Texaco煤气化工艺技术指标与经济效益评价系统的设计

Texaco煤气化工艺技术指标与经济效益评价系统的设计

国蓉1 程光旭1 郑宝祥2 王毅1 赵勇平2(1.西安交通大学环境与化工学院 710049) (2.陕西渭河化肥厂渭南 714000) 2003-08-16

Texaco煤气化技术是由美国Texaco公司在重油气化的基础上开发成功的第二代煤气化技术，属于加压气流床气化工艺。与其它气化工艺相比，Texaco水煤浆气化工艺以水煤浆形式加料，简化了干粉煤给料及加压煤仓加料的问题，取消了气化前的干燥，节约能量。同时，气化采用1 300～1 500℃的高温，气化压力达6.5MPa，气化效率高，煤转化效率高(达98％以上)，无焦油等污染物，是一种工艺先进、可靠的气化工艺。国内目前运行中的Texaco气化装置有山东鲁南化肥厂、上海焦化厂、淮南化工集团以及陕西渭河化肥厂4套装置，这项新技术的应用与投产运行，使我国煤气化技术的应用又获得了进一步的发展。

目前各厂对这一新技术的技术指标、经济效益评价基本上都采用手工作业的方式，手工输入数据，用Excel等应用软件处理数据、输出报表，缓慢而且繁琐，工作量大，周期也比较长，无法及时、准确地评价工艺流程的运行状况。

国外一些公司虽然推出了计算、统计软件，但由于在设计时更多考虑广泛适用性，因此对于个别厂家来说，并不是很适合。笔者针对陕西渭河化肥厂的具体生产情况，开发了基于VB 6.0环境的Texaco煤气化工艺技术经济指标评价系统，并成功地应用于工厂的技术经济分析中。

1 Texaco煤气化工艺流程分析

1.1 Texaco煤气化工艺流程

Texaco煤气化技术属于加压气流床并流气化工艺，气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理和CO变换等工序。

煤、石灰石(助熔剂)、添加剂和NaOH经称量后加入磨煤机中，与一定量的水相混合，磨成一定粒度分布、浓度为65％～70％的水煤浆，通过滚筒筛滤去较大颗粒后进入磨机出口槽，最后经磨机出口槽泵和振动筛送至煤浆槽中。煤浆槽中煤浆由高压煤浆给料泵送气化炉工艺喷嘴，与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在l 300～1 400℃温度下进行部分氧化生成粗煤气，经气化炉底部的激冷室激冷后，气体和固渣分离。粗煤气经喷嘴洗涤器进入碳洗塔，冷却除尘后进入CO变换工序。气化炉出口灰水经灰水处理工段4级闪蒸处理后，部分灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，其余送废水处理。熔渣被激冷固化后进入破渣机，特大块渣经破碎进入锁斗，定期排入渣池，由捞渣机捞出定期外运。

1.2 Texaco煤气化工艺中的关键设备

1.2.1 气化炉

气化炉是圆柱形加压容器，内衬耐火材料，由上部燃烧室和下部激冷室组成，中间有激冷环，着下降管，具体结构见图1。

上部的燃烧室内衬4层耐火材料：第一层为高温层(向火面)，主要成份为Cr2O3，主要是抗煤融渣的侵蚀，其次是抗高温、高压气流和气流夹带的未氧化的煤粒及煤融渣的冲刷；第二层为保护层，主要材料是Al2O3，有部分Cr2O3，主要作用是为绝热创造条件，同时也充当安全衬里的作用，即在高温层整体厚度减薄时，确保装置在短期内继续运行；第三层亦为保护层，Al2O3含量很高，主要作用是提供绝热，以保证壳体温度在设计范围内；第四层为可压缩层，采用陶瓷毡，当产生热膨胀时，防止因壳体不均匀而使得保温层与壳体之间产生的压力不均匀。

气化炉激冷室主要由激冷环、下降管和上升管组成。激冷水经过激冷环分配室的小孔喷射进入激冷室，沿下降管内表面流下，与煤气并流接触，完成降温、增湿、除灰等作用。

1.2.2 烧嘴

Texaco气化工艺中使用的烧嘴有预热烧嘴和工艺烧嘴2种。气化炉养护及气化炉预热的初始阶段，使用预热烧嘴。工艺烧嘴用于煤气化阶段，水煤浆及氧化剂通过工艺烧嘴进入气化炉反应室，发生气化反应。Texaco工艺烧嘴端部结构见图2。

