'焦煤漿氣化裝置原始開車存在的問題探討

楊 路

(寧波中金石化有限公司 浙江鎮海 315203)

'焦煤漿氣化裝置原始開車存在的問題探討

楊 路

(寧波中金石化有限公司 浙江鎮海 315203)

多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置利用延遲焦化副產的石油焦進行制漿，同時外購部分水煤漿，兩者按一定的比例進行摻燒，在運行初期出現了煤漿泵故障率高、煤漿質量差的問題。通過原因分析并采取相應的措施，使存在的問題得到逐一解決，氣化裝置的運行周期大幅延長，為擬采用石油焦為原料的氣化裝置提供了可借鑒的依據。

焦煤漿；煤氣化；煤漿泵

寧波中金石化有限公司(以下簡稱中金石化公司)多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置在開車初期按照w(石油焦)∶w(煤)=1∶1摻燒石油焦，但在運行過程中出現了諸多問題，如渣中殘碳含量較高、氣化裝置運行的經濟性下降、比氧耗和比煤耗升高等。同時，由于摻燒石油焦的比例波動較大，導致渣中殘碳含量波動較大，對系統的水質產生了一定的影響，水煤氣管道結垢嚴重，影響了系統的長周期運行。為保證氣化裝置長周期穩定運行，對存在的問題進行了原因分析并采取了相應的改造措施。

1 煤漿泵故障率高

煤漿泵作為輸送焦煤漿的重要設備，其運行周期決定了氣化裝置運行周期的長短。中金石化公司氣化裝置選用的煤漿泵由德國艾默里奇公司生產，為雙缸雙作用隔膜泵。該泵采用較為可靠的機械式補油方式，但泵本體自我保護聯鎖過多，運行2個月共計造成氣化裝置跳車達6次之多，嚴重制約了氣化裝置的長周期運行。

經梳理發現，該煤漿泵共有聯鎖點17個，其中：溫度點6個，分別為齒輪箱1頂溫、齒輪箱1底溫、齒輪箱1溫度、齒輪箱2頂溫、齒輪箱2底溫以及齒輪箱2溫度；壓力點2個，分別為排氣壓力1和排氣壓力2；電機聯鎖點4個，分別為電機電流、電機轉速、電機扭矩和電機溫度；4個開關量聯鎖，用于判斷煤漿泵隔膜是否泄漏。不難看出，該泵在設計過程中不能規避儀表誤指示造成的裝置停車，這給氣化裝置的運行帶來極大的安全風險。與其他同類型裝置對比發現，該聯鎖設計是不合理的，故在大修期間對煤漿泵聯鎖進行了改造：取消原有溫度以及壓力顯示點跳車聯鎖，僅作為顯示信號進入DCS系統；保留判斷煤漿泵隔膜是否破裂的4個開關量聯鎖，同時增設30 min延時再觸發聯鎖停車和旁路按鈕。改造后，有效避免了因儀表誤指示造成的裝置停車。

2 煤漿質量差

2.1 渣中殘碳含量高

只有合適的焦煤漿粒度分布才能獲得理想的霧化效果，霧化效果好體現在能耗低、渣樣分布均勻及發氣量大。如果粗顆粒在焦煤漿中所占的比例過多，則氧氣與焦煤漿接觸面積較小，導致粗渣中殘碳含量過高；同時，粗顆粒因重力作用在氣化爐內停留時間相對較短，外加燒嘴處氧煤比不合適，導致燒嘴處容易超溫。如果細顆粒在焦煤漿中所占比例過多，則氧氣與焦煤漿接觸面積較大，便于氧氣與焦煤漿反應，可獲得較高的氣化效率；另一方面，細顆粒容易被水煤氣夾帶，導致未反應完全便離開氣化爐，雖然氣化反應時間較短，但是較低的系統壓力會將此現象放大，即單位時間內離開氣化爐內的細顆粒增多。因此，適宜的焦煤漿粒度分布有利于獲得較高的氣化效率。不同企業實際控制的煤漿粒度分布情況見表1。

表1 不同企業實際控制的煤漿粒度分布情況(質量分數) %

從燒嘴往下，細灰含量逐漸增大，細粒子越多則離開氣化爐的細灰就越多。氣化爐內存在一次反應區和二次反應區，一次反應區主要以生成二氧化碳為主，屬于放熱反應；水煤氣的生成主要在二次反應區。一般一次反應區和二次反應區是特定的，燒嘴霧化效果差以及燒嘴物料不平衡均會改變反應區。焦煤漿中的石油焦反應活性低，很難著火，不利于氣化反應，故一次反應區將大幅增加，即火焰變得更長；由于二次反應區空間減少，故渣中殘碳含量升高。通過前期運行發現，在相同負荷下增加石油焦的摻燒比例，渣中殘碳含量升高、渣量增多，也證明了這一點。正常情況下，氣化爐靠近渣口處屬于二次反應區的末端，而運行中該處溫度波動大且低，證明二次反應劇烈。

