德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)運(yùn)行中的問題和處理對(duì)策

汪洋

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

美國首次引入并廣泛應(yīng)用的德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)，是基于傳統(tǒng)重油氣化工藝發(fā)展而來的一種創(chuàng)新改良工藝，主要采用水煤漿和氧氣作為核心原料。自從這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)被引進(jìn)我國市場(chǎng)以來，它不僅表現(xiàn)出了卓越的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和顯著的工藝成效，同時(shí)也暴露出一些技術(shù)難題，例如在操作過程中容易產(chǎn)生灰渣等問題。因此，為了進(jìn)一步提升這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用效果，需要整合并利用現(xiàn)代科技手段進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。本文詳細(xì)綜述了德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)在我國的實(shí)際應(yīng)用情況，全面分析了其存在的具體問題，并根據(jù)這些問題提出了切實(shí)可行的改進(jìn)策略和措施。

1 德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)具備顯著優(yōu)勢(shì)

（1）廣泛的煤種適應(yīng)性。該技術(shù)適用于多種煤種，如煙煤和復(fù)合料漿，對(duì)煤的適應(yīng)性廣。

（2）卓越的碳轉(zhuǎn)化效率。此工藝能達(dá)到超過97%的碳轉(zhuǎn)化率，顯著提高能效，減少了資源浪費(fèi)。

（3）強(qiáng)大的操作壓力優(yōu)勢(shì)。在工業(yè)應(yīng)用中，設(shè)備可高效應(yīng)對(duì)壓力異常，保證氣體成分的穩(wěn)定性，避免對(duì)生產(chǎn)流程的負(fù)面影響。

（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔性。德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)的氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，維護(hù)簡(jiǎn)便且成本低廉。

（5）提高熱效率。該技術(shù)在熱制冷過程中實(shí)現(xiàn)了高效的熱回收，顯著提升了工業(yè)生產(chǎn)的能量利用效率。

（6）生產(chǎn)能力提升。德士古水煤漿加壓氣化裝置具備較大生產(chǎn)能力，國內(nèi)最大裝置的日產(chǎn)量可超過2500t，單位容積產(chǎn)量高，有效增強(qiáng)生產(chǎn)效率。

（7）低污染水平。該工藝的污染物含量低，主要反應(yīng)物為氣體，工藝簡(jiǎn)化且通過循環(huán)利用實(shí)現(xiàn)環(huán)保效果。

2 德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)運(yùn)行中的問題

國內(nèi)氣化設(shè)備面臨諸多挑戰(zhàn)，包括必要的備爐預(yù)熱、耐火材料與高溫?zé)崤嫉目焖贀p耗，以及氣化設(shè)備的高投資成本。特別是在水煤漿氣化設(shè)備中，由于水煤漿的高水含量和氣化過程的熱量消耗，大部分設(shè)備的比氧水平維持在400m/m/m。要實(shí)現(xiàn)高濃度水煤漿的生產(chǎn)，必須采用低含灰量的煤粉。由于氣化爐的運(yùn)行周期短，存在許多難以預(yù)測(cè)的影響因素，在操作過程中發(fā)生了異常停機(jī)現(xiàn)象，在6h之內(nèi)就可以投入生產(chǎn)。目前，我國大部分的煤氣化裝置都是通過強(qiáng)化操作爐管來縮短操作周期的。德士古煤氣化爐的操作溫度常超1400℃，使用特制的耐高溫耐火材料制成的向火面磚。在高溫條件下更換這些磚塊既費(fèi)時(shí)又需在有限的空間內(nèi)完成，通常需要兩個(gè)月。為避免溫度波動(dòng)導(dǎo)致頻繁的設(shè)備停機(jī)，應(yīng)嚴(yán)格控制加熱過程遵循特定的曲線，并在維修期間確保氣化器處于干燥狀態(tài)。德士古公司的專利水煤漿氣化技術(shù)涉及多項(xiàng)關(guān)鍵專利設(shè)備，包括必須從國外進(jìn)口的部分設(shè)備和閥門，這些設(shè)備對(duì)操作環(huán)境的要求非常嚴(yán)格。

