淮化水煤浆加压气化装置运行及改进情况

1、淮化水煤浆加压气化装置运行及改进情况许令奇 （安徽淮化集团有限公司，安徽 淮南232038） 2004-07-16淮化2000年建成投产的“ 18 30”工程是一套年产 180kt合成氨，300kt尿素的生产装置。其中气化部分采用的是美国德士古公司 水煤浆加压气化工艺，是国内继山东鲁南化肥厂、上海焦化有限公司、渭化化肥厂之后投运的第四套水煤浆加压气化装置。装置包括二套 磨煤系统、三台气化炉系统及一套灰水处理系统。气化炉为二开一备，气化压力为4.0MPa,生产能力（H2+CO为1264km3/d。该工程于1992年立项，国家计委于1994年批准项目建议书和可行性研究报告，1994年批准该项目的初

2、步设计。于1996年动工兴建，2000年建成，2000年8月开始试车，9月全系统一次开车成功，当年12月通过性能考核。至今已运行三年半时间，其间对系统进行了大小几百项的改造，并成功地进行了义马煤中配入华亭、北宿、新河煤及石油焦的试烧工作，并创造性地掺烧了淮南、关桥精煤，于2003年达到了设计能力。三年来运行显示该装置具有生产能力大，安全稳定，操作弹性大的优点。1 制浆系统自试车以来制浆系统操作简单、运行较平稳，对煤种变化的适应性强，完全能满足气化对水煤浆的要求，并在正常生产中对江苏南 京、山东济南、浙江句容等几家水煤浆添加剂进行了成浆试验，取得了满意的效果。水煤浆输送设备高低压煤浆泵选用荷兰的

3、“奇好”泵， 该泵运行稳定，故障率少，但由于设计、煤质等方面的原因，泵的易损件损坏较频繁，制浆系统易损件消耗见表1。几年来，由于工艺、设计等方面的原因，制浆系统的问题主要表现在以下两个方面：磨机进口溜槽设计时采用普通碳钢板，由于磨损、腐蚀等原因泄漏频繁，检修工作量较大；钢棒使用到后期，细棒、断棒在磨机中被磨成钢丝随煤浆带入煤浆泵，造成煤浆流量及烧嘴压差波动，给生产带来隐患。目前我们正准备针对以上岀现的情况进行相应改造。» 1A/i-AEJFKJfEflKJJirr &55IO4Ml气化装置从2000年8月9日第一次投料起，至 2004年4月，3台气化炉共投料近150次，投料成

4、功率大于 98%单炉连续稳定运 行时间为1154h。运行过程中，针对出现的问题，对装置进行了数百项技术改造，积累了较为丰富的经验，设备及备品、备件国产化率不断 提高，德士古烧嘴、耐火砖、锁渣阀等关键设备已实现了国产化。原料使用上我们大胆尝试，分别于2000年11月进行了义马煤配入 50%华亭煤的试烧、2002年3月配入20%石油焦的试烧、2002年5月配入30%北宿煤的试烧工作，皆取得了成功，并在2003年创造性地配入淮南、关桥精煤进行试烧，还在试验室中进行了数十种配煤的成浆试验，为进一步拓展德士古气化用煤打下了基础。三年来无论在经济运行、 计划停车率及单炉稳定运行等方面都取得了长足进步，三年

5、中气化炉停车情况见表2,气化炉运行具有代表性的技术经济指标见表3。>2停车固董汇啟录-总坎牡百舟比工41ULM2i32.S44147.5Ia721I7.S骨电22$SsT1时ii12att43M100ft)揶标憎标4H人« SWP忌忱QtOAD HjMd * >1000r*14酋Wl * 性0.4ASP 3UVWcoat.6CH/MT.ISJS*7JS會"VIM2U J2ldmW” itg”附.2.2 原料使用情况、问题及改进从纯理论角度上说，德士古气化对煤种的适应性较广，但在实际生产中，要保证系统长周期稳定经济运行，煤的质量是一个至关重要的因素。具体地说，煤的

