摘要：干煤粉高压、下行激冷降温、膜式水冷壁气化工艺技术因其适用煤种范围广、对煤的灰分波动要求低等优点成为当代煤气化技术的主要发展趋势，但是装置运行过程中由于激冷效果差，激冷组件装配不合理等因素，导致激冷筒高温变形，烧损窜气，甚至出现激冷室外壁超温破裂的情况，从而引发合成气泄漏、爆炸等安全隐患；此外，高温反应生成的合成气、煤渣及激冷水三相介质混合在激冷筒内下行至激冷室水浴内未能充分分离，导致鼓泡溢出激冷室液面的合成气的含固量相对较高，致使合成气在后系统洗涤处理难度增大，严重时堵塞气相管线，造成装置内系统压差高。通过对相关组件进行技术改造，成功解决了气化炉下降管烧损和堵渣等问题。

       关键词：激冷室；激冷筒；堵渣；激冷水；粗煤气；文丘里

　　1背景简介

　　干煤粉高压、下行激冷降温、液膜式水冷壁气化工艺技术在当代煤气化领域备受关注，主要因为它具有适用煤种范围广、对煤的灰分波动要求低等优点，成为了主要的发展趋势。煤粉经煤粉输送系统通过主烧嘴进入气化炉燃烧室，在燃烧室高温高压条件下进行复杂的反应，生成主要成分为一氧化碳、甲烷、氢气、二氧化碳等高温合成气[1]。为了给反应生成的高温合成气降温，同时为了给后续工艺处置创造条件，气化炉燃烧室下部设置了激冷室。激冷室内部的激冷组件是合成气进行降温、除尘的重要部件，主要由激冷环、激冷筒、除泡器等组成。在激冷室的上部由高压激冷水泵送来的激冷水，通过激冷环喷至激冷筒内壁，形成液膜式水幕，在燃烧室内发生多项反应后生成的高温合成气、熔融状的煤渣一并下行至激冷筒，在激冷筒内部，经过激冷降温后，合成气、煤渣、激冷水三相介质混合下行至激冷室水浴内，经过气、液、固三相分离后，合成气在激冷室水浴中经过进一步降温、除尘后鼓泡溢出水面，通过激冷筒外侧上升至合成气出口管线，进入合成气洗涤系统[2]，干煤粉加压、激冷气化装置流程，如图1所示。

　　文丘里洗涤器是合成气洗涤装置最常用的洗涤设备之一。文丘里洗涤器包括收缩段、喉管和扩散段，在收缩段中心位置设有加入洗涤水的冲洗喷头，该喷头有端面单孔射流形式、端面多孔射流形式、螺旋喷头形式等。携带灰渣的粗煤气进入收缩段后，流速增大，进入喉管时流速达到最大值。

　　文丘里洗涤液通过冲洗喷头从收缩段或喉管加入，气液两相间相对流速很大，水滴在高速气流下雾化、灰渣被水湿润，灰渣与水滴或尘粒之间发生激烈碰撞和凝聚[3]。在扩散段，气液流速降低，压力回升，以尘粒为凝结核的凝聚作用加快，凝聚成直径较大的含尘液滴，从而起到润湿降尘的作用[4]。文丘里洗涤器意图，如图2所示。

　　2存在的问题

　　2.1激冷筒高温变形和烧损窜气

　　激冷系统在高温环境下运行时，材料会因热膨胀而发生尺寸变化。如果设计时没有预留足够的热膨胀余量，有可能会导致设备发生过度变形或受力不均。这种变形可能引起激冷筒外壁出现裂纹和变形，甚至导致结构破坏。

　　激冷筒通常通过喷淋水幕降温以防止温度过高，但如果水幕的分布设计不合理（例如水流不均或喷淋不均），冷却效果会大打折扣。长期局部过热会导致材料烧穿，甚至导致冷却液与高温部分接触不足，从而加剧设备损坏。

　　长时间处于高温环境下，激冷筒的外壁会受到不断变化的热应力。材料会发生膨胀，若设计时没有考虑不充分，随着热应力逐步积累，最终导致结构变形或裂缝、烧损窜气，严重时引起激冷室外壁超温发生破裂，造成合成气泄漏、爆炸等问题，给安全生产带来巨大安全隐患。

　　2.2合成气含固量过高、系统堵塞

　　激冷室内高温反应生成的合成气、反应产生的煤渣、激冷水三相混合介质在激冷筒内下行至激冷室水浴内未能充分分离，导致鼓泡溢出激冷室液面的合成气含固量相对较高，致使合成气在后系统洗涤处理难度增大，严重时堵塞气相管线，造成装置内系统压差高；并且现有的固定式除泡器与合成气接触面积大，容易导致除泡器架渣；而且激冷筒损坏后检修强度大、费用高等问题一直困扰着激冷煤气化生产，激冷筒变形情况，如图3所示。

　　2.3文丘里洗涤器堵塞

　　现有的文丘里洗涤器冲洗水喷头大多是端面单孔或者多孔射流等形式。而单孔或者多孔射流形式的文丘里洗涤器在运行过程中由于水质问题容易导致水孔堵塞，冲洗水量不足等问题难以解决；此类文丘里洗涤器，用于煤气化合成气这种灰尘含量较高的工艺介质时，不仅雾化润湿、洗涤效果差，且容易在文丘里洗涤器冲洗水管道支撑处由于气流受阻形成堵塞垢片，导致文丘里洗涤器前后压差高，改造前后运行参数如表1所示。