因此，無論是從燒嘴霧化效果來說還是從細粒子對反應區的影響來說，均對渣中殘碳含量升高起到了決定性作用。

2.2 系統水質差

在設計時，氣化裝置的氣化爐、旋風分離器和水洗塔出口黑水含固質量分數分別為1.5%，1.5%和1.0%，實際水洗塔出口黑水中含固質量分數為2.31%。由于未對旋風分離器出口黑水含固量進行分析，通過現場取樣對比，發現其值是水洗塔出口黑水含固量的1.5～2.0倍，即旋風分離器和水洗塔的除塵效果是較好的，水煤氣中夾帶的細灰不是因洗滌效果差所致。通過對旋分分離器混合器拆檢發現，其結垢原因并不是因為系統的堿度和硬度過高所導致的堿性結垢。

中金石化公司氣化裝置結垢原因是系統帶灰量較大，灰顆粒在流速較低處附著在管壁上形成集聚。由于未反應的殘碳黏度較大，特別是在摻燒石油焦的情況下會增大灰顆粒在管道粘接的概率，導致管道結垢。對于水煤漿氣化裝置而言，氣相是很少存在結垢現象的，主要原因在于氣相流速較快。而對中金石化公司氣化裝置進行拆檢發現，氣相管道中有大量灰渣集聚，細灰在管壁上附著后形成參差不齊的漩渦，漩渦處流速低，運行周期越長，灰渣集聚越多。通過前期運行發現，摻燒石油焦比例增大后，混合器壓差以1.5 kPa/d的速率增加。

通過對混合器處積灰的殘碳含量進行分析，其質量分數為86%(也可以通過對混合器積灰采樣作進一步的元素分析，因為煤中灰分在各個部位有不同的分布)。這就說明沒有霧化或者大部分沒有霧化反應的焦煤漿細顆粒與燃燒后的細灰粒度接近或更細，從而造成夾帶。該處集聚的并不是質量相對較輕的細灰，而是燃燒不完全的殘碳。由于粒度過小，燃燒后的煤顆粒不容易團聚形成較大的灰顆粒形成沉淀，所以導致黑水中含固量升高。殘碳含量高的細灰很難進行沉降分離，在水中處于懸浮狀態，由于黑水循環泵的進口高于水洗塔的黑水出口，這相當于水洗塔內的細灰又返回至氣化爐內。目前氣化裝置負荷較低，如果運行負荷達到100%，采用粒度分布過細的焦煤漿將會造成氣化爐帶水，即氣化爐的液位會逐漸下降，后期會導致氣化爐的液位難以控制。氣化爐液位過低將導致氣化爐激冷室的黑水濃度增大，單位時間內帶出氣化爐的細灰會增加很多。由于黑水是返回利用的，所以氣化爐內的黑水水質越來越差，最終會因氣化爐帶水而造成系統停車。

碳轉化率偏低，從氣化爐燃燒室排出的渣中可燃物含量高，造成水系統中含有較多的細煤顆粒；由于煤本身具有黏性，黑水黏度增大，在管道內流速過低，加重了管道內壁的結垢。過多的細粒子燃燒后形成的超細灰也更多，對于旋風分離器來說，水煤氣中夾帶的超細灰是無法脫除的，加劇了水煤氣帶灰。

系統水質的控制是一個長線工作，控制好水質須從源頭上解決問題。過多的細粒子在積灰的過程中相當于起“源”的作用，在石油焦摻燒比例較大時，細粒子會集聚在管壁上，長此以往，積灰速率會成倍增大，從而制約裝置運行。因此，如果不調整焦煤漿的粒度分布，氣化裝置很難實現長周期穩定運行。

2.3 處理措施

利用停車機會，通過多方面的努力，徹底解決了焦煤漿質量差的問題：①加強對原料煤的認識，將原有特低灰煤種改為水煤漿氣化裝置最常用的煙煤；②控制好原料煤與石油焦的摻燒比例，并由專人負責，嚴禁私自變更原料煤與石油焦的摻燒比例；③優化焦煤漿的粒度分布，使其符合工藝包的要求，同時建立相應的處罰機制。

通過采取相應的措施，基本上解決了焦煤漿質量差導致的渣中殘碳含量高以及系統水質差的問題。

3 結語

通過對氣化裝置出現的問題進行技術攻關，存在的問題逐一得到解決，氣化裝置的運行周期大幅延長，為長周期運行打下了良好的基礎，同時也為擬采用石油焦為原料的氣化裝置提供了可借鑒的依據。

AnalysisofInitialStart-UpProblemsofGasificationDeviceforCokingCoalSlurryUnit

YANG Lu

(Ningbo Zhongjin Petrochemical Co., Ltd., Zhenhai 315203, China)

The slurry made from petroleum coke which was the by-product of delayed coking production and coal-water slurry which was purchased in the market were burned together in the opposed multi- nozzle coal- water slurry gasifier in definite proportion. In the early operating days of the unit, the main problems occured were high failure rate of the coal slurry pumps and poor quality of the coal-water slurry. Through the reason analysis and adopting corresponding measures, the existing problems are solved one by one. The operation time of gasification unit is greatly extended, which provides a referable basis for the unit with petroleum coke as raw material.

coking coal slurry; coal gasification; coal slurry pump

楊路(1989—)，男，助理工程師，技師，從事水煤漿氣化生產工作；13863252062@163.com

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1006- 7779(2017)05- 0048- 03

2015- 12- 03)