6、灰分、成浆性、灰熔点、粘温特性是影响德士古气化经济运行的几个重要指标。煤中的灰分虽不直接参加气化反应，但要消耗反应热，增加氧耗、煤耗。灰分多，渣量多，随渣而损失的碳也相应增加，且给锁渣系统及灰水处理系统的运行带来困难。成浆性能好的煤易制得较高浓度的煤浆，可降低制浆成本，煤浆浓度高，合成气中的有效气体成分（CO+H）将增加。德士古气化为液态排渣，灰熔点高，操作温度就高。在正常生产条件下，耐火砖表面有一层煤渣层，适当的渣层可以减缓气体和熔渣的冲刷，温度低时渣层较厚，温度高时渣层较薄，影响耐火砖的使用寿命，不利于系统的经济运行。煤的粘温特性也直接影响气化炉的操作温度，有时灰熔点低的煤，灰的粘性温度并

7、不低，如义马煤其T4温度一般小于1300C，但当温度在1400C以上时，灰粘度较小，而低于1400C，灰粘度急剧增大，流动性变差，故气化炉操作温度应综合考虑灰熔点和灰粘度。我厂设计用煤为义马煤，义马煤成浆性较好，但灰分、灰熔点较高，且煤质极不稳定，所以开车不久，我厂就在义马煤中掺入50%的华亭煤试烧并取得成功。进入2001年后，义马煤质逐渐恶化，灰分高时可达30%灰熔点高达1400C，严重制约了气化正常运行，表现为1#、3#炉下降管烧结，气化炉炉砖蚀损严重，锁斗循环泵运行质量大大下降，捞渣机掉链频繁，灰水系统运行困难，给整个生产和管理带来极大的麻烦。为此我厂及时调运一批石油焦，掺入义马煤中，使

8、整个原料的灰分下降到17%20%灰熔点在12501300C，逐渐使生产恢复正常。因此煤种的好坏对整个气化装置的经济运行影响很大。德士古煤气化对原料煤的要求，使单一的原料煤种较难满足系统正常运行的需要，采用配煤技术，扩大气化用煤来源已成为国内现有德士古气化厂的共同之举。几年来我厂在义马煤中掺配石油焦、华亭煤、北宿煤、三河尖煤等，都取得成功，且掌握了一定的配煤经验。配煤不但可以使原不能用于气化的单煤、石油焦可以气化，并能保持系统的长周期稳定运行，降低煤耗、氧耗。配煤技术拓宽了德士古气化的原料来源。表 4为淮化配煤前后的经济技术指标对比。a配处師jg弋化经济號盘崩林对比«11仔默介任L.S

9、lhSwn血ficwaa1414137S.S11K.21225i.nt.2S1.251.26 i6?.6口册療血闻J 2511095 .S1149.1荷牙曲气扣岐广bHW 523S.135,736.6«-04J.2心上42.fi34,-*21.129.9550597堆氨收rut2.nsl.Tkl)WW42.3 烧嘴使用情况、问题及改进德士古烧嘴是德士古煤气化工艺的核心设备，喷嘴运行初期，雾化效果好，气体成分稳定，系统工况稳定；运行到后期，喷嘴头部 变形，雾化效果不好，这时气体成分变化较大，有效气成分下降，特别是发生偏喷时，使局部温度过高，烧坏热偶，严重时，发生窜气， 导致炉壁超温。喷

10、嘴的运行质量和使用寿命直接决定了气化长周期经济运行。开车初期，我厂使用的喷嘴由于煤质、烧嘴局部尺寸、煤浆 质量等多方面原因，喷嘴使用平均寿命偏低，运行时间最长的不到2个月，最短时只有7天，且不同烧嘴运行稳定性较差，成为制约系统长周期运行的一大问题。经过长期摸索，我们发现多次烧嘴损坏拨出后都存在以下问题：烧嘴头部端面有烧裂痕迹；中外两套管管口 龟缩在一起，造成氧气走偏流。针对以上情况，我们对烧嘴局部尺寸进行调整，不断改进后取得了长足进步，现每个烧嘴的使用寿命基本 上都在30天以上，但仍存在部分烧嘴雾化效果不好，气体成分较差的情况。烧嘴的质量问题仍是我们下一步工作的主题。2.4 锁渣系统运行情况、

