多元料浆气化闪蒸系统存在的问题及解决

多元料浆气化闪蒸系统存在的问题及解决

薛雁来,，刘艳欣

内蒙古伊泰煤制油有限责任公司，内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗大路新区，010300

摘要：本文对闪蒸系统的设计进行了简要分析，并阐述了闪蒸技术的发展历史、主要技术参数及使用范围。然后对闪蒸系统中存在的问题进行了分析和讨论，并提出解决方案。最后给出了结论：合理的设备选型和合理的设计是保证工业生产安全有效的关键；正确应用工艺参数和合理选择生产操作是保证闪蒸系统运行平稳。本文研究结果表明：闪蒸工艺是一种成熟的工艺，有较好的工业应用前景。但目前在实际技术设计中，闪蒸罐存在的问题依然比较多，有待进一步解决。

关键词：料浆气化；闪蒸；工艺参数；生产操作

1. 引言

多元料浆气化系统中，通过将固体物料与空气或氧气混合，产生一系列气液反应，从而实现对原料的干燥和气化。由于煤的成分复杂，原料中含有较多的金属元素、碱金属元素和碱土金属元素，这给闪蒸系统的设计带来很大挑战，如在闪蒸系统中对碱渣的处理。由于碱金属和碱土金属在高温下易与水反应生成盐类，从而影响气化效果，所以应将碱和碱渣分开处理，避免影响闪蒸的效果和产量。

目前，大多数企业对多元料浆气化工艺进行了深入研究，对闪蒸罐的设计提出了一些建议性思路。但仍有很多企业在设备选型方面存在很大误区。对技术参数要求较高的企业，往往由于闪蒸设备的投入成本过高，从而限制了气化装置的发展。而对技术要求不高、设备投资小、操作简单、运行稳定且易于管理的气化工艺，如焦炉气或直接还原（DSR）、加压气化等，闪蒸系统仍有较大优势。近年来，随着国内外闪蒸工艺技术研究逐渐深入，许多企业已开展了相关工业应用试验。但在实际生产中闪蒸系统仍存在很多问题亟待解决。因此，如何有效解决多元料浆气化站闪蒸系统中存在的问题是研究的重点方向之一。

本文主要针对多元料浆气化过程中闪蒸系统存在的问题进行分析并提出解决方案。

2. 闪蒸技术的发展历史及特点

早期的闪蒸工艺以单用空气为传热介质，存在设备投资高、运行费用高的缺点。随着现代科学技术的发展，人们认识到单一的空气为传热介质的闪蒸工艺存在着许多缺点。因此人们提出了多种介质相结合并能同时提供较高温度和良好传热效果的新工艺，即多元料浆闪蒸工艺。国内主要是应用于煤浆净化、煤制天然气、煤制气以及各种固定床反应器等方面，其中在煤制天然气中以单用空气为传热介质，而在煤制氢、煤制气和固定床反应器中则以空气为传热介质的闪蒸工艺已相当成熟。

3. 闪蒸系统的主要设备

闪蒸罐：由闪蒸罐、加热器、冷却段和蒸汽分配管组成。闪蒸罐的结构及主要参数：闪蒸罐可分为上中下三部分，上体是主体的壳体，有加热和冷却作用；下体是由隔板、加热盘、加热板等组成的隔热层，通过隔板将加热片和隔热层隔开，通过对上体进行控制就可以达到降温的目的。上体：将闪蒸罐主体分成上下两部分。加热器：将闪蒸罐内物料中所含水分从进料口引入到加热器中进行蒸发；燃烧器：把热量从下向上传递到火焰；冷却段：将热量从下向上传递到冷却段。蒸汽分配管：将闪蒸罐内物料的热量和水分输送至闪蒸罐底部。

4. 闪蒸系统存在的问题

闪蒸系统的工艺过程是：原料→粉碎→预热反应区→气化→热回收→冷却（或降温）进入反应区（闪蒸罐）进行闪蒸。整个工艺过程为：原料→粉碎—预反应－预热－冷回收。由于各系统设备间相互关联，在生产运行中会产生各种连锁问题，需要通过科学合理的设计和有效的控制来解决，以确保工艺装置的正常运行和操作的安全可靠。

本文对闪蒸系统中存在的问题进行了分析研究：闪蒸系统运行稳定性差，可靠性低。原料中矿物成分复杂，存在部分低熔点矿物、部分高杂质矿物和不溶物，影响闪蒸系统运行的稳定性。原料粉碎粒度较大，原料中有少量杂质；同时物料中的不溶性成分及有害成分难以去除；物料浪费率高；热量损失大，闪蒸气利用不合理，管线、阀门等设备结垢严重。