工艺烧嘴是煤气化的关键设备之一，其雾化性能直接影响产品气的成份和转化率；其寿命及运转状况直接影响到气化的技术指标与经济效益；火焰的刚性直径和长度不但影响气化的技术指标与经济效益，同时也影响着气化炉的寿命。因此烧嘴的设计、制造、安装及更换都是非常重要的。

1.2.3 磨煤机和煤浆泵

磨煤机与煤浆泵是煤浆制备系统的主要设备。煤浆泵的作用是将水煤浆泵送至气化炉，所以其运行状况直接关系到整个装置的运行。磨煤机又分球磨机、棒磨机等不同的型式，是制备高浓度水煤浆的关键设备。

2 技术指标与经济效益评价的基础

2.1 评价的理论基础

气化炉中总反应可表示为：

2.2 评价的工艺基础

2.2.1 原料煤的工业分析数据

Texaco煤气化工艺对原料煤的适应性较强，但最好选择灰熔点为1 300℃左右、灰含量低于20％的煤种。

作为低灰熔点的煤种，甘肃华亭煤被选作气化原料煤，其工业分析数据与热值见表1，原料煤元素分析见表2。

2.2.2 气化装置运行参数

气化装置运行参数见表3、表4与表5。

2.3 评价指标的计算方法

在分析气化工艺反应机理的基础上,选取了如下指标作为评价的主要参数,并通过对气化工艺进行物料衡算、热量衡算，得到了如下的指标计算方式：

3 技术指标与经济效益评价系统的设计与实现

3.1 系统的需求分析

通过仔细分析，评价系统具有如下需求。

(1)系统功能需求

在系统功能方面，要求进入、退出系统应有明显的命令及提示，能够设置打印机型号等参数，能够不退出系统而更改当前用户(即注销)，并且有联机帮助及使用说明。

(2)数据库管理功能需求

在数据库管理方面，要求能够建立和删除数据库、修改数据库信息等；能够对数据库的信息按照不同项目进行统计；可方便地导入、导出数据并进行备份和恢复；通过权限设置，保证数据库不受非法访问。

(3)报表管理功能需求

在报表管理方面，要求能够建立和删除报表、修改报表信息；报表信息能够与数据库信息保持同步；能够打印报表；可编辑输出格式；能够将报表输出并保存为Word文档格式。

3.2 评价系统结构及运行流程

通过上述流程分析、工艺分析及需求分析，开发了Texaco煤气化工艺技术经济指标评价系统。系统分为系统功能、统计数据库管理、用户数据库管理及报表管理几个部分，总体结构如图3所示，系统运行流程见图4。

3.3 系统编码及数据库设计

系统采用微软公司的VB 6.0可视化开发工具作为本软件的开发工具。这种新型的程序设计语言使得开发过程中代码量少、程序测试量少，而且程序更容易阅读和维护，大大提高了系统开发速度。

通过对系统的规模、使用环境、用户要求等因素进行分析，本系统数据库部分采用单层数据库处理模式即可完成，现采用流行的Microsoft Access7.0作为后台数据仓库。Access 7.0数据库符合关系型数据库模型的标准，采用表处理，支持SQL查询语言，完全符合本软件的要求。

系统能够完全替代现有的手工劳动计算所需数据，能够根据所得计算结果评价气化装置的运行状况，能够根据输入参数预测装置运行态势并对危险状况预警。系统还具备强大的报表功能，能够建立和删除报表、修改报表信息，报表信息能够与数据库信息保持同步，能够打印报表，可编辑输出格式，能够将报表输出并保存为Word文档格式。另外，系统的用户管理功能既方便用户使用，又极大地加强了系统的安全性、保密性。同时该软件支持多用户、多数据库、多报表、多权限，使用安全可靠。

4 结语

“Texaco气化炉技术指标与经济效益评价系统”软件集参数计算、指标分析、数据库管理于一身，可对气化工艺的消耗实现定量分析与评价，从而实现对气化工艺的优化控制，因此具有良好的应用前景。

德士古工艺烧嘴的技改小结