多喷嘴水煤浆气化炉

多喷嘴水煤浆气化炉（精选4篇）

多喷嘴水煤浆气化炉 篇1

0 引言

能源的拥有和利用是世界各国发展的主要动力, 未来世界的竞争在某种程度上就是能源的竞争。煤炭是世界上储量居第一的能源, 如果以目前的储产比计算, 还可以开采122a;中国是石油资源贫乏国, 煤炭资源虽然比较丰富, 但如果按照现在的储产比计算, 国内的煤炭仅够开采41a。“十二五”期间国家对万元产值单位综合能耗要求比“十一五”更低。因此, 如何科学、合理利用煤炭资源, 达到节能降耗的目的, 成为企业市场竞争力的保证。

多喷嘴水煤浆气化炉是兖矿集团与华东理工大学共同研发的国家“十五”规划“863”课题, 在兖矿国泰化工有限公司建成了第一套工业化装置。多喷嘴水煤浆气化炉与德士古气化炉比较, 具有开车方便, 操作灵活, 负荷增减自如, 自动化程度高, 整个气化系统运行稳定, 工艺技术指标先进等优点。为了进一步优化多喷嘴水煤浆气化炉运行, 煤炭从入厂到水煤气制备全过程进行质量监控, 及时将影响气化炉运行的煤炭质量检测数据信息化处理后, 按每天、每批次进行分类, 上传到煤炭质量监测与气化炉生产预控信息平台, 实现优化配煤, 促进气化炉安全、稳定、环保生产。如此一来, 创新了煤炭质量检测及气化炉工艺运行的管理, 延伸了传统意义的煤炭检测扣水、扣灰的直接经济利益, 实现了节能降耗, 达到了超前预防、过程控制、信息化管理的目的。

1 煤炭质量检验管理创新

传统的煤炭质量检验仅仅停留在对进厂煤炭的质量把关———对进厂煤炭取样检验后, 判断是否符合进厂煤炭质量指标, 符合价格标准要求, 不合格则按合同进行相应处罚;质量太差的供货商取消供应资格。在对国泰公司进厂煤炭质量控制和气化炉生产运行过程详细了解后, 发现煤炭质量及配比和煤浆制备质量控制与气化炉稳定、环保、安全生产密切相关。国泰公司据此创新了传统意义上的进厂质量把关, 将煤炭质量检验控制分为四步处理———将入厂前的质量把关、入厂后的煤炭配比、煤浆质量控制和炉渣可燃物检测进行了有机地结合, 煤炭随着在生产过程中位置的变化, 以质量检测数据作为气化炉生产负荷调整和稳定操作的依据。通过严格的四层次的质量信息化控制, 大大促进了气化炉系统的及时调整, 不让浪费每一吨水煤浆;同时, 控制产出的水煤气满足生产和发电的需要。小小的质检数据, 发挥了指导生产的关键作用。

2 煤炭质量检测数据信息化平台的建立

国泰公司在煤炭检测工作中的四步走, 实现了煤炭质量在生产全过程的实时控制。如何将这些对生产起着关键指导作用的数据进行信息化传递呢?通过对数据流程与工艺流程进行详细的研究, 重新开发煤炭质量检验数据信息化管理平台, 其费用和工作量均会大大增加, 增大了生产运行成本。经过认真分析公司现有的信息化资源, 发现将煤炭质量检测数据并入气化炉生产控制信息化管理系统, 会更简洁、更方便, 不仅可提高信息资源的利用效率, 还可降低信息化管理费用。煤炭质量检测数据以分批分期及在生产环节 (位置) 中进行分类网上传递, 数据发生波动或超出指标时, 系统会自动进行比对, 超标值会自动生成超标信息, 以手机短信的形式发送到相关责任人及气化炉控制室;据指标变化, 相关部门负责人会下达相应的操作指令, 工艺人员据指令调整气化炉运行参数, 使气化炉节能、环保、稳定运行。

信息化管控煤炭质量平台示意如图1。

2.1 煤炭质量检测流程的优化与标准化的实施

检测真实地反映煤炭质量, 是指导生产及运行控制的关键。国泰公司煤炭质量检测流程按照国家标准执行, 并对国标中没有详细规定的问题进行了详细梳理, 且进行了标准化管理, 从采样、制样、检验、数据传递均有详细的定量标准, 可操作性大大加强;优化采样流程中的采制标准, 提高了采样的代表性, 加快了检测效率。煤炭质量检验改变了仅对进厂煤炭检验的常规要求, 采取了进厂前的质量检验、进厂后的配煤质量检验、制备后煤浆的质量检验及燃烧后灰渣的可燃物测定四个质量检测过程;转变为为整个生产运行提供关键数据, 指导生产, 达到节能降耗、环保生产、稳定运行的目的。