5. 解决方案

针对以上问题，提出以下解决方案：

合理选择闪蒸罐的容积。根据目前的市场情况，闪蒸罐可以做到3000m3/h，但是如果原料中含有低熔点矿物含量过高（如萤石、氧化铝）、气化反应温度过高、灰渣中含碳量过高（如焦炭）的话就需要考虑降低闪蒸罐容积。如果是需要提高气化率，可以将闪蒸罐容积由3000m3/h提高到5000m3/h。

提高闪蒸系统运行稳定性和控制系统的可靠性。根据以往的经验，在保证闪蒸系统稳定运行的前提下，可以通过提高闪蒸罐压力、降低闪蒸罐进料温度，延长系统操作周期，来达到提高闪蒸系统运行稳定性和控制系统可靠性的目的。同时在工艺控制方面还需要进一步优化。

降低热量损失。为了保证闪蒸系统稳定运行能够降低热量损失，在以下几个方面进行优化：优化原料预处理工艺，提高灰渣中碳含量。控制原料中低熔矿物的含量，同时提高原料的预处理效果，保证预处理系统正常运行。调整闪蒸罐进料量，降低反应温度。选择新型的、高效的换热设备，副产饱和蒸汽发电利用或并入蒸汽系统使用等。

回收闪蒸气

。传统的工艺是把闪蒸气放入火炬燃烧，白白浪费掉。可以采取增加气柜回收闪蒸气，补入工艺系统或当燃料气进行使用。

设备结垢的处理。设备结垢后，会增加设备阻力，降低生产效率，降低气化炉热效率。针对结垢问题，对闪蒸罐、闪蒸系统进行清洗、除盐。根据结垢情况选择合适的除盐方式。如溶解、交换、吸附等方法。闪蒸罐排浆口采用排污管（由浮球控制）方式进行排污，防止设备堵塞。闪蒸系统加热蒸汽压力低是造成锅炉结垢的原因之一，针对这种情况通过增设外部加热蒸汽管道（由浮球控制）方式实现系统内高温高压介质向外输送降低热损失。利用现场仪表检测技术和仪表信号反馈技术对闪蒸系统进行实时监测，随时掌握系统运行状态并及时进行调整。

完善设备性能，保证系统正常运行。采用新的工艺和新的设备，保证气化炉运行，降低工艺能耗。根据生产需要增设自动控制装置，保证闪蒸系统正常运行。加强设备维护和管理，降低故障率。建议生产车间备件管理人员加强巡检频率，并定期进行维修和更换。在检修时做好设备的运行情况记录，及时发现问题并解决。

建立事故预案制度，提高突发事故时人员处理能力。根据装置实际情况制定相关的事故预案，在发生突发事故时能及时进行处理，减少损失。完善操作规程和操作记录。加强对员工技术培训，增强员工工作责任心和操作技能，提高操作水平和工艺控制水平；提高操作工人的安全意识及安全防护措施，避免因不合理工艺、安全设施、设备而造成伤害事故发生。

6. 结论与展望

随着工业技术的发展，现代大型气化炉结构日趋复杂，运行难度增大。同时由于原料浆的特殊性质，目前还没有一种固定床加热型的高效、稳定、经济可靠的气化工艺，闪蒸工艺是较理想的新型气化工艺；目前国内外各大企业在设计和生产过程中，仍然沿用原来固定床加热型的加热罐设计方案，闪蒸罐存在着结构复杂、制造难度大、安装调试周期长等缺点。闪蒸系统在工业上还没有成熟可靠的应用案例。因此需要进一步深入研究各种闪蒸工艺技术中存在的问题，并不断改进和完善这些问题；从而保证各环节工作正常稳定运行。

7. 结束语

本文通过对多元料浆气化过程中产生的两种主要产物：一是气态中间产物CO2，二是液相中间产物CH4，分析了多元料浆气化过程中生成气固两相物质分离、气化炉内温度、压力分布等，分析了两种主要气体成分含量的变化规律。从闪蒸工艺的原理来看，由于CO2的存在，使得气固分离效果更好；而当气固分离效果变差时，闪蒸设备不能满足要求。而采用气固分离后，气相产物中的CO2含量也较难控制。但随着科技的发展、对工艺机理及操作参数的深入研究及对物料物性和反应条件的了解，闪蒸技术仍有很大应用前景。

参考文献：

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