　　3技术改造

　　3.1激冷筒增加翅片改造

　　将激冷组件中的激冷筒分为高温段和水浴段，根据数据模拟实验检测高温段长度，在该段激冷筒的外侧圆周方向设计一定长度C、宽度D、厚度H的翅片，翅片在激冷筒垂直方向的层数和圆周方向分布数量可以根据气化装置所适应的温度来设定，可以设定为多层或者单层，激冷筒圆周方向每米不能多于5片翅片，翅片分布过密会导致翅片之间夹渣，影响散热效果。该翅片在接触到水浴降温后的合成气时，对激冷筒高温段起到增强散热降温作用，且该翅片对激冷筒可以起到补强作用，避免高温段激冷筒高温变形，烧损，甚至激冷室外壁超温发生破裂，最终造成合成气泄漏、爆炸等事故发生。

　　3.2激冷筒增加导流筒改造

　　将激冷筒水浴段设计为螺旋导流筒，能够使从激冷筒下行至激冷室水浴的合成气、煤渣、激冷水三相混合物旋转下降，混合物在旋转流动过程中由于离心力的作用会使煤渣和和合成气快速分离，从而降低合成气的含固量，最终改善了合成气的洗涤效果。

　　3.3激冷室除泡器改造

　　在激冷室的水浴段设计多层链齿式浮动除泡器，该除泡器使用一定直径的钢丝绳作为载体，在钢丝绳上每间隔一定距离固定一片锯齿状齿片，并且每间隔一定距离在钢丝绳上面设定一个浮球，在液位波动时可以带动除泡器不断晃动。直径适宜的钢丝绳本身具有破泡作用，搭载齿片后可以进一步提高破除气泡的效率，浮球带动的除泡器会更有效的破除合成气雾沫夹带的气泡，进一步降低合成气含固量。并且该除泡器与合成气接触面积小，且非固定式，从而能够有效避免由于除泡器与合成气接触面大、固定不动导致的除泡器上夹渣问题。

　　3.4激冷筒下沿改造

　　将激冷筒的下沿也设计成锯齿状结构，同样有破泡作用，可以在合成气从激冷筒内溢出水浴过程中破除气泡，避免雾沫夹带。激冷系统优化改造示意图，如图4所示。

　　3.5文丘里洗涤塔改造

　　为了解决由于水质问题，导致运行一定周期后文丘里洗涤器冲洗水水量不足问题、文丘里洗涤器冲洗水雾化效果差导致洗涤效果差、文丘里洗涤器支撑容易架渣等诸多问题，通过技术模拟模型，对文丘里洗涤器冲洗喷头进行改造，将固有的单面式多孔喷头改为宝塔式螺旋喷头，并在文丘里冲洗水管段增加支撑板冲洗喷头，如图5所示。

　　4改造效果

　　经过对激冷筒和激冷室的技术改造，取得了显著的运行改善和成本节约效果，这些改造包括增加激冷筒外壁翅片、设计螺旋导流筒的水浴段、采用锯齿状结构的激冷筒下沿，以及设计多层链齿式浮动除泡器等措施。

　　首先，激冷筒增加翅片可以有效增加散热面积，提升激冷筒的散热效率，从而防止高温导致的烧损现象，如图6-1所示。设计螺旋导流筒的水浴段能够更好地分离合成气、煤渣和激冷水，减少固体颗粒的含量，降低后续洗涤工序的负担。锯齿状结构的激冷筒下沿有助于防止煤渣堆积和热应力集中，进一步减少了烧损和破泡器架渣的问题。多层链齿式浮动除泡器解决了原有的固定式破泡器容易架渣问题，具体效果如图6-2所示。

　　通过文丘里洗涤器的改造，有效解决了文丘里洗涤装置冲洗水量在运行过程中水量不足、洗涤器前后压差高、洗涤效果差等问题，攻克了生产运行中由于压差高导致工艺介质偏流，引起管道磨损加剧，最终导致高温高压介质泄漏，给装置安全、稳定运行带来巨大隐患。

　　这些改造的综合效果显著，气化炉连续运行1 000 d未出现激冷筒烧损，相比之前每100 d就需要更换激冷筒，大大节省了维护成本和停机时间。此外，气化炉内破泡器架渣问题也得到了有效控制，进一步提高了系统的稳定性和可靠性。合成气洗涤效果的明显改善，直接降低了合成气管线的磨损和维护需求，延长了设备使用寿命。

　　5结语

　　通过技术改造后的组件在运行中具有更好的耐高温性能和更高的清洁效果，从而改善了整个气化工艺的稳定性和安全性。这种技术改造的成功经验为解决类似气化工艺中的问题提供了有益的参考，也为提升工艺效率、降低安全风险提供了有力支撑。

参考文献

　　[1]马风福.神宁炉气化装置激冷室的优化改造[J].煤化工，2023，12（6）：77-79.

　　[2]王国梁.神宁炉和GSP煤气化技术对比[J].现代化工，2017，4（23）：42-45.

　　[3]邵正军，陶新兆.关于水煤浆气化炉文丘里洗涤器结构及流程优化小结[J].氮肥与合成气，2021，3（3）：22-24.

　　[4]何晓祥.某文丘里洗涤器弯头开孔接管的强度计算[J].石油和化工设备，2015，5（5）：14-16.