五環(huán)爐粉煤氣化裝置試車運(yùn)行總結(jié)

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司二期40萬t/a醋酸項(xiàng)目氣化裝置采用的是五環(huán)爐粉煤加壓氣化工藝，該工藝由中國(guó)五環(huán)工程有限公司與河南能源化工集團(tuán)公司在借鑒和吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的粉煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該裝置于2015年7月7日 0點(diǎn)18分一次性試車投料成功以后，在隨后的技改和試車期間，河南龍宇煤化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱龍宇煤化工)通過對(duì)五環(huán)爐氣化裝置不斷地摸索、總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，不斷地提高運(yùn)行負(fù)荷，最高提升至103%，并完成了對(duì)本地煤與外地煤不同比例的摻燒實(shí)驗(yàn)，為今后完成試燒本地煤種積累了寶貴的操作經(jīng)驗(yàn)，也為五環(huán)爐所用煤種拓寬了使用范圍，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本，提高其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。截至2017年9月18日，五環(huán)爐共運(yùn)行286d，氣化裝置最長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)行記錄為83d。采用五環(huán)爐氣化裝置運(yùn)行2年多以來，通過不斷地技改和優(yōu)化，其經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和可操作性正在不斷地提升。

1 工藝流程

首先將粒度小于13mm的原料煤通過給煤機(jī)送入磨機(jī)內(nèi)，并通過給料機(jī)配入一定比例的石灰石，同時(shí)送入磨機(jī)中被碾磨，磨制合格的煤粉經(jīng)過熱惰性循環(huán)氣干燥后被帶入袋式過濾器中分離，分離出的煤粉被貯存在常壓粉煤貯倉中，經(jīng)煤鎖斗加壓輸送至煤粉給料罐，然后再經(jīng)4條煤粉管線從煤粉給料罐底部上吹式送出，在速度計(jì)和密度計(jì)測(cè)量計(jì)算后，與空分裝置送來的高壓氧氣同時(shí)配入少量過熱蒸汽混合，后經(jīng)煤燒嘴噴入氣化爐內(nèi)，在高溫、高壓下發(fā)生部分氧化反應(yīng)，生成的粗合成氣主要成分為(CO+H2)。氣化爐反應(yīng)室產(chǎn)生的高溫粗合成氣同其攜帶的飛灰在激冷段初次被激冷，然后經(jīng)輸氣管送往激冷罐，在激冷罐內(nèi)再次被激冷水冷卻、降溫和洗滌除灰；出激冷罐的粗合成氣溫度大約在190℃，然后進(jìn)入濕洗單元，經(jīng)過文丘里洗滌器和濕洗塔被洗滌水進(jìn)一步降溫、洗滌除灰，使合成氣溫度降低至180～190℃后被送往變換裝置。流動(dòng)的熔融液態(tài)渣流入渣池，熔渣迅速被固化，淬裂成玻璃狀的顆粒，大顆粒的渣迅速沉降并通過渣鎖斗系統(tǒng)定期排至撈渣機(jī)，大顆粒的渣由撈渣機(jī)撈出后落在長(zhǎng)皮帶上，送往渣場(chǎng)。在渣水中殘余的細(xì)渣及未反應(yīng)的煤粉顆粒懸浮物，由細(xì)渣漿排出泵送至澄清單元，初步水處理后循環(huán)再利用。

五環(huán)爐粉煤加壓氣化裝置采用三級(jí)閃蒸工藝回收氣化爐激冷罐、合成氣洗滌塔排出的黑水熱量，產(chǎn)生的0.6MPa(g)高壓閃蒸酸性氣外送至硫回收裝置使用。閃蒸濃縮后的黑水進(jìn)入低壓閃蒸罐，進(jìn)一步進(jìn)行二次閃蒸，產(chǎn)生的0.15MPa低壓蒸汽去除氧器，對(duì)循環(huán)灰水進(jìn)行汽提除氧，二次閃蒸濃縮后的黑水進(jìn)入真空閃蒸罐，閃蒸出的氣體經(jīng)冷卻降溫、分離后排入大氣，分離下來的濃度較高的液體則被回收到澄清槽的預(yù)混槽，與絮凝劑混合后去澄清槽進(jìn)行絮凝沉降，上部溢流的澄清水進(jìn)入到灰水槽，沉降槽底部濃縮的灰漿由沉降槽底流泵送至灰漿貯槽，經(jīng)灰漿槽底流泵送到臥螺機(jī)進(jìn)行分離，產(chǎn)生的濾餅送出界區(qū)，濾液則被送至澄清槽再次澄清使用。