2.2 煤炭质量数据信息化管理的实施

煤炭质量检测人员对各工艺流程 (环节) 的煤炭按标准进行检测, 检测数据及时上传到煤炭质量数据控制系统, 再通过转换平台传输到气化炉控制系统, 通过与气化控制系统中煤炭质量标准的比较, 判断超标信息, 若超标则自动以手机短信的形式发送到各有关责任人;责任人在接到短信后, 下达工艺操作指令;工艺操作人员在接到指令后, 调整气化炉运行参数, 保证运行负荷满足各工段需要。

2.3 煤炭质量控制指标 (表1)

2.4 信息化操控规则

煤炭质量检测数据传递, 指导、优化原料车间煤炭配比, 控制生产用煤质量;气化车间根据配煤质量数据, 调控煤浆浓度、炉温和氧量等参数, 使煤充分气化, 炉渣可燃物含量降低和废水排放量减少。煤炭配比后性价比最优, 实现节能降耗, 环保、稳定运行;气化炉产出水煤气恰好满足甲醇和醋酸工段需要, 避免了水煤气富产造成的浪费。

3 效果

信息化管控煤炭质量平台建立后, 气化工艺参数大大优化, 延长了气化炉的运行周期, 降低了消耗。优化前后相关工艺参数见表2。

2011年5月信息化管控多喷嘴水煤浆气化炉用煤质量以来, 公司3台多喷嘴水煤浆气化炉运行稳定, 水煤气耗标煤降低0.5%, 煤浆浓度提高3%, 吨煤浆耗水降低1.5%;每年节约标煤5 300t, 节约水1 200m3, 可为企业带来间接效益1 000万元, 并且保证了生产系统的稳产高产, 大大提高了企业的市场竞争力。

多喷嘴水煤浆气化炉 篇2

关键词：多喷嘴对置式水煤浆气化技术,流场结构,优越性

多喷嘴对置式水煤浆气化技术在被我国研发和投入到工业化的应用中后, 以其自身的发展优势, 在煤气化行业中成为了主流技术, 为我国当前的煤气化技术的发展指明了方向, 为我国的煤化工事业的大规模发展提供了技术的保证, 同时也标志着我国在水煤浆气流床气化技术上达到了世界领先水平。

一、多喷嘴对置式水煤浆气化技术的研发以及在工业化中的应用

1、技术的研发

多喷嘴对置式水煤浆气化技术是在我国的兖矿鲁南化肥厂进行研发的。我国自主研发的这项多喷嘴对置式水煤浆气化技术, 在性能上已经处于国际领先水平, 并且在化工产品的推行领域、动力燃料及大宗化学品原料向油基的转变等方面, 很大程度上促进了煤清洁利用产业的发展。

2、技术工业化

多喷嘴对置式水煤浆气化技术在“十五”期间进入到了商业示范阶段。多喷嘴对置式水煤浆气化技术投产以来, 重量级的多喷嘴对置式水煤浆气化炉、燃气发电装置等设备在不断地完善创新中, 已经全面的进入到了实际生产的阶段, 并且在运行周期上也在不断的突破。

二、多喷嘴对置式水煤浆气化技术的机构

气化炉是水煤浆气化中的关键设备, 气化炉内流程结构的合理性对于水煤浆气化的效率和安全性能都起着决定性的作用。在多喷嘴对置式水煤浆气化中采用的是当前国内外最先进的撞击流技术来加强混合的, 并以此来促进传热和传质。下面就结合气化炉内的流程分布特点来对多喷嘴对置式水煤浆气化的核心技术以及结构进行简要的概述。

多喷嘴气化是通过对水煤浆及氧气在同一水平面上向上对喷的原理来研制的, 水煤浆和氧气在撞击之后形成了射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区六个区组成的气化炉内的流场。图1为多喷嘴对置式气化炉流场结构示意图:

水煤浆和氧气进入到气化室后, 进行了一系列的物理和化学的反应过程, 这些反应过程中, 雾化、传热、蒸发、挥发、燃烧的反应过程比较的快, 在前五个区域中就已经基本上完成了, 而只有气化反应比较的慢, 在管流区中进行。

