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摘要：针对德士古气化炉运行中影响气化炉长周期稳定运行的因素，结合长期运行实践，进行分析，并给出了提高气化炉运行周期和经济性的优化运行措施。采取优化措施后，有效提高了气化炉运行周期和产气率，同时降低了能耗，节约了生产成本。
关键词：德士古气化炉；运行周期；经济性
第一章 概述
德士古煤气化工艺于1948年由位于美国加利福尼亚州南部的德士古公司蒙特贝拉研究中心的实验厂首创，经过几十年的研究与开发，发展到如今气化领域不可或缺的一项技术。德士古气化工艺的商业化使用已有近50年的历史，这种工艺是将天然气、煤等含碳物质转化为一氧化碳和氢气的一种技术。该工艺生产的工艺气，有多种用途，包括：（1）用于生产合成氨、甲醇、羰基化学品、醋酸及其它石化产品；（2）用于铁矿石的还原；（3）用于城市煤气；（4）作为采用联合循环发电技术进行发电的清洁燃料。
第二章 德士古气化炉工艺流程简述
由磨煤系统制备出浓度约60%的水煤浆，经高压煤浆泵和空分输送来的纯氧经三通道式烧嘴喷射到气化炉内，在高温（约1300～1400℃）下，水煤浆与氧气反应，产生合成气（主要成分为CO、H2、CO2），同时生成少量熔渣。合成气与反应生成的少量熔渣沿着下降管进入激冷室，在此熔渣被冷却固化后沉降到气化炉激冷室锥底，经锁斗收集后排出。合成气被冷却并吸收饱和水蒸气后出下降管，沿下降管与上升管之间的环隙上升，离开上升管后被激冷室顶部的折流挡板折流，由激冷室合成气出口排出，經文丘里洗涤器去洗涤塔进一步洗涤、除尘后，送往变换工序。经气化工段产生的黑水送往闪蒸系统，经过高压闪蒸，低压闪蒸，真空闪蒸这三级闪蒸将黑水中的水和气体蒸发与杂质分离，回收热量和水分，水进一步循环使用。
2.1工艺方面
气化炉出现带水时，加大气化炉激冷水的供应量和排出量，应加大气化炉排水调节阀的开度，但不易排水过大，以防止气化炉液位过低而跳车。增加黑水排放量，在出现带水现象时适当增加黑水排放量，一是降低气化炉液位，破坏其带水临界点，同时改善水质，水质的改善有助于控制带水现象的发生。在每次停车检修时清理激冷环，防止因结垢太多影响激冷水量。经常清理过滤器，则可减少大颗粒的灰水进入激冷环，防止激冷环堵塞，保证有足够的激冷水进入激冷环。当气化炉液位下降无法得到有效控制时，最有效的处理方法是适当降低生产负荷，使产生气量下降，降低上升管之间的气体流速，当气化炉液位稳定不再下降或开始上升时，稳定生产负荷后缓慢提高生产负荷，但最好不要超过降低前的负荷。增加生产负荷时，要稳步提升，严禁负荷变化过快。气化炉在高负荷情况下，液位不易控制太高，若气化炉的液位控制较高，气流通过激冷水域的时间加大，气流对液体的分散作用就会加剧，环流现象加强，从而导致了气化炉的带水。在处理带水时，适当降低液位，破坏环流的生成，再逐步地提高液位。另外气化炉操作温度不可过高，尽量控制系统压力平稳。还可以通过降低激冷水温度，减少泡沫的产生，从而达到抵制带水的目的。发现气化炉带水后首先根据工况各个参数的变化判断带水的原因，然后做出相应的调整。
2.2设备方面
在安装上升管和下降管时，注意上升管和激冷环之间的距离，同时保证上升管和下降管的垂直度、同心度，严格控制安装质量及技术要求。在发生气化炉严重带水时，用降低气化炉液位的办法，相对地增加了气化炉激冷室液面上的分离空间，对于遏止气化炉带水效果非常明显。现在有些化工厂在气化炉合成气出口管线上加一气水分离器，让分离器分离出来的水依靠位差再流回到气化炉激冷室中。此方案不仅有利于消除气化炉带水的问题，而且还可以减轻气化炉激冷室对激冷水量的需求压力，让这部分水直接返回到气化炉，比被合成气带到洗涤塔，再用洗涤循环泵加压返送到气化炉减少动力消耗。对于改善洗涤塔水质、激冷水水质、消除或减少合成气带水、稳定气化炉和洗涤塔的操作都非常有利，是一种理想的改造方案。
