延長水煤漿氣化水系統運行周期方法探討

賈 喆，潘進平，許 明，胡 楠

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

延長水煤漿氣化水系統運行周期方法探討

賈 喆，潘進平，許 明，胡 楠

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

針對中海石油華鶴煤化有限公司GE水煤漿氣化系統用煤的特殊性，以及灰石添加對水系統的影響，對水系統進行改造和工藝調整，制定合理的工藝控制指標。就水系統的優化，延長生產長周期的方法進行分析與研究。

石灰石；硬度；工藝改造；工藝調整；水源分配；結垢

中海石油華鶴煤化有限公司30萬t合成氨52萬t大顆粒尿素項目選擇美國GE能源水煤漿加壓氣化技術，氣化壓力6.5MPa（G），四級閃蒸流程。設計為三臺氣化爐，兩開一備，另外一臺氣化爐在運行爐出現故障時可以及時投入使用，保證生產連續性。鶴崗地區煤質具有優異的成漿性能，為水煤漿加壓氣化技術提供了有力的支撐，煤漿濃度正常運行時濃度為65wt%，氣化有效氣（CO+H2）達到85%，CO含量47%，H2含量38%，均達到為同行業較高水平。其中比氧耗401，比煤耗599，噸煤產變換氣2.86km3（標）。GE水煤漿加壓氣化技術操作壓力高，為后系統系統壓縮工段節約了大量能量。使用雙軟管式高壓煤漿泵進料，與粉煤氣化氣力輸送相比，高壓煤漿泵運行更穩定，性能更可靠，輸送壓力更高，穩定的給料系統也是GE水煤漿加壓氣化技術運行可靠的主要因素。中海石油華鶴煤化有限公司自投料生產以來，經過不斷的工藝優化，雙爐在線運行率達80%，日產合成氨1 100t，GE水煤漿氣化效率高，運行穩定的優點體現明顯，為公司滿負荷穩定生產提供了可靠的保證。同時使用煤質灰分高（約12%-14%），助溶劑石灰石添加3%，水系統的結垢，是目前制約本公司氣化裝置長周期運行的主要原因。本文就優化水系統的操作，針對系統現狀進行工藝改造，延長水系統運行周期進行探討與分析。

1 運行情況描述

1）本單位由于使用的原料煤的灰熔點較高，需要添加石灰石，石灰石添加量為原料煤質量的3%，系統水質硬度在1 200mg/L到1 600mg/L，水系統結垢趨勢很強，平均2 000h就進行一次物理清洗。根據運行中的摸索，本文對延緩水系統結垢趨勢，延長水系統運行周期到4 000h方法進行探討。

2）原料煤灰熔點與粘溫特性曲線如表1、表2所示。

表1　

根據粘溫特性曲線分析，氣化爐使用原料煤需要添加石灰石為原料煤質量的3%適合操作，石灰石的添加與原煤中灰分含量較高，引起系統水質惡化是本公司亟須解決的問題。

表2　

圖1　石灰石添加3%的灰渣粘溫特性曲線

2 水系統存在的主要問題

1）系統水質指標總堿度與總硬度均處于高位運行，水系統結垢趨勢嚴重。

2）系統結垢，嚴重制約了系統長周期運行，系統運行2000h后，激冷水管線結垢流通面積變小，激冷水過濾器內部大量積灰，激冷水泵進口堵塞導致吸入能力不足，引起激冷水泵氣蝕。氣化爐激冷室內積灰結垢嚴重，上升管與下降管堵塞，合成氣偏流，影響氣化爐的正常運行。

3）嚴重制約了系統長周期運行，清洗備爐的工作量較大且次數頻繁。

3 重新優化工藝技術指標

根據實際生產情況，為延長氣化裝置的運行周期，計劃將水系統運行周期延長到4 000h。

1）嚴格執行灰水控制工藝指標。灰水系統之前的控制指標以中南化工提供的為依據，有幾點需要變更，總硬度由1500mg/L更改為1 300mg/L，總堿度由1 500mg/L更改為500mg/L。具體的控制指標見表1。灰水硬度如果高于1 300 mg/L，分散劑投入量必須按照1 503×10-6絮凝劑的添加。