三、多喷嘴对置式水煤浆气化技术的优越性

和单烧嘴相比较, 多喷嘴对置式水煤浆气化技术在技术上具有如下的优越性。

(1) 在进料方面的优越性。多喷嘴形成撞击的物料的混合, 能够使得物料在混合的过程中燃烧更加的充分, 在雾化的效果上也会更好, 而对置式的烧嘴气化技术中, 多股射流经过撞击后形成了撞击流股, 在这个过程中轴向的速度明显的减弱, 炉内的流体在停留的时间上分布比较的合理, 短路的现象也得到了改善, 使得转化率明显的提高。

(2) 在碳转化上有明显的优势。通过对转化炉中渣的可燃物进行验证, 可以得出多喷嘴对置式水煤浆气化炉碳中的可燃物在10%以下, 而单喷嘴水煤浆气化炉的渣中可燃物一般在25%~40%, 通过两者的对比可以看出多喷嘴对置式水煤浆气化炉在碳转化上具有明显的优势。

(3) 耗煤量也明显降低。通过对采用多喷嘴对置式水煤浆气化技术的兖矿国泰化工有限公司吨甲醇耗煤量和使用单喷嘴水煤浆气化炉的兖矿鲁南化肥厂吨甲醇耗煤的用量上来看, 前者的耗煤量明显的低于后者。

(4) 多喷嘴对置式水煤浆气化技术更适合大型化。多喷嘴对置式水煤浆气化技术由于有多个喷嘴, 即使每个气化炉的处理量增加了, 可是由于是多个喷嘴, 那么每一个喷嘴的负荷也不是很大, 从而也不会影响到雾化的效果。

(6) 热偶的平均寿命较长。由于流场的不同就决定了多喷嘴对置式水煤浆气化炉较之单喷嘴水煤浆气化炉在高温热偶的使用寿命方面有着很大的优势, 一般情况下如果要想保证在每一个生产周期内气化炉上都有温度的显示, 这就需要高温热偶的平均寿命要达到两个月以上, 这对于正常的生产有着重要的作用。

(7) 环保性能比较的好。由于多喷嘴对置式水煤浆气化炉在碳转化上有明显的优势, 渣中的可燃物比较的少, 气化渣和滤饼黏度也相对的较低, 方便了渣和水的分离, 有利于现场的管理, 同时也给环保减轻了一定的压力。

(8) 气体净化处理比较先进。多喷嘴对置式水煤浆气化炉在气体的净化中采用的是合成气先进入混合器与洗涤水混合, 再进入旋风分离器分离, 最后进入水洗塔洗涤的多元化的处理方法, 混合器先清理了气化炉中排出的气体中的细灰, 而后和洗涤水混合从而保证了洗涤的效果。

(9) 多喷嘴对置式水煤浆气化炉在含渣水处理上比较的合理。在渣水的处理上采用的是直接换热, 这样热的回收效率比较的高, 不容易发生堵塞的情况, 并且在实际的操作中同时完成传质、传热的过程, 操作的周期也比较的长, 不会影响到长周期运行中存在的问题。

总结

在以前, 大型的煤气化技术一直都是被国外所垄断的, 多喷嘴对置式水煤浆气化技术的研制和推广打破了这一局面, 越来越多的企业开始选用这项技术。

在多喷嘴对置式水煤浆气化技术中采用的净化装置比较的有优势, 能够分离出煤炭中的硫, 这些分离出的硫可以用于销售, 这不仅仅能够促进环保, 而且解决了我国高硫煤长期以来存在的利用率低的问题, 所以说多喷嘴对置式水煤浆气化技术是煤炭资源的洁净高效利用技术。

因为多喷嘴对置式水煤浆气化炉在煤种方面适应性很强, 在高碳煤和褐煤等煤种都能够得到很好的适用, 特别是在低灰熔点高硫煤上显现的更加的突出, 所以多喷嘴对置式水煤浆气化技术在煤转化的可用度比较的高, 适合煤炭的大规模气化。