3 水煤漿加壓氣化技術(shù)制備單元改造

以當(dāng)?shù)孛禾亢蛢?nèi)蒙煤炭為主要原料，利用三座氣化爐進(jìn)行氣化，利用棒磨機(jī)理漿制漿。在氣化過程中，加入助劑等因素引起的水煤漿顆粒級(jí)配不均勻，煤漿不穩(wěn)定，導(dǎo)致離合器-空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的起動(dòng)故障率高，維修費(fèi)用高。為了提高水、煤漿液的濃度，減少氣化爐的氧氣消耗，對(duì)制漿工序進(jìn)行了技術(shù)改造。在棒磨設(shè)備后的煤漿由配漿泵處理，混合必要比例的水后稀釋。經(jīng)過粗漿泵轉(zhuǎn)移到細(xì)磨過程，由此產(chǎn)生的細(xì)磨煤漿隨后通過細(xì)磨泵送至超細(xì)磨段。超細(xì)磨處理完畢的煤漿經(jīng)過溢流進(jìn)入相應(yīng)的槽中，與其他漿料充分融合，然后送入進(jìn)一步加工的磨棒。這一系列操作增強(qiáng)了煤漿的濃縮度和穩(wěn)定性，提高了反應(yīng)效率，并有效減輕了爐壁的局部過熱現(xiàn)象。煤漿濃縮技術(shù)是將細(xì)粒度的顆粒填充到大顆粒之間，縮小了顆粒之間的空隙，從而提高了煤漿的單位體積品質(zhì)。在對(duì)水煤漿進(jìn)行提濃化之前，對(duì)三種不同的提濃化工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究。在第一代的單棒磨礦法中，存在著粉體尺寸不合適、流動(dòng)性差、煤漿沉降過快等問題。采用第二代精煉工藝，可使原精煉液的質(zhì)量增加2.3%。在第三代精煉工藝中，精煉后的精煉程度較單棒精煉工藝提高了63%，較單棒精煉工藝的精煉程度提高了4.4%。以分級(jí)磨削技術(shù)為基礎(chǔ)的煤漿提濃改造，通過對(duì)水煤漿顆粒級(jí)配比例的優(yōu)化，使煤漿的濃度增加了3%，每年可為公司帶來3970萬元的經(jīng)濟(jì)效益，且投資回收期只有5個(gè)月。

4 氣化單元擴(kuò)能改造

在項(xiàng)目初期階段，該氣化爐的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是每小時(shí)消耗75000m3的氧氣。為了有效擴(kuò)大生產(chǎn)能力并最大化地利用現(xiàn)有設(shè)施的潛力，進(jìn)行了一系列必要的設(shè)施升級(jí)改造。這次擴(kuò)展工程對(duì)燃燒室的影響相對(duì)較小，主要改動(dòng)集中在激冷室，這里受到了較為顯著的影響，主要原因是合成氣的冷卻效率受到了氣流速度增加的顯著挑戰(zhàn)。此次改造與2016年在內(nèi)蒙古啟動(dòng)的類似甲醇?xì)饣O(shè)備相比較，展現(xiàn)出了明顯的技術(shù)和效能上的不同和優(yōu)勢(shì)。這些改動(dòng)不僅提高了氣化爐的整體工作效率，也為未來可能的進(jìn)一步擴(kuò)展提供了條件和基礎(chǔ)。