11、问题及改进我厂用煤灰分设计值为14.78%，而实际运行值在20%左右。灰分增加，渣量随着增大，渣水温度高，给锁渣系统稳定运行带来诸多问题。几年来，遇到的问题主要有以下几个方面。破渣机密封漏大。开车初期破渣机填料泄漏频繁，造成单炉停车，后把密封填料由聚四氟乙烯改为石墨填料，效果较好。在工况较稳定时，破渣机运行也较稳定，而当操作炉温较低或烧嘴异常，造成偏喷时，有大块渣落下，造成破渣机负荷波动大，损坏密封填料，造成轴封漏。排渣阀（XV1310）漏大。自开车以来由于义马煤灰分一直都居高不下，渣量多，热负荷大，锁斗水温比设计值高 40C左右，对排渣阀XV1310冲刷严重，造成XV1310密封面损坏，XV

12、1310泄漏大，被迫单炉停车。现XV1310 的使用寿命平均为6000h。捞渣机掉链。捞渣机掉链是因为锁斗排渣直接冲击链条、负荷过大或是有大渣夹在导轮上，使链条受力不匀，导致掉链。掉链处理较为困难，要打开渣池仓门，人进去清除积渣，才能使链条复位，一般需12h，这时锁斗处于集渣状态，所以必须减负荷才行。我厂因煤质原因，锁渣系统运行质量一直不太好，开车初期一年多来，先后有7次因锁渣系统故障而停车，占开停车总数的10%左右。经过不断摸索，我们对破渣机填料、捞渣机等进行相应改造并加强对锁渣系统运行的工艺管理，近两年运行情况大为好转，因锁渣系 统故障的停车率大大降低。2.5 耐火砖使用情况及改进德士古气

13、化炉耐火砖的使用寿命是至关重要的，换一次向火面耐火砖，拆卸、筑炉、烘炉、检查、试压用时近一个月，严重影响了备炉工作，所以必须选用较好的耐火砖，筑炉时严格把好质量关，在使用过程中严格控制气化炉操作温度，尽量延长耐火砖的使用寿命。 影响耐火砖使用寿命的因素主要有以下几点。煤质。煤中灰分含量高，渣多，对炉砖的冲刷大，在其他工艺条件相同的情况下，其使用 寿命就短。烧嘴。烧嘴运行质量对炉砖的影响很大，特别是烧嘴偏喷时，造成炉砖局部温度过高，局部砖蚀损相当严重。操作温度。 气化炉操作温度对耐火砖的寿命至关重要。在正常生产条件下，耐火砖表面有一层煤渣层，温度低时渣层较厚，温度高时砖层较薄，适当 厚的渣层可以

14、减缓气体和熔渣的冲刷。开停车次数。开停车时，炉内温度有一个温度瞬间由低到高或由高到低的过程，温度变化太快、 太大，对耐火砖非常有害，有时甚至会导致耐火砖因受力不匀而开裂损坏，故生产过程中应尽量做到减少开停车。我厂三台炉砖原始开车使用的都为法国萨瓦公司生产的铬铝锆砖，效果较好，但进口砖价格昂贵，用国内砖替代进口砖已势在必行,几年来这方面的工作我们一直在做，先后在不同的炉子上试用了国内不同厂家的耐火砖，如洛阳洛耐院、洛耐厂和新乡耐火材料厂的耐火 砖，几年来炉砖使用情况见表 5。4： rtfti+Mmipoutji.!：!>"I I ft M).2.6 碳洗塔带灰、带水及改进德士古气

15、化自开车以来一直存在着碳洗塔带灰、带水问题，表现为：碳洗塔阻力上升较快（1个月左右阻力增至 0.2MPa以上，只有单炉停车处理），停车检查发现除沫器结灰严重，说明碳洗塔阻力上升主要是因为除沫器堵塞；后工序变换炉之前煤气分离器的分离 冷凝液量较大，灰随合成气带入变换炉后，影响变换催化剂的活性，降低了催化剂的使用寿命，且变换系统阻力上升较快，运行3个月时间阻力增加0.3MPa以上，迫使系统因阻力问题而停车，严重影响了系统的经济运行。通过分析我们知道我厂德士古气化装置设计运行灰分 为14.78%，而自运行以来煤的灰分都在20%左右，煤灰分条件改变后，系统中影响洗涤因素的参数未作调整，使激冷室、碳洗塔