参考文献

多喷嘴水煤浆气化炉 篇3

煤气化技术的发展和进步是推动洁净煤利用技术发展的关键因素之一。水煤浆气化炉利用柱塞隔膜泵输送水煤浆,克服了煤粉输送困难及不安全的缺点,经过研究机构的逐步完善,已于20世纪80年代投入工业化生产,并成为具有代表性的第二代煤气化技术。中国从20世纪90年代初开始大量引进该技术,如山东鲁南化肥厂、上海焦化厂、陕西渭河化肥厂、淮化集团有限公司等均采用该工艺。GE德士古(Texaco)水煤浆加压气化技术,属气流床加压气化技术,原料煤经磨制成水煤浆后泵送进气化炉顶部单烧嘴喷出,下行制气,但要求原料煤含灰量较低,还原性气氛下的灰熔点低于1 300 ℃,灰渣粘温特性好。气化压力从2.5 MPa、4.0 MPa、6.5 MPa到8.5 MPa,皆有工业性生产装置在稳定长周期运行,且装置建成投产后即可正常稳定生产。气化炉内无转动装置或复杂的膜式水冷壁内件,制造方便、造价低;在开停车和正常生产时无需连续燃烧一部分液化气或燃料气(合成气),煤气除尘比较简单;碳转化率达96%～98%,有效气成分(CO+H2)为80%～83%,有效气(CO+H2)比氧耗为336～410 m3/km3,有效气(CO+H2)比煤耗为550～620 kg/km3。

四喷嘴水煤浆气化炉是兖矿集团有限公司(水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心)与华东理工大学在消化、吸收德士古水煤浆气化技术的基础上,成功开发出的具有自主知识产权的新型水煤浆气化技术,该技术是世界上最先进的气流床气化技术之一。四喷嘴水煤浆气化技术,可为化肥行业的技术改造、煤炭液化、整体煤气化联合循环发电(IGCC)、煤基多联产技术的发展提供龙头技术和关键技术,将大大推动我国煤化工技术的发展,推进相关产业的技术进步。

1 四喷嘴对置式水煤浆气化炉气化原理简介

1.1 气化流场

在实验室以ϕ1 000 mm的大型冷模四喷嘴对置式水煤浆气化炉有机玻璃模型,对气化炉流场进行了探讨。其流场可划分为射流区、撞击区、撞击流股(上下2股)、回流区(共6个)、折返流区、管流区[1],如图1所示。

注:1—射流区;2—撞击区;3—撞击流股区;4—回流区;5—折返流区;6—管流区

撞击区是气化炉内物流间混合最为剧烈的区域。研究表明,它从以下几方面强化了气化炉内的雾化与混合过程。

(1)撞击区内氧气与煤浆的相向运动产生剪切力,促使煤浆液滴进一步破碎,完善了雾化过程。

(2)四股射流经过撞击才形成撞击流股,其轴向速度衰减明显加快,炉内流体的停留时间分布得到改善,即“短路”现象受到抑制。

(3)撞击区内产生的颗粒振荡现象,使颗粒停留时间相对延长。

(4)撞击区内物流速度脉动剧烈,湍流强度最大[2],说明混合效果最好。

1.2 气化原理

水煤浆、氧气进入气化室后,相继进行雾化、传热、蒸发、脱挥发分、燃烧、气化等六个物理和化学过程[3],前五个过程速度较快,在1、2、3、4、5五个流型区域(如图1)中已基本完成,而气化反应除在上述五个区域中进行外,主要在管流区(6)进行。

煤浆颗粒在气化炉内的气化过程经历了以下步骤[4]:颗粒的湍流弥散、颗粒的振荡运动、颗粒的对流加热、颗粒的辐射加热、煤浆蒸发与颗粒中挥发分的析出、挥发产物的气相反应、煤焦的多相反应、灰渣的形成。

在实验室进行了大型冷模、小型热模、雾化性能研究;同时,进行了合成气初步净化研究,鲁南化肥厂中试装置采用集散控制系统,运行平稳、安全,工艺先进。在相同的煤种与煤浆浓度条件下,中试装置比鲁南化肥厂引进的Texaco装置有效气(CO+H2)体积分数高1.5～2个百分点,碳转化率高2～3个百分点,节省氧气2.0%～7.0%;有效气成分、碳转化率、比氧耗、比煤耗等技术指标均有明显的进步。

