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水煤浆加压气化技术改造小结杨贵州，王军，杨国强(山东兖矿鲁南化肥厂机动处 滕州 277527) 2002-02-16 兖矿鲁南化肥厂水煤浆加压气化装置自1994年3月10日通过生产考核以来，根据实际情况对不适应系统稳定生产的设备、装置进行了一系列的改造，目前整个工艺系统运行平稳，达到了设计能力。 1 技术改造主要内容 (1)文氏洗涤器增设除垢装置 当气化系统运行一段时间后(一般为57d)，洗涤器开始结垢，垢层逐渐增加，直到气化炉压差过大，使激冷水供应不足而导致停车。在150的管道内结垢曾经达到52mm，对系统的长周期稳定运行带来了非常不利的影响。据分析，结垢较快的主要原因是系统带灰过多所致，因此在文氏洗涤器增设水力喷管，洗涤器结垢问题得到了控制。 (2)气化炉上升管支撑的改造 气化炉内上升管原采用4条拉筋和4个角钢支架支撑，在开停车过程中由于压力的骤变而产生巨大的振动，使支架变形、断裂，导致整个上升管脱落。本着弹性减震和刚性保护相结合的方针，在上升管的底部增加1个托盘，使上升管通过弹性支架支撑在托盘上，上部的拉筋仅起到定位作用。改造后彻底解决了这一现象。 (3)闪蒸系统管道的改造 在运行过程中闪蒸系统的工艺管道存在一定的设计和工艺问题。气化炉至高压闪蒸罐管线原先从激冷室底部出来，垂直向下15m再折流向上进入高压闪蒸罐。这就使黑水中的灰尘沉积在折流处，造成堵塞，影响生产的正常进行。我们把这段管线改为水平布置，减少了灰垢在管道中的沉积。 (4)气化炉渣口的改造 气化炉渣口的尺寸对气化各项工艺参数影响很大。为了能达到最佳的工艺状态，从1998年开始先后与华东理工大学、西北院等进行了交流和论证，在取得充分理论依据的前提下，将气化炉渣口由625改为525。改造后合成氨产量提高了近8，渣的可燃物含量由42.95降为39.03，大大改善了工艺状况。 2 不断深化设备、材料、备品配件的国产化工作 进口设备、材料、备品配件的国产化是一项需要长期坚持的工作。在确保长周期稳定运行的同时，不断开展和深化设备、材料、备品配件的国产化工作为我厂带来了较好的经济效益。 (1)气化炉耐火材料的国产化 气化炉耐火材料在德士古装置的安装和运行过程中占有相当重要的地位，属于造价高、损耗快的易损材料。最初进口1炉耐火砖折合人民币约600多万元，使用寿命在5 0008 000h左右。由于价格高、使用周期短，直接影响了生产成本。因此，实现气化炉耐火材料的国产化是德士古技术国产化任务中最艰巨、最重要的部分。 1993年8月，在原化工部国产化办公室的协调下，组成了由鲁南化肥厂、洛阳耐火材料研究院和新乡耐火材料厂共同参加的八五科技公关小组。经过努力，第一套气化炉用国产耐火砖于 1994年11月在我厂投入使用，寿命达到6 002h，基本达到国产化指标。以后的几年我们立足于国内，完全解决了耐火材料的质量问题，使国产耐火砖的寿命达到了13000h，其价格在68万元t，大大低于进口耐火砖的价格，为降低我厂的生产成本作出了很大的贡献。 (2)气化炉烧嘴的国产化 烧嘴是气化装置的关键部件之一，我厂最初的4套烧嘴均是从德士古公司进口的，每支烧嘴的价格约10万美元。在使用过程中，发现烧嘴的一次氧部位在7个月内全部损坏，且存在价格高和到货不及时的现象，严重制约着我厂的长周期运行。为此，先后与北京钢铁研究总院、华东理工大学、镇海烧嘴研究所和国营9327厂等单位联合，在较短的时间内解决了这一难题。目前所使用的烧嘴全是国内自制，最长使用寿命达到90d，完全满足了气化炉的工艺要求。 (3)高、低压煤浆泵的国产化 高、低压煤浆泵负担着工艺运行过程中煤浆的传送任务，系从国外引进。