2）變換汽提塔嚴格控制氣提后的低溫變換冷凝液的質量，保證汽提塔塔底溫度不低于137℃，保證NH3-N低于150mg/L，并根據高壓灰水的運行工況，堿度高于500mg/L時，氨氮需要控制的更低。

3）嚴格控制排水量，其中對于每生產1 000m3（標）/h有效氣（CO+H2），對應排水1t本單位雙爐滿負荷生產時有效氣（CO+H2）為88 000m3（標）/h，氣化雙爐滿負荷生產時排水量應不低于88m3/h。

4 工藝技術改造

1）除氧器在具備條件下應配有脫鹽水管線，該設計對于優化整個系統水質至關重要，對于水之源相對豐富地區的煤化工企業可以連續向除氧器加水，優化系統內整體水質。

2）將高堿度的真空閃蒸冷凝液由原設計到除氧器更改到澄清池，便于與澄清池內高硬度的水進行中和，優化水質。真空閃蒸冷凝的pH值約為9，在澄清池內會發生結垢反應，由于澄清池的容積較大，內部設有耙料器，結垢等沉積物可以由澄清池底部進入真空過濾機脫去。

3）對進除氧器的低溫變換冷凝液進行改造，將該路水分配到真閃，汽提后的低溫變換冷凝液進入真閃再次進行閃蒸。真空閃蒸系統具備處理一定量氨氮的能力，其可以解析出60m3（標）/h氨氣，以便閃蒸系統對低溫變換冷凝液進行精制處理，也有利于降低除氧器高壓灰水的總堿度，除氧器補水配合脫鹽水的補入，對工藝系統的水質在源頭上進行優化。

5 優化分散劑性能和對分散劑加入點進行改造

1）考慮到本裝置原料和水質的特殊性，以控制水質指標為前提，和供貨商做相關的測試，優化分散劑的配方，對添加量和位置就目前水質情況，做進一步的深入研究，針對水質拿出有針對性的分散劑解決方案，并使用高效低磷的分散劑，降低外排水的含磷量，分散劑性能得到優化發熱同時，更滿足綠色環保的要求。

2）對分散劑管線進行改造，低壓灰水和高壓灰水泵的進口分散劑按照比例添加。低壓灰水泵進口量與高壓灰水泵的進口量為6：4，此處更改可以減少因低壓灰水泵持續向廢水處理排水對藥劑添加濃度的影響。正常運行時低壓灰水流量為280m3/h，去污水處理的量為83m3，改造之前約29.3%的藥劑進入了廢水處理，改造之后約17.7%的藥劑進入廢水處理，減少了去水處理的磷含量，提高了分散劑的效力，更降低了系統的結垢的風險。

6 閃蒸系統的運行管理

1）正常運行中通過提高除氧器壓力的方法來為提高除氧器水溫，導致除氧器頂部壓力調節閥PV03309經常自動關閉，除氧器頂部無放空，導致氨與二氧化碳在無法解析，除氧器在回收熱量的同時無法發揮汽提作用。為此我公司低壓閃蒸罐運行壓力由原0.21MPa（G）降低為0.19MPa（G），加大低壓閃蒸的解析量，降低真空閃蒸的負荷。低壓閃蒸壓力降低后，除氧器接收的熱源更加充足，除氧與汽提的效果更好，除氧器運行溫度維持在112℃以上，系統熱量得到很好的回收利用的同時也優化了水質。

2）增加高壓閃蒸分離器出口氣量，減少高壓閃蒸最終冷卻器的冷量。提高高壓灰水加熱器的流通能力，將出高壓閃蒸分離器的流量提升到1 500m3（標）/h，高壓閃蒸最終冷卻器需要設計有調節副線，在正常運行時候，副線閥門全部打開，增加氣體的流動速度，閃蒸氣與高壓灰水加熱器的傳熱效果更好，提高高壓灰水加熱器的效率。