2 工业应用情况

2.1 项目简介

“十五”期间,依据以“项目带研发,以研发促项目”的思路,兖矿集团有限公司决定建设日处理1 150 t煤、压力4.0 MPa的四喷嘴水煤浆气化炉,配套240 kt/a甲醇、71.8 MW燃气发电工程项目,总投资16个亿。该项目是我国第一个煤气化多联产系统示范工程,包含了两项国家“863”计划,即“新型水煤浆气化技术工业示范装置”和“煤气化发电与甲醇联产系统关键技术的研发与示范”。新型水煤浆气化技术工业示范装置于2003 年5 月1 日正式开工建设。气化装置由中国天辰化学工程公司设计,气化炉由哈尔滨锅炉厂制造;耐火砖由洛阳耐火材料研究院高耐厂、新乡耐火材料厂生产。该工业示范工程于2005年12月11日～18日通过了由中国石油和化学工业协会组织的现场168 h的工业运行考核。2006年1月8日在北京通过了由中国石油和化学工业协会组织的科技成果鉴定。2006年11月新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术获得2006年度中国石油和化学工业协会科技进步特等奖。

2.2 生产运行情况

四喷嘴水煤浆气化装置于2003年5月1日正式开工建设,2005年7月气化装置一次投料成功,打通工艺流程,投产第一年就基本达到了设计生产能力。目前整个装置运行稳定,已全面超过设计生产能力,2007年前4个月累计生产甲醇99.5 kt,2007年甲醇产量将达到270 kt。截至2007年4月,我国首台日处理1 150 t煤的四喷嘴水煤浆气化炉,在兖矿国泰化工有限公司实现稳定连续运行68 d,工艺烧嘴连续使用85 d,创造了该种炉型连续运行时间的新纪录。同时,实现了带压连投技术,到目前为止,累计进行了10次带压连投操作,节省费用近700万。国泰公司新上第3台气化炉(C#炉)已于2007年9月3日投运,从目前的情况来看,拱顶加高后的效果已经体现出来:与B#炉新换拱顶砖投运初期相比,C#炉拱顶壁温普遍下降了约47 ℃,表明顶部空间耐火砖工作环境大为改善,预期能够达到良好的使用寿命。

但在装置运行初期,A#和B#气化炉拱顶同时出现拱顶砖超过正常烧蚀速率的问题。经过华东理工大学和兖矿集团有限公司的专家和兖矿国泰化工有限公司全体员工的共同努力,在已有设备条件下,先后四次改变了拱顶耐火砖/预制块的设计,调整了工艺烧嘴的结构,并优化操作,拱顶耐火砖/预制块的寿命已大大提高;工艺烧嘴的连续使用寿命达到80 d;拱顶耐火砖寿命在5 000 h左右;直筒段耐火砖自从2005年10月以来未更换。至2007年,兖矿国泰化工有限公司四喷嘴水煤浆气化装置已经运行了近2 a时间,虽然在运行初期遇到了一些问题,但是通过兖矿国泰化工有限公司和华东理工大学的通力合作,这些问题都得到了圆满地解决。目前,该气化装置处于良好的运行状态,工艺指标先进,系统运行安全稳定,操作控制手段先进灵活,取得了良好的经济效益。同时,也表明该技术已经成熟,具备了大规模市场应用的条件。

3 四喷嘴水煤浆气化炉的特点

通过对长期运行数据的收集、对比、分析,四喷嘴水煤浆气化炉的特点总结如下。

(1)合成气中有效气成分(CO+H2)高,达到84.9%,比单喷嘴水煤浆气化炉高2～3个百分点。

(2)碳转化率高,达98%～99%。这可从渣中可燃物含量得到验证,单喷嘴水煤浆气化炉的渣中可燃物一般在25%～40%,而多喷嘴对置式水煤浆气化炉的渣中可燃物一般为5%～15%之间,平均低于10%。

(3)消耗低,吨甲醇耗煤1.35 t,而使用单喷嘴水煤浆气化炉的兖矿鲁南化肥厂吨甲醇耗煤1.45 t,吨甲醇可节约0.1 t煤。

(4)四喷嘴水煤浆气化炉更适合大型化。单喷嘴水煤浆气化炉只有一只工艺喷嘴,提高气化负荷受限制,加大烧嘴间隙则影响雾化效果。日处理1 500 t煤单喷嘴水煤浆气化炉煤浆浓度在59%时,有效气体成分不到80%,渣中可燃物在25%以上。

