貴州開陽粉煤加壓氣化裝置開車及運行總結

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(貴州開陽化工有限公司，貴州 開陽 550300)

1 概 述

貴州開陽化工有限公司500 kt/a合成氨項目，是山東兗礦集團為充分利用貴州豐富的煤炭資源而投資建設的煤化工項目。該項目的關鍵技術干煤粉加壓氣化技術引進于德國科林公司，結合兗礦集團自有的多噴嘴水煤漿氣化技術工業(yè)化經(jīng)驗及干煤粉氣化中試裝置運行經(jīng)驗，形成了擁有多項專利及關鍵設備的干煤粉加壓氣化技術。

公司合成氨項目采用干煤粉加壓氣化工藝(適合于氣化貴州高灰熔點煤)，氣化壓力為4.0 MPa(G)，設置2臺氣化爐(單臺耗煤1 000 t/d)和對應的2套渣水處理裝置，每臺氣化爐按75%的負荷進行生產(chǎn)，有效氣(H2+CO)產(chǎn)量為140 km3/h，干煤粉需求量約為92 t/h，設計年運行時間為330 d，合成氨生產(chǎn)能力為500 kt/a。

500 kt/a合成氨項目自2010年10月正式開工；2012年10月前基本完成建設任務，進入單體試車、聯(lián)動試車階段；2012年10月9日開始投料試車，11月3日氣化爐投料成功；2013年1月21日打通全流程，產(chǎn)出合格產(chǎn)品；2013年4月4日實現(xiàn)氣化雙爐運行。截至2014年7月，氣化系統(tǒng)單爐運行最長時長35 d，雙爐運行最長時長65 d。

2 氣化裝置流程簡介

2.1 煤粉制備系統(tǒng)工藝流程(圖1)

原料煤由供煤系統(tǒng)送入各個制粉系列的原煤倉，原煤倉中的煤經(jīng)給煤機稱量后進入磨煤機，原料煤的磨細和干燥在磨煤機中同時進行。用于干燥和輸送煤粉的氣體——由干燥氣升溫爐產(chǎn)生的高溫干燥氣，把一定粒度的煤粉帶到位于磨煤機上部的分離器進行分離并干燥后，經(jīng)上升的輸送管送入袋式收粉器。不符合要求的粗煤粉落回到磨盤上，被再次碾磨。升溫爐開車階段使用的燃料氣為液化石油氣，系統(tǒng)運行正常后則采用液氮洗工段來的燃料氣，不足部分由低溫甲醇洗工段來的燃料氣補充。出袋式收粉器的尾氣進入主排風機，部分尾氣進入系統(tǒng)循環(huán)利用；其余尾氣排入大氣中，尾氣含煤粉濃度≤30 mg/m3。不能磨細的石子煤落到磨煤機下部石子煤斗中，定期清除。袋式收粉器的煤粉經(jīng)星型卸灰閥進入振動篩，除去雜物，干凈的煤粉再經(jīng)落粉管進入煤粉倉。

圖1 煤粉制備系統(tǒng)工藝流程簡圖

2.2 煤粉加壓及給料系統(tǒng)流程(圖2)

圖2 煤粉加壓及給料系統(tǒng)流程簡圖

煤粉倉中的煤粉，經(jīng)下部3個煤粉鎖斗交替下料，進入煤粉加料罐——低壓狀態(tài)下，煤粉經(jīng)氮氣流化后進入煤粉鎖斗，在煤粉鎖斗內(nèi)再次加壓后進入高壓設備煤粉加料罐，煤粉加料罐中的煤粉再次經(jīng)氮氣流化后經(jīng)3條煤粉管道進入氣化爐中的3個工藝煤粉燒嘴，然后進入到氣化爐反應室內(nèi)。

2.3 氣化及合成氣洗滌冷卻系統(tǒng)流程(圖3)

來自空分裝置壓力為4.3 MPa、溫度為25 ℃的氧氣，經(jīng)氧氣加熱器加熱到165 ℃后，與少量中壓過熱蒸汽在氧氣蒸汽混合器混合后，分別進入3個工藝煤粉燒嘴，與經(jīng)煤粉燒嘴噴入氣化爐的煤粉在1 600 ℃左右的高溫下發(fā)生部分氧化反應，生成粗合成氣、熔渣，熔渣及未完全反應的炭通過燃燒室下部的渣口與激冷水沿下降管并流而下，進入氣化爐激冷室；粗合成氣被冷卻后在激冷室的液位以下以鼓泡的形式進行洗滌和進一步冷卻，再由激冷室上部空間進行氣水分離后出氣化爐激冷室。

