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煤气中水分含量升高带来的危害及改进措施

丹小忠 弓朝红
（中国铝业山西分公司煤气分厂，山西 河津 043304）

　　摘　要：作为氧化铝焙烧炉的燃料，煤气中水分含量升高不仅使煤气热值降低，焙烧炉热效率下降，而且增加了水、电等各项消耗，同时大量的冷凝水对环境造成污染；生产实际中通过对各项技术指标的控制和对冷却水、冷却设备的优化改进可以有效降低煤气中水分含量。
　　关键词：终冷温度；冷却水；比表面积；饱和状态

　 中国铝业山西分公司煤气分厂于1992年正式投产，现有TG-3MI型煤气发生炉22台，生产混合发生炉煤气，气化原料为阳泉和晋城无烟块煤，煤气热值为5.2~5.6MJ/Nm3，日供气量为120万m3，主要是为氧化铝2#、3#焙烧炉提供工业燃气。炉出煤气经双竖管、洗涤塔和电除尘后，由排送机加压送至4公里以外的氧化铝2#、3#焙烧炉。氧化铝焙烧炉是把AI(OH)3焙烧成产品氧化铝的热工设备，在焙烧过程中，影响氧化铝产量和质量的主要因素是焙烧温度，而煤气热值的稳定与否对焙烧温度影响很大。近几年来，随着我厂发生炉低负荷、满料层运行方式的实行，干煤气热值基本稳定在5.45MJ/Nm3左右，但受到设备、循环水、环境温度等多种因素的影响，煤气中水分含量一直偏高，而且冬夏两季波动很大，造成煤气热值波动，影响焙烧炉的正常生产，下面就煤气中水分含量升高带来的危害及相应的改进措施做具体的分析。
1、煤气中的水分过多带来的危害
煤气中水分过多带来的危害是多方面的，主要表现在：
1.1 随着煤气中水分含量增加，相应干煤气的体积就减小，造成排送机的输送能力降低，增加设备电耗。
1.2 由于煤气要经过3公里的长距离输送，加上沿途地势不平，如果管道中的冷凝水不能及时排放，会造成以下不利影响：①用户煤气压力波动；②在寒冷的冬季造成排水器冻裂，增加检修费用；③管道班经常抽水，浪费大量人力、物力。
1.3 煤气中的水分是多种成分的混合物，含有水、焦油、酚、氰化物等，大量的冷凝水通过沿途水封排出，造成环境污染。
1.4 由于大量水蒸汽被煤气带走，造成生产大量亏水双竖管、洗涤塔循环水系统经常补充新水，增加新水消耗。
1.5 造成焙烧炉的热效率降低。焙烧炉的热效率与炉子温度有关，因而亦与煤气的理论燃烧温度有关，由于水蒸汽是惰性气体，不能燃烧，所以随着煤气中水分含量增加，煤气热值降低，理论燃烧温度也就降低，从而造成焙烧炉炉温下降，为了保证正常的焙烧温度，就必须延长加热时间，最终导致煤气用量增加，焙烧炉的热效率降低。

２、原因分析
炉出煤气经双竖管、洗涤塔冷却降温后，煤气中的水蒸汽含量达到了此时温度、压力条件下的饱和状态，在压力一定的情况下，煤气中的水分含量随温度的升高而增加，由于我厂洗涤塔出口煤气压力基本稳定，所以洗涤塔出口煤气温度（即终冷温度升高是造成煤气中水分含量升高的主要原因。煤气中水分含量与温度的关系见表1。

表1
温度，℃
20
24
28
32
36
40
46
水分含量，g/Nm3
19.10
24.26
31.26
39.73
50.28
63.27
89.12

