姚宇鹏

（内蒙古东华能源有限责任公司，内蒙古准格尔 010300）

我国是煤炭资源消耗大国，在多种生产中需要使用煤炭为原料。当前的煤气化工艺有着广泛的应用，许多企业具备成熟的气流床气化技术。煤气化技术有着环境污染小、粗煤气质量好、原料选择范围广、碳转化率高、气化强度大的特点。这种技术有着较长的持续性，而且操作比较方便灵活。但是，在实际生产中，容易出现带水问题，难以维持德士古气化炉的液位，不利于保障设备的稳定性，会影响到工业生产。

1 德士古煤气炉的优点概述

德士古气化炉有多方面优势，在环保、节能和能源综合利用方面发挥了关键作用。在运行过程中，可能出现激冷室带水问题，但是通过引入科学的管理措施，能保障德士古气化炉长周期、安全、稳定运行。和普通的流化床、固定床相比较，德士古水煤浆加压气化工艺有着以下几方面优点。

1.1 有着较强煤炭种类适应性

德士古气化炉能使用石油焦、烟煤、次烟煤等，并不会受到灰熔点的影响，在灰熔点比较高的情况下，加入适量的助溶剂。在使用过程中，尽可能选择质量好、灰熔点低的煤。原料煤都需要进行磨制，所以选择粒径10mm 左右的即可。

1.2 有着连续生产性

氧气和煤浆的生产是连续的，这些原料能持续不断进入气化炉。可以设定固定程序排渣，有着较强的可操作性，不需要停车再排渣。

1.3 有着较高的气化压力

在高压情况下，可以显著降低比容积，实际的单炉产量比较大。所以在生产过程中，节约了煤气压缩需要花费的资金和能源。

1.4 合成气有着较高的质量

使用德士古气化炉能保障煤气的质量，有效成分的比例高于80%，可用于生产甲醇。

1.5 有着较高的气化温度

气化温度介于1 200 ～1 350℃之间，煤的实际转化率比较高。德士古气化炉的运行温度在1 250℃左右，同时能根据渣样的状况调整实际操作温度，能保证96%的碳转化率。高温生产过程中，会产生一定的蒸汽，这些蒸汽能在其他生产中使用。

1.6 有着较强的安全性

德士古气化炉使用湿法磨煤，把添加剂、水和煤加入磨煤机，这种湿磨的方式能避免爆炸危险，没有传统干磨法中可能出现的巨大安全隐患。

1.7 德士古气化炉生产有着一定的环保型

在生产中，气化炉的温度比较高，不会产生酚或者焦油等污染环境的副产物。生产过程中排出的废水包含氨氮合物，这种产物相比废水更容易处理，处理成本比较低。同时，气化系统能重复使用水资源，排出的废水量比较小，处理难度显著降低。在配制水煤浆的过程中，可以使用工厂产生的难以生化处理、包含大量有机物的废水，使用这些废水配制水煤浆，实现了循环利用。

2 气化炉带水的现象

1）激冷水进入激冷室之后没有有效换热，这样会引发带水问题。

2）气化炉支撑板边缘温度降低，由于合成气中存在较多的水滴，可能会和支撑板发生热量交换，进而让支撑板热量流失。如果上升管和下降管存在环隙阻塞，可能导致两侧出现温度差别。

3）如果气化炉液位快速降低，同时洗涤塔液位比较高，可能导致水系统循环失衡。

4）气化炉底部打黑水出水量减少，气化炉激冷室液位和闪蒸系统的黑水流量是串级的，所以如果激冷室液位比较低，那么打黑水的出水量也会显著降低。

5）洗涤塔合成气温度比较高，可能会导致气化炉液位比较低，激冷水作用于合成气的时间比较短，所以换热量达不到要求。如果出现带水问题，那么合成器中的水蒸气也会有较多热量，提升了出口温度。

6）文丘里压差提升，频繁波动。合成气管道中加入激冷水后，也会把细灰带进管道中，从而影响到管道的通畅性，进而影响到设备的运行。

激冷室带水问题会引发严重后果，会影响到气化系统的稳定性，不利于工业生产的正常进行。激冷室带水会提升洗涤塔液位，所以不利于后工段的变换系统运作。带水会导致操作系统出现大幅度波动，所以难以稳定操作气化炉，影响到有效气的成分，所以只能减负荷运行设备，生产量降低。如果带水问题相对严重，气化炉液位下降程度大，就必须停车处理，会带来经济损失。如果洗涤塔水质固含量提升，那么会恶化激冷水水质，激冷环寿命显著降低。在系统水循环失衡之后，灰水系统的处理负荷提升，在没有有效处理的情况下，返回系统的灰水水质不符合要求，形成带水恶性循环。这种问题还会加快设备及管道堵塞、磨损和结垢的速度。

3 气化炉带水的原因分析

3.1 气化炉负荷方面的原因

气化炉负荷会直接影响激冷室带水。如果提升气化炉负荷，那么通气量和实际压力变大，但是管道的直径不会变化，所以在压力增加的时候，气体流速显著提升。流速超过一定数值之后，就会把液体带出激冷室，就会产生带水问题。在激冷室中，高温合成气的激冷引发了沸腾传热。蒸汽温度和加热面问题的温度差决定了液体的过热程度，如果温差比较小，那么液体只会轻微沸腾，这种情况属于对流传热。