由于煤浆中含有大量的微小颗粒，对设备的磨损快，普通的柱塞泵根本满足不了气化装置的工艺要求，而隔膜泵在我国尚未开发。为此，与上海大隆机器厂和沈阳有色冶金机械厂联合，通过现场测绘和更新设计，初步完成了该泵的国产化工作，并对原低压煤浆泵的擦盘式变频器进行了改造，目前已在我厂投入使用。 3 存在问题 德士古气化装置在我厂已运行了近8年，虽然进行了一系列的改造，还是存在一定问题。 (1)热电偶 由于气化炉的操作温度较高，环境较为恶劣，热电偶的保护套管在开车1周左右即被损坏，我们先后与多家科研机构和厂家联系，并积极进行试验和合作，但效果都不是很理想。 (2)灰水系统阀门结垢 气化炉灰水系统多采用不锈钢球阀，常因灰垢而造成阀门无法开关。而阀门本身仍就非常完好，给我厂造成了较大的浪费。 (3)炉底大法兰和破渣机的密封 由于需经常拆卸气化炉炉底法兰，导致密封口损坏而出现泄漏。目前这一问题仍旧没有得到解决。 4 结语 经过我厂广大工程技术人员的共同努力，8年来已较好地掌握了德士古水煤浆加压气化技术，创造了单台气化炉连续运行77.34 d的记录。而且所开发的多喷嘴对置新型炉获得了国家专利，提高了水煤浆加压气化装置的生产能力。 德士古水煤浆加压气化技术在我厂成功运用，并取得了可观的经济效益和社会效益。该装置通过技术引进、建设并迅速达产，表明了在引进国外先进技术时，采取设计、科研、生产相结合的体制，是消化吸收国外先进技术的有效方式。同时根据我国煤炭资源储量丰富的实际情况，为我国化学工业在原料路线的选择上探索出了一条新路。水煤浆加压气化装置的技术改进郑宝祥 程光旭 国 蓉(西安交通大学环境与化工学院，陕西西安,710049) 2005-01-16 水煤浆加压气化工艺是美国德士古公司在重油气化工艺的基础上开发的具有代表性的第2代气化技术。因其煤种适应性广，生产连续性强，热量回收合理，可以高压运行，单炉生产能力大，压缩功耗及能耗低，环境污染少等优点倍受世界各富煤国的青睐。 本文主要总结渭河煤化工集团有限责任公司水煤浆加压气化装置的运行状况及技术改进措施，研究和分析影响装置稳定运行的主要因素，对拟建、在建装置在工艺选择、工程设计、项目建设和操作运行都会有较好的借鉴作用。1装置流程介绍1.1 流程介绍 原煤经煤称重给料器送入磨煤机。助溶剂通过石灰石给料机、石灰石螺旋输送机送入磨机中，以改善煤浆中灰渣的流动性。添加剂经计量泵送入磨机，以改善煤浆的流动性。水经计量送入磨机中。这些物料在磨机中通过磨棒的研磨，再通过滚筒筛滤去大颗粒后，煤浆进入磨机出口槽，最后合格煤浆经磨机出口槽泵送入大煤浆槽。 煤浆槽中的煤浆经高压煤浆给料泵送入气化炉顶部的德士古烧嘴，空分工段来的高压氧经缓冲后进入烧嘴的中心管和外环隙。在炉膛的高温条件下，煤浆与氧气在气化炉燃烧室内发生部分氧化反应，生成以CO、H2、CO2、H2O(汽)为主要成分的粗合成气。该合成气经激冷室冷却洗涤后，再经喷嘴洗涤器进入碳洗塔，经碳洗塔下部(侵入式)、上部(冲击式塔盘)洗涤后，干净的工艺气送入变换工号。激冷室的粗渣经破渣机破碎后送入锁渣罐，锁渣罐卸压排出的渣经捞渣机送至汽车，拉出厂外，碳洗塔及激冷室排放的黑水送入灰水处理工号。 从气化炉和碳洗塔来的黑水进入高压闪蒸罐，高压闪蒸罐顶部气体送灰水加热器冷凝，底部分离出的固体和液体送入低压闪蒸罐。低压闪蒸罐顶部闪蒸气送往碳洗塔给料槽，底部排出的固体和液体送进真空闪蒸上塔。真空闪蒸上塔顶部闪蒸气去高位真空冷凝器，上塔底部的液体和夹带的固体进入下塔。真空闪蒸下塔顶部闪蒸气去低温真空冷凝器，底部的固体和液体经泵加压与絮凝剂混合后进入沉淀池。沉淀池顶部的清水循环使用，底部的灰浆送入框板式压滤机。1.2 流程特点 1)选用棒磨机 在煤浆制备中，磨煤机分为球磨机和棒磨机两种。国内主要采用球磨机，但球磨机功率大，操作难，要经常加钢球。