從氣化爐激冷室出來的富含飽和水蒸氣的粗合成氣進入混合器，與來自黑水循環(huán)泵的黑水混合，使粗合成氣夾帶的固體顆粒完全潤濕，之后進入旋風分離器分離，合成氣中的大部分細灰進入液相，連續(xù)排出旋風分離器，進入渣水處理系統(tǒng)。出旋風分離器的合成氣進入洗滌塔的下部，進一步洗滌除塵，合成氣含塵量降至1 mg/m3以下后送下游工序。洗滌塔底部排出的黑水，通過流量控制經(jīng)減壓后進入渣水處理系統(tǒng)；而洗滌塔中部含固量較低的洗滌黑水則經(jīng)黑水循環(huán)泵加壓后分為兩路，一路經(jīng)激冷水過濾器過濾后送入氣化爐激冷環(huán)、另一路送入混合器，分別作為洗滌水、潤濕水。

圖3 氣化及合成氣洗滌冷卻系統(tǒng)流程簡圖

熔渣在激冷室的水浴中通過靜態(tài)破渣器破碎后，進入破渣機再次破碎，然后被鎖斗循環(huán)水夾帶進入鎖斗定期排入渣池；激冷室底部的渣水則通過液位調(diào)節(jié)閥連續(xù)排放至蒸發(fā)熱水塔，未完全反應的炭顆粒懸浮在渣水中，隨同渣水一起到渣水處理系統(tǒng)作進一步處理。

3 系統(tǒng)試開車情況

3.1 氣化爐掛渣

氣化爐試開車的關鍵工作之一就是爐膛掛渣。氣化高灰熔點煤時，氣化爐爐膛溫度在1 500～1 600 ℃。筒體內(nèi)部采用水冷壁盤管結構，盤管上布滿抓釘，抓釘間隙涂滿耐火澆注料。為避免水冷壁盤管及氣化爐筒體的損壞，采取以渣抗渣的方法，即在耐火涂層上掛上一層固態(tài)的熔渣。為防止熔渣無法及時固化，氣化爐掛渣時采取低溫操作，控制好氧煤比，監(jiān)控好氣化爐筒體溫度，同時注意氣化爐熱通量的變化。掛渣過程中，一旦熱通量迅速減少，表明熔渣已經(jīng)固化，并均勻掛在耐火涂層上；而一旦熱通量不斷增大，則表明氣化爐爐溫較高，渣沒有掛上，需改變操作條件。氣化爐初次掛渣采用貴州青龍煤，并一次掛渣成功。掛渣后待熱通量穩(wěn)定后，立即停車，并進爐檢查掛渣效果；經(jīng)檢查，內(nèi)壁光亮滑溜，無裂紋，達到理想的掛渣效果。貴州青龍煤煤質(zhì)參數(shù)如下：C 62.39%、H 2.29%、O 0.11%、N 1.02%、S 2.39%，灰分12.77%，揮發(fā)分 12.77%；煤灰熔融性(弱還原氣氛下)，DT 1 307 ℃、ST 1 417 ℃、HT 1 468 ℃、FT 1 488 ℃。

3.2 氣化裝置開停車情況

氣化裝置自試開車以來，由于人員比較年輕，開車經(jīng)驗都比較缺乏，裝置運行時間都不是很長。無論是工藝還是設備方面都出現(xiàn)了一系列問題。工藝方面主要有，最初的制粉系統(tǒng)熱風爐點火困難，氣化長明燈點火困難，多次點火不成功；后來的合成氣帶灰嚴重，沉降槽積灰致使攪拌器損毀。設備方面主要有，初期的磨煤機振動，給煤機卡堵，加料罐攪拌器跳車，高溫熱水泵超溫，壓濾機運行不暢及更換濾布頻繁等。2013年上半年氣化裝置開停車情況見表1。

表1 氣化裝置開停車情況及原因分析

3.3 開車所用煤種及運行指標

由于貴州地區(qū)大型煤礦比較少，產(chǎn)量不高，因此氣化裝置開車所用煤種不一，更換比較頻繁，給裝置的穩(wěn)定運行帶來不利影響，尤其是對氣化爐爐溫的控制及灰水水質(zhì)的控制。所用部分煤種運行參數(shù)見表2。公司對貴州各地的多種煤進行氣化，獲得了一系列高灰熔點煤的工業(yè)運行經(jīng)驗，有利于干煤粉加壓氣化裝置的推廣及穩(wěn)定運行。