(5)可带压连投。多喷嘴对置式水煤浆气化炉一对烧嘴跳车(非烧嘴自身因素跳车),另外一对烧嘴可维持后系统生产,跳车烧嘴可进行带压连投。而单喷嘴水煤浆气化炉因为只有一只工艺喷嘴,当出现跳车时,该台气化炉需从系统中退出,若系统中只有一台气化炉运行时,还会造成整个系统的停车,开、停车损失较大。目前已累计带压连投10次,节省费用近700万元。

(6)高温热偶寿命长。多喷嘴对置式水煤浆气化炉由于其流场和单喷嘴水煤浆气化炉有很大的区别,决定了高温热偶寿命长,其平均使用寿命一般≥2个月。

(7)气体净化处理及渣水处理工艺先进,带灰带水的现象有了明显的改善。与兖矿国泰化工有限公司同期投产的使用单喷嘴水煤浆气化炉的生产装置,后系统耐硫变换催化剂因床层阻力大已更换,而国泰公司的耐硫变换催化剂到目前为止使用情况仍然良好,预计再使用一年没有问题。

摘要：介绍新型四喷嘴对置式水煤浆气化炉气化原理及在工业生产中的应用情况。长期运行实践表明,该气化炉具有气化效率高、系统稳定性高、可带压连投、负荷调节范围广等特点。

关键词：四喷嘴水煤浆气化炉,气化原理,应用情况,特点

参考文献

[1]谭可荣,韩文,赵东志,等.新型水煤浆气化技术的开发及其应用[J].煤炭转化,2001,24(1):36～39.

[2]李希,陈甘棠,戎顺熙.微观混合问题的研究[J].化学反应工程与工艺,1990,6(4):15～29.

[3]龚欣,刘海峰,王辅臣,等.新型(多喷嘴对置式)水煤浆气化炉[J].节能与环保,2001,19(6):15～17.

[4]王辅臣,于广锁,龚欣,等.射流携带床气化炉内宏观混合过程研究[J].化工学报,1997,75(2):193～207.

多喷嘴水煤浆气化炉 篇4

1 装置概况

兖矿内蒙古荣信化工有限公司 (以下简称荣信化工) 90万t/a甲醇项目煤气化装置, 采用我国具有自主知识产权的华东理工大学和兖矿集团共同开发的新型水煤浆加压气化技术, 承担两项国家863课题, 由华陆工程科技有限责任公司设计, 中国化学工程第四建设公司承建。该装置三台气化炉为多喷嘴对置式水煤浆气流床气化炉, 激冷流程, 壳体内径3 600 mm, 单台投煤量2 500 t/d, 最大投煤量3 000 t/d, 设计压力6.35 MPa, 正常生产期间为两开一备;粗煤气洗涤采用混合器增湿、旋风分离和水洗系统;三台棒磨机、两台煤浆储槽。设计满负荷生产时, 三台磨机对应两台气化炉运行模式;三台黑水循环泵, 两开一备;灰水处理采用三级闪蒸和真空过滤系统。自2014年6月24日A炉投料试车成功, 各项指标都在设计范围之内, 但运行中出现的问题, 还需要总结和优化。

2 设计上的改进

2.1 三台磨机对应两台气化炉运行方式

正常生产需开三台磨煤机供料给两台气化炉。磨机选用棒磨机, 筒体内径4 300 mm, 筒体工作长度6 000 mm, 设计最大加棒量169 t, 最大磨煤 (干基) 量75 t/h, 为国内单套生产量最大的棒磨机, 安装两台900 m3煤浆槽, 以节约投资。

2.2 黑水循环泵采用二加一模式

黑水循环泵是气化系统的重要运转设备, 采用两开一备运行方式, 可有效避免黑水循环泵故障对生产的影响, 有利于事故处理时的系统调节和检修。

2.3 水洗塔和蒸发热水塔选用板式塔

水洗塔和蒸发热水塔的热水室采用板式塔, 比填料塔有较大改进[1]。改善了热、质传递效果;减轻了结垢和灰渣堵塞, 适用于高压、含灰分高、易结垢堵塞的介质环境;气体处理量大、操作弹性大;拆卸方便, 检修所需空间小, 清洗费用低, 运行周期长。但塔盘设计要充分考虑积灰和结垢问题, 尽量减小塔盘阻力。