氣化效率的增強(qiáng)導(dǎo)致了煤氣產(chǎn)量的顯著上升，增大的生產(chǎn)負(fù)荷也導(dǎo)致激冷水流量增加，這對(duì)激冷環(huán)構(gòu)成了壓力。氣化爐的渣口改進(jìn)，原渣口直徑為838mm，改進(jìn)后更有利于排渣，防止了堵塞并減少了對(duì)耐火磚的腐蝕。此外，對(duì)激冷環(huán)和落料管的防護(hù)也得到了加強(qiáng)。項(xiàng)目應(yīng)用了德士古水煤漿氣化技術(shù)，并重新設(shè)計(jì)了工藝燒嘴以適應(yīng)增加的煤粉投料量，從而大幅提高了煤料處理量。不需要更換氣化爐的主體，改變燒嘴的大小，以達(dá)到擴(kuò)大的要求。燒嘴進(jìn)口煤漿接管不改變，煤漿流速控制在合理范圍，氧流量控制在合理范圍，通過對(duì)燒嘴外氧速比的計(jì)算，確定了頭部部件的大小。公司的大部分氣化設(shè)備和對(duì)照項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)基本一致，經(jīng)過計(jì)算，無需對(duì)容器進(jìn)行改造。原廠脫氧池除氧段容易結(jié)垢，導(dǎo)致低壓閃蒸容器長期超壓，脫氧池頂部的蒸汽排出大量蒸汽，黑水角閥的腐蝕很大。脫氧池中的高溫氣體經(jīng)過冷卻后，經(jīng)過冷凝后的液流送到灰水槽進(jìn)行再利用，灰水脫氧槽的工作壓力比較小，火炬系統(tǒng)的壓力波動(dòng)使不凝結(jié)氣不能通過火炬管道，保持原有的管道直送大氣。當(dāng)前高壓煤漿泵抽氣量為110m3/h，煤種單臺(tái)高壓煤漿泵設(shè)計(jì)所需煤漿量為100m3/h，高壓煤漿1310kg/m3，煤漿提濃1256kg/m3，不影響煤漿運(yùn)行。在原有3臺(tái)往復(fù)式水泵的基礎(chǔ)上，由于其輸水容量較小，需要增加1臺(tái)離心低壓水泵，在改擴(kuò)建后增加兩臺(tái)同型離心水泵。將原急冷水泵出水口分為兩段，通過改造使兩段分開，并對(duì)氣化爐出水口進(jìn)行凈化、除塵。

5 德士古水煤漿加壓氣化工藝實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

5.1 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

從詳細(xì)的分析中可以明顯看出，德士古水煤漿加壓氣化裝置以其操作的便捷性和高負(fù)載彈性而突出，完全滿足了現(xiàn)代工業(yè)的復(fù)雜需求。這種裝置能夠快速地適應(yīng)變化多端的程序負(fù)載，并通過持續(xù)的技術(shù)優(yōu)化方案顯著提升生產(chǎn)效率。此外，德士古的加壓氣化技術(shù)以其結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)潔性及其不產(chǎn)生焦油等有害物質(zhì)的特點(diǎn)，對(duì)環(huán)保做出了顯著貢獻(xiàn)。該技術(shù)的穩(wěn)定性非常強(qiáng)，有效克服了以往工業(yè)生產(chǎn)中的掌控難題和工藝分析不準(zhǔn)確的問題。通過合理配置和精細(xì)操作供水系統(tǒng)，不僅可以解決燃油泄露和管線損耗問題，還能促進(jìn)能源的再利用，完全符合可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)原則。這些特點(diǎn)使得德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)成為現(xiàn)代工業(yè)中的優(yōu)選技術(shù)之一。

5.2 部分需要不斷改進(jìn)的問題

在實(shí)施德士古煤漿加壓工藝時(shí)，由于其受各種因素的影響，需要在實(shí)踐中不斷改進(jìn)。首先，要合理利用單一氣化爐的運(yùn)行時(shí)間，因?yàn)樗倪\(yùn)行時(shí)間很大程度上依賴于它的使用壽命，所以在實(shí)際工作中，要經(jīng)常對(duì)其進(jìn)行檢修。其次，盡管這項(xiàng)技術(shù)使氣化爐的溫度測(cè)量系統(tǒng)得到了進(jìn)一步的完善，但是為了實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行條件，溫度測(cè)量系統(tǒng)仍需進(jìn)行長期改進(jìn)，以確保設(shè)備運(yùn)行的最佳狀態(tài)。在生產(chǎn)活動(dòng)中，過量的渣料常導(dǎo)致排渣系統(tǒng)故障。為此，技術(shù)團(tuán)隊(duì)需不斷優(yōu)化撈渣工具并根據(jù)場(chǎng)地具體狀況改善排渣系統(tǒng)。這一措施旨在確保排渣系統(tǒng)與氣化設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性和長期可靠性。

6 結(jié)語

針對(duì)某公司水煤漿氣化裝置氣化系統(tǒng)存在的問題，從技術(shù)上進(jìn)行了分析與改造，并針對(duì)公司的水煤漿氣化規(guī)模提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，對(duì)流程燒嘴及主要?jiǎng)恿υ催M(jìn)行了改造，保證了裝置的平穩(wěn)、節(jié)能。