16、洗涤水中的灰含量变大，影响了洗涤效果，合成气中的灰含量增大，造成碳洗塔、变换系统阻力上升。针对以上分析的原因，并根据工况的实际情 况，我们做了以下两个方面的工作：调整系统与洗涤有关的工艺运行参数；对碳洗塔进行相应改造。改造后效果明显，基本上解决了 带灰、带水问题。3 灰水处理系统我厂灰水系统采用二级闪蒸，流程简单，操作方便，且气化炉排黑水和碳洗塔排黑水分开进高压闪蒸罐，很好地解决了气化炉和碳 洗塔共用同一黑水排放总管而使碳洗塔黑水管线堵的现象。但长时间运行时，闪蒸罐及管壁岀现结垢，真空闪蒸除沫器堵塞严重，操作不 稳定时，壁垢脱落堵塞管道或卡住阀门，导致闪蒸罐的液位高，满入换热器，使换热器效率变

17、差，灰水质量下降，影响系统的稳定运行。 一般运行3个月必须停车对闪蒸系统清理，这已成为影响系统长周期运行的关键因素之一。后经过尝试，我们充分利用开工冷却器的处理 能力，基本上做到了系统不停车直接清理闪蒸系统。开工冷却器只是在开、停车时使用，在气化炉温度、压力未正常之前，黑水由此冷却 后直接排向沉降槽，正常后切向闪蒸，这样当灰水处理系统岀现堵塞时，可把系统排放黑水全部导入开工冷却器，为灰水处理系统腾岀检 修清理时间，检修完毕后再把黑水重新切回。几种德士古气化渣水系统的技术评价王建军1,王林1,张亮2（1.贵州开阳化工有限公司，贵州开阳550300 ; 2.兖矿鲁南化肥厂气化分厂，山东滕州2775

18、27） 2007-07-13自从德士古第1套水煤浆加压气化装置在鲁南化肥厂投料开车以来，国内近十几年又陆续建设了十多套水煤浆加压气化装置，均已 取得成功运行经验。德士古气化渣水系统包括黑水处理与灰水循环。黑水为气化炉、洗涤塔或水洗塔、热水塔去闪蒸装置的水。灰水为黑 水澄清处理后的清水。渣水系统运行得正常与否，直接影响到整个系统能否长期安全稳定运行。国内各厂的渣水系统经过不断革新和改造， 运行已趋稳定，但仍然存在着不少问题。笔者拟通过对国内几种德士古气化渣水系统工艺流程和运行情况的对比，对渣水处理装置的改进 效果进行技术评价。1鲁南化肥厂渣水处理系统1.1 工艺流程兖矿鲁南化肥厂德士古水煤浆加压

19、气化装置于 1989开始建设，1993年4月投入试生产，1995年全面投产。2001年12月鲁南化肥 厂又新增全部国产化的第 3台气化炉。气化炉运行方式改为 2开1备，同时配套增设第 2套闪蒸系统。2004年新增第3套闪蒸系统，达到 了3台气化炉配置3套闪蒸系统运行。该装置早期运行中存在气化炉和洗涤塔带水、黑水系统堵塞和磨损、灰水系统结垢等问题，严重制约系统的连续稳定长周期运行。 黑水系统的运行周期一般为 36个月，经过不断改造，气化系统运行非常稳定，备用的闪蒸系统投入后，极大地缓解了黑水系统对主系统换熟D.5高压闪煎需頂换热器(诵一奇屋闪撰分离器；7中压闪裁换整鬆汕中尿闪蕭分撇遢川一倉空闪毎