选用棒磨机，体积小，能耗低，处理量大，磨制的煤浆中超尺寸粒子较少，粒度分布合理，且操作方便。 2)四级闪蒸的灰水处理系统 四级闪蒸较两极闪蒸多了两级真空闪蒸，真空应达51.7kPa。灰水中溶解气在此压力下基本上可以全部闪蒸出，降低了循环使用的灰水对管道及设备造成腐蚀的危险，而在其他的两级和三级正压闪蒸塔中，由于经闪蒸后的灰水温度高，所以循环回锁斗的灰水必须用换热器冷却降温，增加了换热器被堵而造成的维修工作。 3)采用框板式压滤机 在水煤浆加压气化工艺中，灰浆过滤采用两种类型的过滤机，一种是框板式压滤机，一种是转筒式压滤机。转筒式压滤机体积庞大而过滤面积小，且过滤程度不够充分，即滤饼湿含量高。框板式压滤机则构造简单，过滤面积大占地省，且过滤充分，滤饼湿含量较低。 4)6.5MPa气化 采用6.5MPa与低压(2.6，4.0MPa)比较，操作能力大幅增加。一台6.5MPa的气化炉产气量相当于4.0MPa的1.8倍。因此，在同样产气量下，它占地少，所用的系列少，备件少，操作维护工作量减少，操作人员减少。另外，整个系统设备体积减少，设备投资基本相当。2 装置运行情况 引进美国德士古公司PDP，由日本宇部兴产和化工部第六设计院完成工程设计。设计以陕西黄陵煤为原料，选用6.5MPa气化工艺。气化炉两开一备，单炉投煤量650td，产气(CO+H2)量43000m3/h，以满足后工序制备合成氨的需要。 装置自1996年2月23日第一次化工投料试车至今，运行情况良好，单炉生产能力达到设计值。基本实现长周期稳定运行(单炉最长连续运行达51d)，2003年装置连续运行189d。2.1装置运行与设计工况比较 装置原设计用黄陵煤，但由于煤灰熔点高，灰分高，难以稳定运行，1997年7月改为甘肃华亭煤。煤种与设计差别大，煤质数据及运行数值比较如表1、表2。 从表1、表2数据可知，虽然煤质与原设计差别很大，煤浆入炉量增加，但能满足后工序用气量的要求。说明该装置适应性强，操作弹性大。 2.2 炉砖使用情况 耐火砖质量差或筑炉质量差会导致炉壁超温，尤其是拱顶的筑炉要求很高，过去出现过许多次拱顶超温，被迫停炉处理。耐火砖使用寿命短，炉砖更换频繁，不但给工厂造成损失，而且更换、养护、升温时间长达1个月，没有备炉，给生产运行带来很大压力。气化炉两开一备，最初耐火砖使用寿命仅为20004000h，因多次出现拱顶超温，导致气化炉生产运行相当被动。经改进，耐火砖寿命达20000h以上。不但解决了原来的问题，而且超过了国外同类耐火砖使用的最好水平。 2.2开停炉情况(见表3) 从表3可以看出，气化装置经历了一段艰难的历程。就是装置运行8年后的今天，在长周期、满负荷、稳定运行方面仍有大量的工作要做。 3 影响装置安全长周期运行的主要因素及改进措施 3.1 更换煤种 由于黄陵煤灰分高，灰熔点高，灰成分中二氧化硅多，致使灰黏度较高，装置无法顺利排渣和正常运行。经过多方调查，最终选择华亭煤。该煤灰分低，灰熔点低，煤质稳定。经试烧评价，该煤灰熔点比黄陵煤降低了5080，煤中灰分含量减少了三分之一，大大减少了气化系统、排渣系统、灰水系统的事故停车次数，且生产稳定，运行工况良好，工艺参数显示平稳直线，实现了长周期稳定运行。3.2激冷环堵塞 由于激冷水通过激冷环的小孔喷出，沿下降管形成均匀水膜，保护下降管免受高温气体及灰渣的烧坏。因此，水的均匀分布及充足的水量是关键。为了保证水均匀分布，激冷环上有24个15mm的小孔。但由于激冷水中含有悬浮物，易结垢，整个激冷水管线形成1030mm厚的垢层，一旦脱落就会堵塞激冷环孔。且每次停车时，需将低温水直接切入激冷环(约为30)，这样就将原高温(约240)运行的管道迅速冷却。由于灰垢与金属具有不同的膨胀系数，造成垢片脱落。脱落的垢片被水冲入激冷环中，堵塞小孔，造成激冷水分布不均，水量下降，严重时导致激冷室液位下降，不得不降负荷运行。