2.3烧嘴改造
气化炉烧嘴是决定气化炉单次运行时间长短的关键设备。选用耐磨材质，降低烧嘴冲刷可以提高烧嘴喷头和盘管使用寿命。水煤浆雾化过程中煤浆颗粒直接冲刷喷口使喷嘴磨损是影响烧嘴使用寿命的主要原因，而降低水煤浆流速可以减少冲刷。2010年渭化集团对德士古烧嘴进行技术改造，通过对原有的德士古烧嘴中喷头的内径尺寸进行扩充，从而降低煤浆在烧嘴头部的流速，大大降低了煤浆对烧嘴中头内壁的冲刷磨损，从而达到延长烧嘴使用寿命的目的。通过改造前后运行参数的对比，改造后烧嘴单次运行时间周期可达60—70天，远远超过改造前的35天左右的运行周期，同时改造后气化炉气体成份更加稳定。
2.4优化操作，提高产气率
气化炉炉温的控制原则是保证液态排渣的情况下维持较低的氧煤比。氧煤比高低可以参考现场渣的形态和颜色。当出现块渣时，说明氧煤比低了，炉温偏低，要适当提高氧煤比。当现场渣过细，颜色发绿时，说明氧煤比高了，炉温偏高，要适当降低氧煤比。氧煤比高时，气化炉炉温高，有效气体成分减少，使气化效率降低，不利于经济运行。气化炉温度高，炉壁挂渣被清除，炉渣直接冲刷炉砖表面，对筒体下部及锥体砖损害大。温度高，炉内回流中的渣温度高且动能大，因回流区域接近于拱顶部位，所以对拱顶部分冲刷严重，制约了炉砖的使用寿命。气化炉温度高，氧耗增大，系统热负荷增大，出工序合成气中水气比增大，易带水，带灰，给后工序操作带来不便。氧煤比低时，气化炉温度低，有效气体成分增加，但是渣的流动性变差，造成渣口变小，操作难度增大，且易造成炉壁超温，有大块渣，严重时造成排不下渣。我厂多次因炉温低排不下渣，造成气化炉停车，严重制约了气化炉的安全、经济运行。
2.5选用合适煤种，提高运行经济性
渭化集团早期使用的是华亭煤，2011年正式试用红柳林煤，经过一段时间红柳林煤与华亭煤运行数据对比，发现使用红柳林煤后，气化炉停车检查，气化炉燃烧室挂渣较少，激冷室积灰少，系统黑水管道积渣少，易清理。使用华亭煤期间，气化炉燃烧室挂渣较多，升温时易发生渣口堵影响升温，激冷室内积灰量较大，较难清理，系统黑水管道极易结垢，清洗工作量大。经过两种煤的数据比较，发现红柳林煤优点更多，可以逐渐加大用量。红柳林煤成浆性好，运行中红柳林煤氧煤比操作弹性大，产气量和有效气产率高，装置运行安全稳定性好，而且红柳林煤的成本还比华亭煤低，运行经济性好。
结束语
渭化集团自引进美国德士古公司的水煤浆加压气化专利技术以来，根据多年来的实际运行经验，大胆创新、不断改进，有效提高了气化炉运行周期，节约了生产成本。影响气化炉长周期稳定运行的主要因素有：气化炉带水、烧嘴使用寿命、氧煤比的控制和煤种的选择。但是实际运行中影响气化炉长周期稳定运行的因素较多，有些问题需要打破常规，通过理论与实际经验相结合，采取有效的应对措施，提高气化炉的运行周期和经济性。
参考文献
[1]陈敏恒，丛德滋.化工原理.第三版[M].北京：化学工业出版社，2006.
[2]于遵宏，煤炭气化技术[M].北京：化学工业出版社，2010.
[3]鄂永胜，刘通.煤化工工艺学[M].北京：化学工业出版社，2015.
[4]侯凌云，侯晓春.喷嘴技术手册[M].北京：中国石化出版社，2007.