2.4 设计后备氧系统

荣信化工两套空分装置供两台气化炉用氧。如果空分有一套装置发生事故跳车, 可能因氧量瞬间过低引起两台气化炉的某对, 甚至几对烧嘴跳车;如果公共联锁引起两套空分装置跳车, 必然导致两台气化炉跳车, 将造成重大经济损失, 并且进行意外事故处理过程中, 可能会带来不可预见的安全风险。根据空分运行工况的不确定性, 荣信化工空分装置设计了后备氧气系统, 液氧储槽容积为1 500 m3/h, 后备液氧泵供氧 (全文均指标准状态) 量为60 000 m3/h, 正常时, 液氧泵处于冷备状态, 事故联锁启动后, 可连续为一台气化炉满负荷供氧8 h。一般事故情况下, 8 h内空分即可恢复生产。这样, 当一套空分跳车, 两台气化炉能保持正常供氧量;两套空分跳车, 可停一对烧嘴运行, 仍可确保两台气化炉低负荷运行, 避免了后系统停车。在单套空分事故停车的情况下, 投用后备氧系统, 收到了良好效果。

3 问题探讨

3.1 磨煤水的工艺流程设计不合理

3.1.1 存在问题

磨煤系统使用的磨煤水是渣水处理系统来的滤液、沉渣池黑水、变换汽提塔汽提气冷凝液、甲醇精馏废水和低温甲醇洗的甲醇精馏废水。各路废水分别进入磨机落煤管, 流量不稳定, 计量不准确, 对操作和煤浆浓度影响很大, 易造成堵煤或一级滚筒筛带浆, 严重影响磨煤系统的稳定运行。

3.1.2 改进方法

鉴于沉渣池排放水含固量大、容易堵塞管线, 且不连续供给, 故改为单独从称重给料机落煤口进入, 以便于观察流量大小, 判断管道堵塞状况, 并可及时调节其它供水量。

变换汽提塔汽提气冷凝液氨氮含量高, 与磨煤水槽来的磨煤水共用一个管道容易结垢, 而甲醇精馏废水中蜡多, 也容易堵塞管道。煤浆制备现场可以安装一个废水槽, 变换汽提塔汽提气冷凝液、甲醇精馏废水和低温甲醇洗甲醇的精馏废水可以预先送到废水槽中, 再二次输送, 计量使用。这样, 就不会受废水送出单位流量调节波动的影响, 可保证磨煤水的稳定供给。

在两台磨机都运行的情况下, 一台使用给水量稳定的磨煤水, 另一台使用其他废水。并且都从称重给料机落煤口加入。这样, 煤进入磨机落煤管时即与水混合, 一同流经落煤管, 进入磨机, 不会造成堵煤。这样, 既解决了磨煤水的计量问题, 也解决了落煤管易堵塞的问题。

3.2 澄清槽底污泵出口管线易堵塞及其叶轮卡死

3.2.1 存在问题

澄清槽底污泵在设计流量范围内运行的状况下, 出现转速未发生变化而流量逐渐减少的现象, 判断为泵出口管线将会逐渐堵塞。通常采取的措施是提高泵转速, 将管道内的污泥排出。澄清槽底污泵在正常运转后停止使用时, 出现盘不动车的情况, 拆开检查发现泵叶轮被大颗粒渣卡死。

3.2.2 原因分析与解决办法

带入捞渣机二渣室中的大颗粒多, 被渣池泵送到澄清槽中, 因此澄清槽污泥中大颗粒就多, 大颗粒又不容易输送。另外, 澄清槽底污泵进、出口管线较粗、较长, 且转角多, 大颗粒容易沉积, 造成澄清槽底污泵管线堵塞;澄清槽底污泵叶轮背面和泵体间的间隙及夹角设计不合理, 易积存大颗粒并被其卡死, 盘不动车。

通过优化气化工艺操作和对澄清槽底污泵出口管线的改造及优化底污泵的设计制造, 就能避免澄清槽底污泵出口管线易堵塞及其叶轮卡死的问题。

3.3 闪蒸系统黑水管线磨损

3.3.1 存在问题

闪蒸系统黑水管线易磨损部位集中在减压角阀阀芯、阀座, 黑水缓冲罐内壁及其直管段耐磨垫板, 黑水进减压罐的折流挡板, 包括高、低、真空闪蒸系统减压角阀、黑水缓冲罐、进减压管的折流挡板。荣信化工所使用的黑水缓冲罐均没有耐磨衬里, 且罐体较短。