而且严重影响下降管的寿命，并有结渣的危险。 结合运行和维修的经验，采取了以下改进措施：在管线的下方设置盲法兰收集脱落垢片。在管线上增设清理口。每次停炉后对激冷水过滤器后的管线彻底清理。对激冷环和24个孔彻底清洗。对激冷环4个进水管拆除清洗。坚持每次做水分布检查确认。采取以上措施后再没有因激冷水量低而影响高负荷运行。 3.3 工艺气带灰带水 装置运行初期，出洗涤塔工艺气带灰带水严重，所夹带灰水直接危害变换催化剂，不但多次出现突然大量带水来不及分离而导致催化剂进水失活，不得不退气重新升温开车，而且严重影响催化剂寿命，使第一炉催化剂仅用了8个月，产合成氨 50000t，给工厂造成巨大损失。改进如下：在入变换工号前增加一分离器，使夹带的水分及时分离排放，保障变换催化剂的安全。将碳洗塔塔盘进行扩孔，由6mm改为7mm。增加了碳洗塔塔顶除沫器排水管的数量，由40mm一根增加了3根。碳洗塔升气管加长200mm。激冷室升气管加长200mm。降低碳洗塔及激冷室液位操作。通过以上改进，收到了良好的效果。 好的煤质是防止带灰带水的关键，淮南化肥厂也做了上述改进，运行到后期也会出现带灰带水。因为煤质差，煤中灰分高，导致激冷室、碳洗塔中水质差，含固量高，工艺气中夹带的灰分在塔盘上沉积，堵塞塔盘孔，使工艺气穿孔速度增加，达到液泛速度，这样就造成大量带水。因此，尽可能保证煤质，如果煤质差，尽可能加大水循环量，以改善水质，提高洗涤效果。3.4 黑、灰水管线腐蚀及改进 气化炉及碳洗塔排出的灰水固体颗粒较多，当水在管内流动压力不发生变化时，流体流速在设计范围内13ms，对管线磨损及冲刷不严重，常常是压力突然降低时水汽化，流速增大，磨损和冲刷就非常严重，主要磨损部位在减压阀后及泵出口大小头处，漏点处理有一定难度。液体温度高，闪蒸的气体常常分析不合格，严重时需停车或减负荷切水处理。因此对一个装置，如何延长管线磨漏周期，是一个关键问题。 近几年做了大量工作：在可减少流速的地方加限流孔板，如锁斗循环泵，起到了很好的作用。将减压阀后易磨损弯头改为三通。易冲刷的一侧改为衬陶瓷的防冲板，大大延长了寿命。如中压到低压闪蒸罐减压阀后，改造后寿命从 20d延长到60d。管线易磨损弯头，改为可更换的弯头，内衬陶瓷可大大延长寿命。低压闪蒸罐到真空闪蒸罐减压阀后弯头，改用后寿命可达 68个月。定期检查测厚，对弯头或易磨损件有机会就应检查测厚。如文丘里管线及几个调节阀，通过检测达到预知更换。尽可能减少减压阀后与容器间的距离，鉴于原设计的高压减压阀 (6.01.0MPa)直接与闪蒸容器相连，不会出现严重磨损问题，只是容器内防冲板冲刷，只要加厚防冲板就可以。为此，将高压、低压闪蒸罐的减压阀直接与低压闪蒸罐相连，这样就解决了问题，可保证68个月。但一定要加强防冲板，否则，灰水会冲坏防冲板，直冲闪蒸罐壁，导致容器损坏。加强闪蒸罐内防冲板的厚度，并改进连接方式，有的单位已经采用螺栓固定代替焊接方法，这样更换更方便。总之，磨损和冲刷问题已基本解决，现在已不再制约长周期稳定运行。 3.5 黑、灰水管线的结垢及改进 黑、灰水系统能否长周期运行，如何控制、减少或及时清理结垢是关键。该系统由于受工艺的影响，黑灰水是清洗工艺气的灰水，经闪蒸回收热量，这样水中固含量增加，容易沉降。水中钙、镁离子多，水是碱性，虽有利于保护设备免遭腐蚀，但该水易形成钙镁垢层。为了减少新鲜水的消耗，水经沉降处理还要返回系统使用，沉降效果及分散剂使用情况也严重影响结垢情况。 因此，采取了以下措施：针对气化炉排水管线，增加短节以及高压水清洗，通过排水压差、阀位判断结垢情况，然后找机会给予清洗，一般1年清洗1次。针对真空系统管线结垢，在管线上增加了盲法兰，以便清洗、冲洗。针对换热器结垢影响换热的问题，增加了换热器前后阀，以便在线隔离清洗。对分散剂不断研究改