[5]许祥静.煤气化生产技术.第三版[M].北京：化学工业出版社，2015.
[6]聂成元，德士古气化炉带水原因及措施[J].中氮肥，2001.1004-9932
关键词：德士古气化炉；运行周期；经济性
第一章 概述
德士古煤气化工艺于1948年由位于美国加利福尼亚州南部的德士古公司蒙特贝拉研究中心的实验厂首创，经过几十年的研究与开发，发展到如今气化领域不可或缺的一项技术。德士古气化工艺的商业化使用已有近50年的历史，这种工艺是将天然气、煤等含碳物质转化为一氧化碳和氢气的一种技术。该工艺生产的工艺气，有多种用途，包括：（1）用于生产合成氨、甲醇、羰基化学品、醋酸及其它石化产品；（2）用于铁矿石的还原；（3）用于城市煤气；（4）作为采用联合循环发电技术进行发电的清洁燃料。
第二章 德士古气化炉工艺流程简述
由磨煤系统制备出浓度约60%的水煤浆，经高压煤浆泵和空分输送来的纯氧经三通道式烧嘴喷射到气化炉内，在高温（约1300～1400℃）下，水煤浆与氧气反应，产生合成气（主要成分为CO、H2、CO2），同时生成少量熔渣。合成气与反应生成的少量熔渣沿着下降管进入激冷室，在此熔渣被冷却固化后沉降到气化炉激冷室锥底，经锁斗收集后排出。合成气被冷却并吸收饱和水蒸气后出下降管，沿下降管与上升管之间的环隙上升，离开上升管后被激冷室顶部的折流挡板折流，由激冷室合成气出口排出，經文丘里洗涤器去洗涤塔进一步洗涤、除尘后，送往变换工序。经气化工段产生的黑水送往闪蒸系统，经过高压闪蒸，低压闪蒸，真空闪蒸这三级闪蒸将黑水中的水和气体蒸发与杂质分离，回收热量和水分，水进一步循环使用。
2.1工艺方面
气化炉出现带水时，加大气化炉激冷水的供应量和排出量，应加大气化炉排水调节阀的开度，但不易排水过大，以防止气化炉液位过低而跳车。增加黑水排放量，在出现带水现象时适当增加黑水排放量，一是降低气化炉液位，破坏其带水临界点，同时改善水质，水质的改善有助于控制带水现象的发生。在每次停车检修时清理激冷环，防止因结垢太多影响激冷水量。经常清理过滤器，则可减少大颗粒的灰水进入激冷环，防止激冷环堵塞，保证有足够的激冷水进入激冷环。当气化炉液位下降无法得到有效控制时，最有效的处理方法是适当降低生产负荷，使产生气量下降，降低上升管之间的气体流速，当气化炉液位稳定不再下降或开始上升时，稳定生产负荷后缓慢提高生产负荷，但最好不要超过降低前的负荷。增加生产负荷时，要稳步提升，严禁负荷变化过快。气化炉在高负荷情况下，液位不易控制太高，若气化炉的液位控制较高，气流通过激冷水域的时间加大，气流对液体的分散作用就会加剧，环流现象加强，从而导致了气化炉的带水。在处理带水时，适当降低液位，破坏环流的生成，再逐步地提高液位。另外气化炉操作温度不可过高，尽量控制系统压力平稳。还可以通过降低激冷水温度，减少泡沫的产生，从而达到抵制带水的目的。发现气化炉带水后首先根据工况各个参数的变化判断带水的原因，然后做出相应的调整。
2.2设备方面
在安装上升管和下降管时，注意上升管和激冷环之间的距离，同时保证上升管和下降管的垂直度、同心度，严格控制安装质量及技术要求。在发生气化炉严重带水时，用降低气化炉液位的办法，相对地增加了气化炉激冷室液面上的分离空间，对于遏止气化炉带水效果非常明显。现在有些化工厂在气化炉合成气出口管线上加一气水分离器，让分离器分离出来的水依靠位差再流回到气化炉激冷室中。此方案不仅有利于消除气化炉带水的问题，而且还可以减轻气化炉激冷室对激冷水量的需求压力，让这部分水直接返回到气化炉，比被合成气带到洗涤塔，再用洗涤循环泵加压返送到气化炉减少动力消耗。对于改善洗涤塔水质、激冷水水质、消除或减少合成气带水、稳定气化炉和洗涤塔的操作都非常有利，是一种理想的改造方案。