3.3.2 解决方案

加长减压阀后的直管段, 可解决垫板磨损问题。气化炉、水洗塔和旋风分离器黑水送蒸发热水塔前的黑水缓冲罐, 有加长的空间。减压角阀阀芯、阀座采用碳化钨镀层保护, 黑水缓冲罐内壁采用合金钢耐磨衬里和黑水进减压罐的折流挡板采用锰钢材料。

3.4 高温热偶使用寿命短

3.4.1 存在问题

高温高压水煤浆气化炉是获取合成甲醇原料气的关键设备, 温度是直接反应气化炉是否正常运行最重要的参数, 气化炉内各组分只有在严格温度条件下才能获得理想的转化率, 而且, 温度稳定才能提高耐火材料的使用寿命[2]。测温热偶功能正常是保证温度测量正常运行的先决条件, 准确检测气化炉的温度对确保产量和质量, 确保气化炉安全、稳定、高效、长周期运行极为重要。但由于气化炉在高温高压下操作, 而且处在高温气体和熔融灰渣的冲刷, 腐蚀等苛刻环境, 国内外所使用的高温热偶都存在使用寿命短的弊端, 荣信化工使用的高温热偶往往在短短十几天的时间内就全部烧坏。

3.4.2 解决办法

目前, 除了操作上尽量减少开停车次数, 避免过氧和长时间高温操作, 还要精心挑选热电偶生产厂家, 严把质量关。另外, 适当增大热电偶在向火面内的缩进尺寸, 以维持更长的使用寿命, 虽然可以通过粗合成气在线分析仪传送的组分等参数, 进行操作, 但在气化炉开车和负荷大幅度变化及其它不正常的状态下, 根据测温计变化的趋势更容易对比、判断操作状况, 提高操作精准度。当然, 更希望研发出新型耐高温材料, 提高热电偶保护套管的耐高温、耐高压、耐腐蚀、耐冲刷等性能, 和开发出更先进的测温方法。

3.5 气化炉渣口耐火砖对激冷环环管的保护不完善

气化炉激冷环材质为Incoloy 825固溶奥氏体材料, 属于特级超耐热合金锻件, 但在气化炉严酷的气氛中, 腐蚀仍很快。如果其上部的耐火砖对其有较多的覆盖保护, 会大大延长它的使用寿命。

有些厂家的气化炉将渣口与激冷环结合处的耐火砖改成L形砖, 从上部和内部部分覆盖住激冷环, 既增加了该砖在径向的冲刷裕量, 又使托砖板法兰和激冷环环管隐藏在其后面, 托砖板法兰和激冷环环管承受的温度降低了, 很长一段时间内不被冲蚀掉, 大大延长了使用寿命[3]。荣信化工气化炉渣口与激冷环结合处的耐火砖只是大部分覆盖了气化炉激冷环法兰, 内环面上部未做好保护, 以后可根据渣口烧蚀情况增大保护面。

3.6 气化炉激冷环黑水过滤器选型不合适

气化炉黑水过滤器采用篮式过滤器, 进水口朝上, 滤筒内积存的滤渣无法排出, 过滤器网孔结垢或大颗粒堵塞时也不方便疏通, 必需把过滤器大法兰盖拆下, 将滤筒取出倒掉, 再清理网孔, 劳动量大、费用高, 不如反冲洗式过滤器方便于清理、再生。反冲洗式过滤器的滤筒进水口朝下, 滤筒进口法兰和固定在过滤器筒体上的支撑板法兰连接在一起 (支撑板法兰与筒体无缝隙焊接) , 大颗粒灰渣积存在排污出口处。如果过滤器进出口压差变大, 系统换另一过滤器使用, 将有问题的过滤器切出系统, 打开排污口, 逐渐卸掉其压力, 滤网内外形成压力差, 既可排掉过滤器内积存的滤渣, 又能将过滤器网孔疏通。可冲压—泄压反复进行几次, 一般一两次即可完成再生。进行该操作, 需要掌握好泄压速度。

4 结语

目前三台气化炉两开一备, 生产负荷在80%以上, 自运行以来均能达到三个月以上的运行周期, 显示出现代大型水煤浆气化装置的技术优势。

参考文献

[1]王亦飞, 蒋超, 张家佳, 于广锁.板式塔应用于蒸发热水塔的研究[J].化学工程, 2013, 41 (1) :55-59.

[2]王锦, 门长贵, 李璞, 徐宏伟.煤气化炉温度的测量方法[J].化工自动化仪表, 2008, 35 (6) :88-90.