20、换热器； 豎闪蒸分堀Mhii沉降懵川2炭水列1.2 装置特点该灰水处理采用三级闪蒸，高压为 0.71 MPa，中压为0.20 MPa，真空0.0550.065 MPa。这套灰水处理系统是国内最早的装置，有多年生产运行经验，操作比较熟练。该装置主要缺点如下。(1) 因闪蒸罐气相(废气)直接火炬排放，开停车过程中压力和液位(闪蒸罐)比较难以控制。(2) 系统结垢严重。该系统使用的大多为U型管换热器，运行周期短，一般检修后只能运行3个月。换热器列管堵塞比例高达2/3,闪蒸罐清理难度大。由于罐内汽液分离器短时间无法清理彻底，被迫拆下清理，导致检修周期过长。(3) 管道和阀门更换频繁，检修费用较高。2

21、渭化渣水处理系统渭河煤化工集团有限公司采用6.5 MPa水煤浆加压气化技术的大型化肥装置于1992年3月开工建设，1996年5月生产出尿素产品，1997年正式进入生产运营阶段，2000年生产达标，2001年实现盈利。2.1 工艺流程渭化渣水系统工艺流程见图2。从气化炉和碳洗塔排出的高温黑水减压后进入高压闪蒸器，闪蒸出大部分溶解的合成气，含尘液体再经低压、真空闪蒸被浓缩后进入澄清槽，水中加入絮凝剂使其加速沉淀。澄清槽底部的细渣浆经泵抽岀送往过滤机给料槽，由过滤机给料泵加压后送至真空过滤机脱水，渣饼由汽车运岀厂外。高压闪蒸器闪蒸岀的高压气体经过灰水加热器回收热量之后，通过气液分离器分离冷凝液，然后

22、进入变换工段汽提塔。1 一爲压闪議探注一他址的掘變小一廣木加黑番M 就分舅話； ”-枫咕內橢第询一真空諛辄器沖一裁Y喷射亲訓一褂淆HT浮一貳 水用低压闪蒸器闪蒸岀的低压气体温度约120C，直接送至洗涤塔给料槽作脱氧热源。真空闪蒸岀的气体，经真空闪蒸冷凝器冷凝后由蒸汽喷射泵及真空泵抽岀进入分离器，气体放空，冷凝水可作为系统水。澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵送至洗涤塔给料槽，少量灰水排往废水处理系统。2.2 装置特点气化灰水处理采用四级闪蒸，能更有效地闪蒸出黑水中的酸性气体，黑水被浓缩，加入絮凝剂更有利于黑水沉降。但该工艺流程过于复杂，增加了设备投资。闪蒸汽进入变换工段汽提塔，不再采用火炬排

23、放，有利于环境保护。3 淮化渣水处理系统2000年淮化公司建成投产了 1套18万t /a合成氨，30t, /a尿素的生产装置，其中气化部分采用美国德士古公司的水煤浆加压气化工艺，是国内继鲁南化肥厂之后投运的第4套水煤浆加压气化装置。装置包括2套磨煤系统、3台气化炉系统和1套灰水处理系统。气化炉为2开1备，气化压力为 4.0MPa，产气能力（出+CO为1 264km3/ d。该装置运行时间已近 4年，其间对系统进行了大小几百项技术改造，并成功地进行了义马煤中配入华亭、北宿、新河煤及石油焦的试烧工作，并创造性地参烧了淮南、关桥精煤，于2003年达到了设计能力。淮化渣水系统工艺流程见图3。渣水处理装

24、置存在的问题及实施的改进措施如下。I一髙压何眾舉山一低陌闪质啡皿一粧水加热鉴;4吒滾分离器；I*空闪蒸隔沁一或喘换热器洋一蒸吒喷射幫诃一澄淸倍;9庶朮槽小0-幵工拎却器3.1 碳洗塔带灰、带水及改进气化装置自开车以来一直存在着碳洗塔带灰、带水等问题，表现为：碳洗塔阻力上升较快，运行1个月左右阻力就增至 0.2 MPa以上，停车检查发现除沫器结灰严重，说明除沫器堵塞是碳洗塔阻力上升的主要原因；后工序变换炉之前的煤气分离器分离的冷凝液量较多，灰随合成气带入变换炉，影响变换触媒的活性，降低了触媒的使用寿命；变换系统阻力上升较快，运行3个月时间阻力增加到 0.3MPa以上，迫使系统停车处理，严重影响了

