刘晓兵

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100）

水煤浆和氧气在德士古工艺烧嘴中充分混合雾化后进入气化炉的燃烧室内，在大约6.5MPa（G）、1350℃条件下进行气化燃烧反应。生成粗合成气和熔渣进入激冷室进行传热传质，洗涤后粗合成气沿上升管、下降管环隙进入合成气管道，然后，经文丘里洗涤器、洗涤塔再次洗涤后送至变换系统，大部分的熔渣经激冷水冷却固化后经过破渣机破碎后进入锁斗，后经锁斗系统循环定期排至渣池。在这个操作过程中，很容易发生激冷室合成气带水问题，进而影响水煤气的质量。

气化炉带水现象主要有两种方式，一种是高温合成气在激冷室内进行传热传质形成饱和水汽进入洗涤塔，这种情况为正常带水；另一种则是气化炉合成气流夹带着大量水团进入洗涤塔，这种非正常带水会影响合成气质量，本文主要讨论非正常带水现象。

1 气化炉合成气带水现象

（1）气化炉液位大幅度下降，有时会瞬间降低20%左右；此时，降低气化炉排黑量气化炉液位反而会不增而降。

（2）文丘里洗涤器压差增大且大幅波动；由于合成气中大量带水，经过文丘里洗涤器时气流通道变小导致阻力变大，从而导致压差变大，同时，激冷水入文丘里洗涤器量减少，导致文丘里洗涤效果变差。

（3）洗涤塔液位升高，出洗涤塔合成气温度升高1 ～3℃，合成气流量大幅波动；由于合成气将气化炉内水液大量带入洗涤塔，洗涤塔液位逐步增高，洗涤塔补水量逐渐降低，水系统失调，洗涤效果变差，不能进行有效的传热传质。

2 气化炉带水现象原因分析及相对措施

合成气在激冷室内洗涤过程中水的形式主要有以下几种形式：在高速气流的作用下水液获得一定的动能，沿下降管和上升管环隙向上运动，但由于自身重力作用会发生沉降，一部分水液由于动能较低，上升一段距离后落下；一部分水经过上升管顶部折流挡板时被折挡落下；最后，一部分水则被带出气化炉进入合成气管道。下面从气化炉带水能力大小和传热、传质两方面进行分析。

（1）气化炉带水能力大小分析。借鉴气流输送理论，从带出速度的角度对气化炉带水能力的大小进行分析：假设气化炉带水为直径为d=3mm 的液滴，则：

式中，p 为气体密度；ps为液滴密度；g 为重力加速度；ξ 为阻力系数；u 为沉降速度。

本单位正常生产时，气化炉负荷38m3/h，合成气产气量约为130000Nm3/h，水汽比约为1.1，气体组分如表1。

表1

经 计 算：ρs ≈780×103kg/m3；ρ ≈29×103kg/m3；ξ ≈0.44；代入公式可得：u ≈1.53m/s。

A ≈0.315m2；u1≈3.15m/s；由此可以看出，u1远大于u，说明气化炉正常运行时带水能力较强。

u1-u 值的大小反应了气化炉带水能力的大小；通过分析可以看出，决定气化炉带水能力大小的主要影响因素为合成气量V 和上升管下降管环隙面积A。V 越大，A 越小，气化炉带水能力越强。GE 德士古水煤浆气化炉在生产时，由于生产需要，一般会使气化炉处于高负荷的状态，在这个过程中，操作温度和压力都比较高，气体流量也相对较大，但是，气体之间通过的空隙并没有发生改变，气体流速的增加会使气化炉带水；其次，对气化炉的负荷值增减过大也会引起操作过程带水现象。此时，可以通过以下方法进行改善：①增大上升管的直径；则上升管、下降管环隙面积A 增大，在气体流量V 不变的情况下，气体流速u1将会降低，气化炉带水能力减弱，这种方法能够有效地控制气化炉带水问题。②调整激冷室结构尺寸，增大激冷室液面至上升管顶部距离；这样一部分夹带的水由于重力的作用，动能较小的水滴能够再次落回到激冷室，减少了合成气带出激冷室的水量。同理，气化炉带水严重时，可以采取加大排黑量降低气化炉液位，此时，激冷室液面离上升管顶部距离同样变大，这样就可以缓解气化炉带水问题。

（2）传热、传质分析。合成气洗涤属于两相流沸腾传热。决定传热形式的主要因素为过热度△t 的大小，△t=t1-ts；即激冷水的主体温度与所处压力下对应的饱和温度的差值；过热度较小时，气液沸腾为核状沸腾，此阶段沸腾传热系数较大；随着传热度的增大，加热面上的汽化核心数大大增加，以致于气泡产生的速度大于其脱离壁面的速度，气泡在加热面附近形成气膜，由于气体的导热率小，传热系数急剧下降，此时，传热由高效的核状沸腾转为低效的膜状沸腾。同时，由于水沫的密度远远小于液滴的密度，根据气化炉带水能力公式可以看出，ps降低，u 降低，则u1-u 值将变大，即气化炉带水能力增加。所以，当气化炉出现带水情况时，可以通过加大气化炉排黑量，降低激冷水温度，从而降低过热度，使沸腾传热由低效的膜状沸腾再次转为高效的核状沸腾，同时，降低气化炉带水能力，从而使气化炉液位上升。

在气化炉操作的过程中，对炉内温度的控制显得尤为重要。控制较高的操作温度，能够加速气化反应速率，提高碳转换率和产气量。但应将炉温控制在一定范围不可过高，避免气化炉带水。在生产操作过程中，在满足水汽比的情况下，应适当加大系统水循环和加大气化炉排黑量，降低气化炉内热流强度，确保炉内进行高效的泡核沸腾，减少气化炉带水。

在实际的操作中，气化炉带水问题一直都很难避免，因此，可以在合成气出口处增设一水气分离器，让分离器将气体中的水分进行有效分离，并依靠位差再次回到气化炉的激冷室中。这样不仅能够有效解决气化炉带水问题，还能够减轻气化炉激冷室对水量的需求压力，能够减少激冷水泵输送过程的动能消耗。可见，增设气水分离装置，对改善设备内的水质、消除合成气带水以及稳定气化炉和洗涤塔的操作都具有十分重要的意义。

3 结语

GE 德士古水煤浆气化炉在实际的操作中很容易出现带水现象，因此，就需要相关的技术人员在实际的工作中对出现带水问题进行细致的分析，找出相关的原因，并结合实际的操作，采取积极的措施进行预防和改善，进而使气化炉能够生产出更加高效、高质量的水煤气，加快该行业的快速进步和实现可持续发展。