2.3烧嘴改造
气化炉烧嘴是决定气化炉单次运行时间长短的关键设备。选用耐磨材质，降低烧嘴冲刷可以提高烧嘴喷头和盘管使用寿命。水煤浆雾化过程中煤浆颗粒直接冲刷喷口使喷嘴磨损是影响烧嘴使用寿命的主要原因，而降低水煤浆流速可以减少冲刷。2010年渭化集团对德士古烧嘴进行技术改造，通过对原有的德士古烧嘴中喷头的内径尺寸进行扩充，从而降低煤浆在烧嘴头部的流速，大大降低了煤浆对烧嘴中头内壁的冲刷磨损，从而达到延长烧嘴使用寿命的目的。通过改造前后运行参数的对比，改造后烧嘴单次运行时间周期可达60—70天，远远超过改造前的35天左右的运行周期，同时改造后气化炉气体成份更加稳定。
2.4优化操作，提高产气率
气化炉炉温的控制原则是保证液态排渣的情况下维持较低的氧煤比。氧煤比高低可以参考现场渣的形态和颜色。当出现块渣时，说明氧煤比低了，炉温偏低，要适当提高氧煤比。当现场渣过细，颜色发绿时，说明氧煤比高了，炉温偏高，要适当降低氧煤比。氧煤比高时，气化炉炉温高，有效气体成分减少，使气化效率降低，不利于经济运行。气化炉温度高，炉壁挂渣被清除，炉渣直接冲刷炉砖表面，对筒体下部及锥体砖损害大。温度高，炉内回流中的渣温度高且动能大，因回流区域接近于拱顶部位，所以对拱顶部分冲刷严重，制约了炉砖的使用寿命。气化炉温度高，氧耗增大，系统热负荷增大，出工序合成气中水气比增大，易带水，带灰，给后工序操作带来不便。氧煤比低时，气化炉温度低，有效气体成分增加，但是渣的流动性变差，造成渣口变小，操作难度增大，且易造成炉壁超温，有大块渣，严重时造成排不下渣。我厂多次因炉温低排不下渣，造成气化炉停车，严重制约了气化炉的安全、经济运行。
2.5选用合适煤种，提高运行经济性
渭化集团早期使用的是华亭煤，2011年正式试用红柳林煤，经过一段时间红柳林煤与华亭煤运行数据对比，发现使用红柳林煤后，气化炉停车检查，气化炉燃烧室挂渣较少，激冷室积灰少，系统黑水管道积渣少，易清理。使用华亭煤期间，气化炉燃烧室挂渣较多，升温时易发生渣口堵影响升温，激冷室内积灰量较大，较难清理，系统黑水管道极易结垢，清洗工作量大。经过两种煤的数据比较，发现红柳林煤优点更多，可以逐渐加大用量。红柳林煤成浆性好，运行中红柳林煤氧煤比操作弹性大，产气量和有效气产率高，装置运行安全稳定性好，而且红柳林煤的成本还比华亭煤低，运行经济性好。
结束语
渭化集团自引进美国德士古公司的水煤浆加压气化专利技术以来，根据多年来的实际运行经验，大胆创新、不断改进，有效提高了气化炉运行周期，节约了生产成本。影响气化炉长周期稳定运行的主要因素有：气化炉带水、烧嘴使用寿命、氧煤比的控制和煤种的选择。但是实际运行中影响气化炉长周期稳定运行的因素较多，有些问题需要打破常规，通过理论与实际经验相结合，采取有效的应对措施，提高气化炉的运行周期和经济性。
参考文献
[1]陈敏恒，丛德滋.化工原理.第三版[M].北京：化学工业出版社，2006.
[2]于遵宏，煤炭气化技术[M].北京：化学工业出版社，2010.
[3]鄂永胜，刘通.煤化工工艺学[M].北京：化学工业出版社，2015.
[4]侯凌云，侯晓春.喷嘴技术手册[M].北京：中国石化出版社，2007.
[5]许祥静.煤气化生产技术.第三版[M].北京：化学工业出版社，2015.
[6]聂成元，德士古气化炉带水原因及措施[J].中氮肥，2001.1004-9932