3）高壓閃蒸分離器頂部排放氣目前排放量較小時，高壓閃蒸最終冷凝量很大，由于降溫導致解析出的氨和二氧化碳重新冷凝。高壓閃蒸器氣相出口氨與二氧化碳約200m（3標）/h，溫度降低會解析氣會再次溶解于冷凝液中，應合理的平衡高壓閃蒸最終冷卻器循環水分配，控制高壓閃蒸分離器頂部氣量在1 500-2 000m3（標）/h，保證氣體可以有效地解析，穩定系統的水質，防止氨氮在系統內部累積。

7 制定合適的總堿度與總硬度等控制指標

項目 控制指標 分析頻次pH 6-8 24電導率 ≤4 700mg/L 24總溶固TDS ≤2 000 mg/L 24濁度NTU 50 mg/L 24懸浮物SS 100 mg/L 24總硬度 1 300 mg/L 24總堿度 500 mg/L 24氯離子 500 mg/L 24 COD 500 mg/L 24 NH3-N 600 mg/L 24

8 合理平衡氣化爐與洗滌塔黑水循環量

通過合理的平衡氣化爐與洗滌塔之間的黑水的循環量，來調節激冷室黑水pH值。本單位開車初期激冷水量為220m3/h，氣化爐外排水位120m3/h，通過合成氣進入洗滌塔水量為100 m3/h，該運行條件下激冷水管線結垢較快，堵塞嚴重，洗滌塔排水pH為6.8，氣化爐排黑水pH為5.3，排水量過大導致激冷室內部酸性高，造成激冷室內部硅酸鹽結垢，上升管與下降管之間硅酸鹽結垢與懸浮物不斷的累計，引起堵塞。根據該情況對工藝運行進行調整，激冷水量原220m3/h不變，氣化爐外排水由120m3/h減小到80m3/h，合成氣帶入洗滌塔水為140m3/h，使氣化爐內pH值較低的水大量進入洗滌塔以降低洗滌塔內水的pH值，提高氣化爐激冷室內的pH值，調整后洗滌塔排水pH為7.2，氣化爐排黑水pH為5.9，激冷室內硅酸鹽結垢情況減緩，氣化爐上升管與下降管堵塞的情況消失，氣化爐運行周期延長。

9 經過改造后的水質對比分析與運行情況

表4　改造前低壓灰水數據

表5　改造后低壓灰水數據

10 結語

通過對水系統進行操作的優化，合適的排水量，優化系統水源的分配，藥劑進行科學添加，水系統運行周期進一步的優化，中海石油華鶴煤化有限公司水系統運行周期目前為4 000h，而且還有延長的空間，解決了因原料煤灰分高和石灰石的添加而引起系統結垢造成運行周期短的問題，為公司長周期運行打下了堅實的基礎。本單位通過一系列努力，克服了黑龍江鶴崗地區高寒的氣候條件，克服了黑龍江鶴崗地區原料煤高灰分高灰熔點的生產條件，以上為就本公司水系統的所做的相應改造與工藝調整，望廣大同仁批評指正。

[1] 黃少烈，鄒華生.化工原理[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 叢德滋，叢梅，方圖南.化工原理詳解與應用[M].北京：化學工業出版社，2002.

Extend CWS Gasification Water System Methods of Operation Cycle

Jia Zhe，Pan Jin-ping，Xu Ming，Hu Nan

Sea Crane Coal Co.GE coal water slurry gasifi cation system particularity，and limestone addition on water system，water system transformation and adjustment process，develop a reasonable process control targets.In this paper，water system optimization method to extend the long production cycle of analysis and research.

limestone；hardness；technological transformation；adjustment process；water distribution；fouling

TQ546

A

1003-6490（2016）01-0011-02

2016-01-11

賈喆（1987—），男，遼寧沈陽人，助理工程師，主要從事氣化部工藝技術監督，負責工藝技術管理工作。