表2 氣化煤種及運行指標

4 系統(tǒng)運行常見問題及處理

4.1 磨煤機振動致風煤比欠佳

制粉系統(tǒng)制粉時，磨煤機的磨輥與磨盤之間發(fā)生摩擦，產(chǎn)生劇烈振動，磨煤機進出口壓差大，導致其出力不夠，影響設備運行壽命，也導致后系統(tǒng)無法正常穩(wěn)定運行。為此，經(jīng)過對磨煤機內(nèi)部結構的一系列改造，消除了磨煤機振動的現(xiàn)象，提高了磨煤機出力，為后系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行打下了堅實的基礎。

4.2 合成氣帶灰嚴重

出氣化爐合成氣經(jīng)洗滌塔洗滌后，送入凈化工序處理，從而得到合格的精制氣。要求向后系統(tǒng)送的合成氣含灰量≤1 mg/m3，而貴州煤的特點就是灰熔點高，同時煤中的灰分也高，達20%以上(質(zhì)量分數(shù))，這就給合成氣洗滌系統(tǒng)帶來了壓力。由于洗滌效果不好，合成氣帶灰較為嚴重，含塵量遠遠超過設計指標。帶灰的后果是，容易造成管道堵塞，更嚴重的是造成變換系統(tǒng)催化劑中毒，活性降低，影響變換效率。為此，經(jīng)過討論研究，決定對洗滌系統(tǒng)設備進行改造，如對旋風分離器、混合器及洗滌塔內(nèi)部結構作了調(diào)整。與此同時，對合成氣洗滌用水也作了調(diào)整，優(yōu)化了操作參數(shù)，最終達到了良好的洗滌效果。

4.3 沉降槽積灰及攪拌器損壞

貴州煤灰分高，導致黑水閃蒸系統(tǒng)負荷比較大，同時黑水沉降系統(tǒng)的負荷也比較大。兩套氣化系統(tǒng)共用一套沉降系統(tǒng)，一旦黑水中灰分較高，攪拌器的負荷就比較大。在考慮黑水沉降速度的同時，得兼顧灰水水質(zhì)，防止管道堵塞。試開車期間只是考慮到灰水水質(zhì)，沒有考慮沉降槽攪拌器的負荷，沉降槽內(nèi)的積灰沒有及時排出，攪拌器負荷過大，造成渦輪蝸桿斷裂，致使系統(tǒng)停車。為此，對黑水沉降系統(tǒng)加強了監(jiān)控，其水質(zhì)及時進行人工分析，及時調(diào)整黑水、灰水藥劑，以及對沉降槽攪拌器的運行情況做好監(jiān)控，防止超負荷運行。經(jīng)過一系列調(diào)整，杜絕了此類情況再次發(fā)生。

4.4 壓濾機濾布吸不干及跑偏嚴重

每套氣化裝置對應一套壓濾機系統(tǒng)。試開車時，壓濾機經(jīng)常存在濾布跑偏、濾布吸不干等現(xiàn)象。初期認為是藥劑堵塞濾布，真空度達不到要求。在保證灰水水質(zhì)的前提下對藥劑進行了調(diào)整，但效果不明顯。考慮到濾布沖洗水溫度及用量問題，為防止濾布褶皺，重新配管，采用其他水源，但仍無法解決濾布吸不干的問題。壓濾機濾布跑偏、褶皺的現(xiàn)象也時有發(fā)生，除了現(xiàn)場監(jiān)控設備運行狀況的工藝人員態(tài)度不認真外，跟設備自身的性能也有關系，其自帶糾偏裝置氣囊經(jīng)常破裂，動作經(jīng)常失靈。上述兩種情況導致濾布使用周期極短，多則一個月，少則幾天。鑒于此，我們加強管理，對操作人員加強思想教育及技能培訓，并進行定期排查，但仍無法解決濾布使用周期短的問題。目前，仍在同廠家溝通，濾布高效利用的方式仍在摸索之中。

系統(tǒng)出現(xiàn)的其他問題，在此不一一贅述。

5 結束語

貴州開陽化工有限公司氣化裝置采用國內(nèi)比較先進的干煤粉氣化技術之一，對高灰熔點煤有極強的適應性及選擇性，在貴州地區(qū)的成功運行，必將為干煤粉氣化帶來較為廣闊的應用前景。對于我公司而言，總結運行經(jīng)驗，優(yōu)化運行指標，實現(xiàn)系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益是目前工作的重中之重。