灰水槽中的灰水經(jīng)低壓灰水泵加壓后主要送至3處：第1處送至除氧器，經(jīng)一次閃蒸蒸汽加熱除氧后，由除氧水泵送至減濕器進(jìn)一步回收熱量，再經(jīng)高壓灰水泵送至洗滌塔，作為洗滌補(bǔ)充水；第2處作為渣鎖斗排渣后的補(bǔ)充水；第3處過量的灰水送至水處理系統(tǒng)。

2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 所用物料參數(shù)

對(duì)所用原料煤的工業(yè)分析見表 1。

表1 煤的工業(yè)分析 %

對(duì)所用煤粉煤質(zhì)要求如下：水分含量 <2%；粉煤顆粒≥ 90μm ≤ 10%，≥5 μm ≥ 90% 。

2.2 工藝參數(shù)

氣化爐操作壓力為3.6～3.9MPa；氣化爐操作溫度為1 400～1 600℃；氣化爐單燒嘴流量為4.25/2.56/0.41(粉煤 /氧氣 /蒸汽)kg/s；氧煤比為0.75～0.90；冷煤氣效率為80%～83%；碳轉(zhuǎn)化率99%；粗合成氣溫度為180～190℃；高壓閃蒸罐壓力為0.6MPa(g)；真空閃蒸罐壓力為-0.05MPa(g)；比氧耗為300～330Nm3/kNm3(CO+H2)；比煤耗為≤ 512kg/kNm3(CO+H2)；有效氣(CO+H2)含量為90%左右。

3 試運(yùn)行情況

龍宇煤化工五環(huán)爐裝置于2015年一次試車投料成功以來，在2016年的技改和試車期間，龍宇煤化工五環(huán)爐氣化裝置不斷地提高運(yùn)行負(fù)荷，最高升至103%，截至2017年9月18日，五環(huán)爐共運(yùn)行286d，氣化爐最長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)行83d。試運(yùn)行期間開停車情況及停車原因見表2 。

表2 五環(huán)爐氣化裝置試運(yùn)期開停車時(shí)間及停車原因

4 試車過程中出現(xiàn)的主要問題及整改措施

(1)氣化爐投煤燒嘴時(shí)，多次出現(xiàn)煤燒嘴投進(jìn)去就跳的現(xiàn)象，經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)，氣化爐在低負(fù)荷下，氧流量表在小流量時(shí)運(yùn)行不穩(wěn)定，波動(dòng)較大。煤燒嘴投進(jìn)去后，由于氧流量低低聯(lián)鎖，導(dǎo)致出現(xiàn)了煤燒嘴投進(jìn)去就跳的現(xiàn)象。通過與儀表生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員交流溝通，分析原因是氧流量表的補(bǔ)償公式輸入故障、參數(shù)設(shè)置不合要求導(dǎo)致。經(jīng)過修改了氧流量表的參數(shù)，并對(duì)氧流量表的公式進(jìn)行了調(diào)整后，投煤燒嘴時(shí)再無出現(xiàn)類似的的問題，確保了投煤燒嘴的成功率，從而使開車順利進(jìn)行，保證了氣化爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)臥螺機(jī)運(yùn)行過程中多次出現(xiàn)堵料跳車，無法正常分離漿料，最嚴(yán)重時(shí)只能通過排導(dǎo)淋來維持灰漿貯槽的液位。若處理臥螺機(jī)時(shí)間過長(zhǎng)，就會(huì)使大量灰水不能及時(shí)處理，只能通過降低澄清槽底流泵的負(fù)荷來維持，致使溢流水中含有大量的細(xì)灰等懸浮物，并溢流至灰水槽中，給整個(gè)氣化裝置灰水循環(huán)系統(tǒng)水質(zhì)造成一定的影響，進(jìn)一步加快了系統(tǒng)設(shè)備的結(jié)垢速率。