我厂洗涤塔出口煤气温度设计为20℃～30℃，目前冬季可以达到设计要求，春、秋两季都超过30℃，夏季高达45℃左右，远大于设计要求，要减少煤气中水分含量升高带来的各种危害，就必须尽可能的降低洗涤塔出口煤气温度。影响洗涤塔出口煤气温度的因素有以下几个方面：
2.1 发生炉炉出温度
发生炉炉出温度是煤气冷却前的初始温度，因此炉出温度与终冷温度有着最直接的关系。我厂自2006年实行发生炉满料层、低负荷运行方式以后，炉出温度的波动大大减少，波动幅度由以前的300~400℃降低到200℃以内，但炉出温度仍处于350℃~550℃之间。
2.2 冷却水温度
冷却水温度越低，所能带走的煤气热量就越多，对降低煤气温度就越有利。我厂双竖管、洗涤塔冷却水系统采用各自闭路循环供水。双竖管循环水回水经平流沉淀池逐级沉淀、冷却后，汇集到竖管泵房集水池，由于焦化系统占用了一部分平流沉淀池，散热面积减少，造成竖管上水温度偏高，夏季温度高达70~80℃；洗涤塔循环水回水经辐流沉淀池、初步冷却后，由热水泵打至10米高的冷却塔进行冷却，由于冷却塔布水器清理不及时，加之3台冷却塔风机经常检修，不能正常运行，造成洗涤塔上水温度偏高，夏季温度高达30~35℃。
2.3 冷却水水量
由于我厂投产以来连续生产，双竖管、洗涤塔循环水管路至今没有清理，管径变细，供水量减少，加之洗涤塔、双竖管喷咀经常堵塞，造成喷淋密度减小。
2.4 冷却水水质
由于煤质不稳定，有时气化用无烟煤热稳定性差，造成煤气带出物增加，加之竖管平流沉淀池抓煤泥时不加插板，使煤泥颗粒进入集水池，堵塞双竖管喷头，低竖管几乎堵死；洗涤塔在冷却煤气的同时，也将煤气中的悬浮物洗涤出来，造成循环水的比热减小
2.5 洗涤塔的换热性能
洗涤塔是煤气冷却降温的主要设备，其换热性能的好坏对煤气终冷温度起着决定性的作用。洗涤塔的工作原理是：冷却水从塔顶喷淋而下，在填料表面形成水膜，煤气自下而上，在填料层与水膜进行传热、传质交换，然后经过塔顶的干燥层脱除水粒，最终使煤气温度降低，达到露点温度。影响洗涤塔换热性能的因素除了冷却水温度、水量外，主要是填料的比表面积和煤气在塔内的流速，我厂7台洗涤塔有3台已经换成比表面积较大的瓷环，还有4台仍为竹板。在7台洗涤塔全部运行的情况下，煤气在塔内的流速为0.1m/s，符合技术要求。
除终冷温度过高外，工艺设置不合理也是造成煤气中水分含量过高的另外一原因，煤气从电除尘出来到进入排送机这段距离太短，煤气没有缓冲稳流过程，水蒸汽不易冷凝；另外，经排送机加压升温后煤气温度高达50~75℃，加之煤气流速太快，捕滴器几乎捕不到水。
3、改进措施
在现有的工艺基础上，应从以下几个方面加以改进：
3.1 加强进厂无烟块煤的管理，确保煤的热稳定性；延长上煤时间，尽最大可能减少入炉煤含粉率。
3.2 巩固发生炉满料层、低负荷运行方式，减少煤气带出物。
3.3 尽快恢复被焦化系统占用的部分平流沉淀池，在抓煤泥时要加插板，尽量不要让煤泥进入集水池；洗涤塔冷却风机在夏季要保证3台运行，辐流沉淀池刮泥机也应正常运行。
3.4 竖管、洗涤塔和电除尘三个循环水系统的絮凝剂必须正常投放。
3.5 竖管、洗涤塔供水管路有机会必须清理，竖管、洗涤塔喷咀应定期清理。
3.6 尽快将剩余4台洗涤塔填料更换为瓷环，洗涤塔尽可能7台全部投用。
3.7 建议恢复捕滴器填料，并在其外侧增加夹套，引入冷却水循环冷却，改善捕滴效果。
3.8 建议恢复生化水处理系统，改善循环水水质。

参考文献:
[1]《发生炉煤气的生产原理和使用》，科学普及出版社出版，1985，
[2]《化工原理》，王志魁主编，化学工业出版社出版，2005，

作者简介：弓朝红，男，1975年9月生，山西临猗人，1998年7月毕业于太原理工大学化工系煤化工专业，工程师，中国铝业山西分公司煤气分厂，山西省河津市，043304.

Endangerment Caused by Moisture-Rising
in Coal Gas and the Improved Measures

DAN Xiao-zhong GONG Chao-hong
（Coal Gas Sub-Plant of Shanxi Branch,Chalco，Hejin 043304，China）

Abstract: AS the combustion material of the refinery calciner, the moisture rising in the coal gas can not only reduce the gas caloric value & thermal efficiency , but also increase all consumptions such as water and electricity. Meanwhile, the environment is polluted by large amount of the condensate water. In the practical production, the moisture content in coal gas can be reduced effectively through controlling all technical indexes and improving the cooling water and cooling equipment.

Key words: the final cooling temperature；cooling water； specific surface area；the saturated state