温度下进行气化反应，生成的高温合成气和熔融渣一起流经渣口，激冷环、下降管，进入激冷室的激冷水中。高温合成气和熔融渣与激冷水直接接触激冷，激冷的目的是将高温气体直接冷却到该压力下的饱和蒸汽温度，将熔融渣冷却后沉积，实现气渣分离。分离出的渣经破渣机，通过锁斗定期排入渣池，由捞渣机捞出装车外运。激冷水是由激冷水泵从洗涤塔抽出，送入激冷环，并沿下降管内壁旋转均匀分布下流。激冷水在下降管内壁形成的水膜，不仅避免高温气流及熔渣与下降管内壁直接接触而保护下降管，同时也逐渐降低气体温度。在激冷水中激冷后的合成气沿下降管和上升管的环隙空间均匀鼓泡上升，出激冷室后，经文丘里洗涤器和洗涤塔进一步降温除尘，再送往CO变换。

2 合成气偏流的原因

2.1 下降管的安装不符合设计要求

下降管的安装一定要符合设计要求。如果下降管的实际中心线与设计中心线发生偏离，产生较大的夹角，那么下降管就会倾斜，结果导致高温合成气沿下降管进入激冷室水浴后的气流在上升过程中不能均匀分布而产生偏流。如果在生产过程中由于振动和热应力的原因而使下降管发生倾斜或变形，其结果和上述相同，也会产生偏流。

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2.2 烧嘴偏喷

因为烧嘴具有雾化和形成合适流场的双重功能，而不仅仅是雾化功能，所以烧嘴偏喷时，造成反应室内流场发生改变，使高温合成气沿渣口、激冷环、下降管偏向一侧进入激冷室水浴中而产生偏流。

2.3 渣口偏堵

渣口偏堵时，高温合成气的出口通道变小，此时的渣口中心与原渣口中心﹑激冷环中心﹑下降管中心发生偏离，高温合成气沿下降管进入激冷室水浴时截面的质点速度就有差异，结果导致气流不能沿下降管底部边缘均匀分布鼓泡上升，而产生局部气流过大或喘息现象。

2.4 下降管和上升管之间的环隙出现局部灰渣结块或垢堵

如果下降管的外壁和上升管的内壁在某处灰渣结块或垢堵，上升气流在此处所遇到的阻力就大，其结果将导致气流向阻力小的地方偏流，势必造成环隙其它部分气速过快。更为严重的是一部分合成气甚至不经环隙上升，而沿某一个方向逸出上升管底部的钟罩，进入上升管外部的水中和空间，如图1所示。

图1 德士古气化炉示意图

3 合成气偏流的危害

某化肥厂在2005年的一天，气化炉反应室与激冷室合成气出口压差增大，合成气中有效气体成分含量增高，气化炉合成气出口气体温度升高，气化炉激冷室液位剧烈波动，甚至无法控制，现场操作工听到气化炉激冷室合成气出口管线有水击声并振动，车间不得不要求减负荷维持生产。数小时后，支撑板热电偶温度显示又出现异常，捞渣机出渣量减少，最后，无法维持生产运行，被迫停车。

停车后抽出工艺烧嘴，在气化炉顶部烧嘴法兰口处目视气化炉反应室底部渣口，发现已发生了偏堵。检修工打开激冷室人孔，灰渣已堆积到了人孔上部，而且上升管已经脱落。

真空注型机从以上生产实例看，合成气走偏流一般具有以下一些危害：

（1）合成气在气化炉激冷室水浴中偏流时，气液不能达到最大限度的直接接触，不能充分地传质传热，气体被冷却的效果差，导致气化炉合成气出口气体温度偏高，影响系统的热平衡。

（2）合成气带灰严重。由于合成气没有与水充分接触，气流中夹带的灰尘就随气流带出激冷室一同去后系统，给后系统的除尘洗涤带来难度。带灰非常严重时，灰尘很快就会在激冷室上部耐火砖支撑板热电偶测温处结成灰块，以致测温滞后或者假指示。

（核桃壳滤料3）气化炉激冷室液位波动大。合成气偏流时，气化炉激冷室的液位由于偏流气体的扰动而出现剧烈波动，甚至难以控制。

（4）合成气带水或者激冷室振动。合成气偏流严重时，气化炉激冷室液位稍高就会喘息带水至后系统，同时，气化炉激冷室会产生振动。这种振动容易使下降管和上升管的固定螺栓松脱或剪切断，造成上升管脱落或下降管变形，也容易损坏其它内部构件。脱落的上升管会封住破渣机入口，大量灰渣会沿脱落上升管底部边缘的缝隙被气流吹到脱落的上升管外部堆积，导致灰渣难以从激冷室排入锁斗，并可能大量进入气化炉黑水管线，造成黑水管线和闪蒸系统堵塞，使系统难以维持运行。

4 生产操作过程中的事故判断及处理

4.1 事故判断

如果气化炉合成气出口气体温度过高、气化炉耐火砖支撑板温度指示偏高、气化炉激冷室液位波动剧烈、气化炉激冷室合成气出口管线有水击声和振动现象，这时就可以断定合成气发生了严重的偏流。

4.2 处理措施

通过上述现象确定发生事故后，如有水击现象时，则可将气化炉激冷室的液位降到最低点，如果反应室与激冷室合成气出口压差变大，则可减负荷，并适当增大氧煤比来提高炉温（高于正常值50℃为宜），调节中心氧拉长火焰并降低后系统压力，其目的是熔化渣口偏堵的渣块，使渣口恢复正常。根据具体情况，维持一段时间的减负荷操作，待系统稳定后再提高负荷。这时，如果系统还不稳定，并且情况渐趋严重而无法控制，操作工应注意观察各相关安全连锁值，如果连锁失灵，则应果断停车。待系统处理完毕后，抽出工艺烧嘴，打开气化炉激冷室人孔，检查渣口的偏堵情况和下降管，上升管及其它内部构件的损坏情况。对于渣口偏堵，要组织人员进行人工疏通；对于上升管、下降管及其它内部构件的损坏，要联系相关部门及人员进行处理。

5 结束语

德士古水煤浆加压气化是一个复杂的系统工程，以上只是在生产实际中所遇到的问题之一，希望能通过本文的介绍，对生产操作有一些借鉴。

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