25、系统的经济运行。该厂德士古气化装置设计运行灰分为14.78 %，而自运行以来煤的灰分均在20%左右。煤灰分条件改变，而系统中影响洗涤因素的参数却未做相应调整，使激冷室、碳洗塔洗涤水中的灰含量增加，影响了洗涤效果。合 成气中的灰含量增高，造成碳洗塔、变换系统阻力上升。针对以上问题，并根据实际工况，进行了以下改进：调整系统与洗涤有关的工艺运行参数；对碳洗塔进行相应的改造。改造后效果明显，基本上解决了带灰、带水问题。3.2 灰水处理系统存在问题及改进灰水系统采用二级闪蒸，流程简单，操作方便，且气化炉排黑水和碳洗塔排黑水分开进高压闪蒸罐，很好地解决了气化炉和碳洗塔因共用同一黑水排放总管而使碳洗塔黑水管

26、线堵的现象。灰水系统存在的问题是：闪蒸罐及管壁岀现结垢；真空闪蒸除沫器堵塞严重，操作不稳定时，壁垢脱落堵塞管道或卡住阀门。这些问题导致闪蒸罐的液位提高进入换热器，使换热器效率变差，灰水质量下降，影响系统的稳定运行。一般运行3个月就须停车对闪蒸系统清理。改进的措施是充分利用开工冷却器的处理能力，做到系统不停车直接清理闪蒸系统。开工冷却器只是在开、停车时使用。在气化炉温度、压力未正常之前，黑水冷却后直接用泵送入沉降槽，温度、压力正常后再返回闪蒸。这样当灰水处理系统岀现堵塞时，可把系统的黑水全部排入开工冷却器，为灰水处理系统留岀检修清理时间，检修完毕后黑水重新返回。4 国泰化工渣水处理系统国泰化工有

27、限公司煤气化装置于2005年7月建成投产，采用新型四喷嘴对置气化技术，气化炉操作压力为4.0 MPa，2台气化炉，2套渣水处理系统。蒸发热水塔的操作压力为0.45 MPa，真空闪蒸罐的压力为0.070.08 MPa，蒸发热水塔分为黑水闪蒸室和填料塔。4.1 新型洗涤冷却室结构运用交叉流式洗涤冷却水分布器和复合床高温合成气冷却洗涤设备，既强化高温合成气与洗涤冷却水间的热质传递过程，又很好地地解决了洗涤冷却室带水、带灰、液位不易控制等问题，并使合成气充分润湿，有利于后续工段进一步除尘净化。4.2 分级净化式合成气初步净化工序采用“分级净化”的概念，由混合器、分离器、水洗塔三单元组合，形成合成气初步

28、净化工艺流程，即先“粗分”再“精分”，具 有高效、节能的作用。混合器后设置分离器，除去80%90%的细灰，使进入水洗塔的合成气较为洁净，加入水洗塔的洗涤水比加入混合器的润湿洗涤水更清洁，以保证洗涤效果。表现为系统压力降低(0.080.1 MPa)，分离效果好，合成气中细灰含量低 (v 1 mg/用)分级净化的方法避免了合成气初步净化工序的堵塞问题。德士古水煤浆气化炉投料初期，附着在工艺气岀口管线内壁上的垢污受热及高速气流冲刷后脱落，极易造成水洗塔岀口管线堵塞。由于多喷嘴气化技术设置了分离器，灰垢被预先挡在分离器内，这样，即使分离器排水管线被堵，碳洗塔排水照样可以起到排灰作用。4.3 含渣水处理序采用含渣水蒸发产生的蒸汽与灰水直接接触，同时完成传质、传热过程。该法的优越性为：无影响长周期运转的隐患；回收热量充分，高温灰水与闪蒸汽温差v 2'C,热效率高。在工业装置运行中已证实具有较长的操作周期和很好的能量回收效果。渣水处理系统关 键设备蒸发热水塔的操作灵活性和稳定性远优于其他渣水处理技术。4.4 装置特点合成气经旋风分离器，水洗塔二级除尘、降温，有利于气体的净化。灰水系统采用二级闪蒸。结构更加紧凑，流程简便，操作简单。 经过二级闪蒸，能够有效地分离岀黑水中的酸性气体，节省设备投资，有利于环保。渣水系统工艺流程