在温差较大的情况下，相应的热流密度和传热系数也会提升，这种情况属于泡核沸腾传热。如果温差继续提升，数值到了临界值之后，蒸汽泡的数量显著提升，进而构成传热系数较低的蒸汽膜，这种情况属于膜状沸腾传热，同时会出现激冷室带水问题。

由此可见，如果气化炉负荷比较大，那么会提升热负荷强度，激冷室中的泡核沸腾传热会转变为膜状沸腾传热模式，传热效率显著降低，同时会带走较多的水。

3.2 气化炉炉温方面的原因

在气化炉的运行中，必须加强对温度的控制。一般来说，提升炉温能保障气化反应的效率，保障碳转化率、产气量、反应速率。但是温度超过一定界限，气体流速会提升、总气量提升，激冷水中包含的饱和水蒸气量提升，激冷室热负荷变大。如果气化炉温度比较低，那么粗渣含碳量提升、产气量下降、碳转化率难以达到要求，可能导致堵塞问题。

3.3 原料煤的质量问题

原料煤的灰熔点、内水、反应活性、黏温特性也是影响带水问题的重要因素，属于解决带水问题的重要突破口。煤灰的黏温特性直接影响生产效果，煤灰的流动温度和软化温度都需要符合要求。如果煤灰中的Fe2O3、Al2O3、CaO 含量比较高，那么会形成较多的细灰，难以快速凝固，所以随着合成气进入上升管和下降管的空隙中，可能引发阻塞问题。

例如，在某装置中使用了黑山煤炭和红沙泉煤炭，黑山煤炭的灰熔点有着较大的波动，所以可能提升气化炉温度的波动范围。另一种煤炭的成浆性比较差，其中的内水含量高，所以形成的煤浆有着较大的黏度。这种煤炭反应活性大，但是可磨指数低，黑山煤炭则有着较低的反应活性和较高的可磨指数。为了让黑山煤炭的粒度符合要求，加入了较多的钢棒进行棒磨。

4 德士古气化炉带水问题解决措施

1）增加上升管的直径，增加下降管和上升管之间的环形通道空间。缓和合成气对液相的影响，降低气体流通速度，这样能限制夹带水的动能，属于从根源上消除合成气带水问题。气化炉激冷室的上升管都是采用螺栓紧固的，所以能快速更换，维护需要投入的资金不多，这种方式能用于改造设备方面。

2）扩大气化炉激冷室空间。利用这种方式，能增加激冷室液面上部的分离区域，许多夹带水会回流到气化炉激冷室空间中。如果气体流速相同，那么气体夹带水有着相同的动能，液滴带出速度远低于分离空间流速，因此会产生较多的合成气带水。如果设备满负荷运行，洗涤塔和气化炉能实现水平衡。这种情况下，夹带水能顺利回流。如果气化炉严重带水，那么采用控制气化炉液位的方式，能扩大气化炉激冷室液面上的空间，这样能缓解带水问题。为了保障气化炉的液位符合生产要求，可以提升激冷室的尺寸，这种方案适合在设计新装置的时候应用。

3）在气化炉合成气出口管线部位设置气水分离器，这样能把水分离出来，而后使其回到气化炉激冷室中。采用这种措施，不仅能解决带水问题，还能降低对激冷水的需求，改善激冷水水质、洗涤塔水质，降低动力消耗，有利于简化洗涤塔和气化炉的操作，这种改造方案比较理想。

例如，可以改造激冷室的直径，也可以提升上升管的直径，这样能促进合成气流的流动，提升了流动空间，避免对合成气中的水颗粒做功。在设计气化炉的过程中，可以提升下降管底部大锯齿的数量，利用不规则锯齿的作用，消除激冷室产生的气泡。针对激冷室，设置破泡条，可以消除气泡，避免出现膜状传热的问题。利用钟罩形状的上升管，能提升防堵的效果。如果系统中的水质比较差，可能在大黑水管线内部形成水垢，也会在气化炉激冷室中引发堵塞问题，所以采用一开一备用阀门的形式，避免出现被迫减负荷停车的问题。气化炉属于气化设备的核心装置，包括激冷室和燃烧室模块，激冷室主要部件则包括激冷环、下降管和上升管，针对这些构件都可以进行改造。

4）提升气化炉激冷水的排出量和供应量。减少水沫的产生、降低激冷水和合成气之间的热流强度、改善激冷室水质并且降低激冷水温度。想要达到这个目的，需要提升闪蒸系统的负荷并且提升洗涤塔循环泵的功率，改变整体系统水平衡。

5 结束语

为了保障气化系统的稳定性，必须解决气化炉合成气带水问题。引发带水问题的原因是多元化的，可能是系统水质、氧气流量、原料煤、操作温度、气化炉负荷方面的问题。在实际操作中需要引入有效预防措施，如果出现了带水问题，需要及时判断带水的具体原因，而后进行针对性调整，保障系统的稳定性。