經(jīng)過分析，主要原因是臥螺機(jī)對(duì)處理的灰漿有一定的條件限制，當(dāng)灰漿濃度突然發(fā)生變化或者絮凝劑添加量不合適時(shí)，都會(huì)造成灰漿的黏性增大，致使臥螺機(jī)在運(yùn)行時(shí)大量的黏性泥漿粘在臥螺機(jī)的外殼壁內(nèi)部及下料口處，由于泥漿的黏性較大，流動(dòng)性差，最終泥漿會(huì)在此處逐漸積累而堵塞出口，造成臥螺機(jī)振動(dòng)大、扭矩高而跳車，無法正常分離運(yùn)行。于是，為保障臥螺機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行采取了以下措施：①聯(lián)系生產(chǎn)廠家技術(shù)人員，現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)對(duì)臥螺機(jī)的日常調(diào)校，積累操作經(jīng)驗(yàn)，并把出現(xiàn)的共性問題進(jìn)行優(yōu)化技改；②根據(jù)水質(zhì)分析數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整絮凝劑用量，加強(qiáng)操作人員對(duì)水質(zhì)的關(guān)注，堅(jiān)持定期取水樣觀察，若水質(zhì)較好且灰水分析濁度不高時(shí)，盡量減少絮凝劑的用量；③與儀表技術(shù)人員一起，把臥螺機(jī)重要參數(shù)引入中控室，加強(qiáng)對(duì)臥螺機(jī)各參數(shù)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常及時(shí)檢查處理； ④加強(qiáng)對(duì)臥螺機(jī)的開停車管理，堅(jiān)持定期切換制度，結(jié)合定期全面檢查和日常巡查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

(3)濕洗塔出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。運(yùn)行一個(gè)月后，氣化爐濕洗塔出現(xiàn)液泛，其現(xiàn)象主要是濕洗塔液位波動(dòng)，且壓差增大，出口合成氣溫度和流量波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)，合成氣帶水使變換系統(tǒng)的分離罐液位上漲較快，甚至帶至變換爐，對(duì)催化劑造成嚴(yán)重危害。

分析主要原因如下：合成氣氣量波動(dòng)較大，濕洗塔液位操作較高，合成氣灰含量較大，濕洗塔補(bǔ)充水水質(zhì)變差使塔板結(jié)垢出現(xiàn)堵塞，且補(bǔ)水量過大。為了避免出現(xiàn)液泛，給后系統(tǒng)帶來危害，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，于是采取以下防范措施：①穩(wěn)定氣化爐負(fù)荷，保證合成氣氣量在設(shè)計(jì)范圍以內(nèi)；②正常運(yùn)行時(shí)規(guī)定操作人員液位不能控制過高，并且保持穩(wěn)定；③改善水質(zhì)，保證分散劑添加量合適，防止塔板結(jié)垢堵塞；④增加頂部鍋爐水補(bǔ)充量，且補(bǔ)水量要穩(wěn)定，根據(jù)負(fù)荷及時(shí)調(diào)整；⑤控制好濕洗塔pH值，保證水質(zhì)分析保持微酸性。通過最近一年多的生產(chǎn)運(yùn)行，再無出現(xiàn)濕洗塔液泛現(xiàn)象，保證了裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

(4)系統(tǒng)水質(zhì)不穩(wěn)定，并且波動(dòng)比較大。當(dāng)水質(zhì)變差后會(huì)導(dǎo)致灰水系統(tǒng)設(shè)備管道和換熱器內(nèi)部結(jié)垢加快，換熱器結(jié)垢后導(dǎo)致?lián)Q熱效果下降，水溫升高，進(jìn)一步影響澄清系統(tǒng)絮凝劑的效果。設(shè)備、管道結(jié)垢后，當(dāng)工況發(fā)生較大的波動(dòng)時(shí)，易造成垢層脫落使泵過濾器和管線堵塞，嚴(yán)重影響著氣化裝置的長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)行。而水中濁度大小是反映管道設(shè)備結(jié)垢程度的主要指標(biāo)，所以在日常操作中，要時(shí)刻關(guān)注水質(zhì)濁度指標(biāo)。

針對(duì)目前水質(zhì)波動(dòng)較大的問題，分析原因主要為：①五環(huán)爐為新型粉煤氣化裝置，運(yùn)行時(shí)間較短，積累經(jīng)驗(yàn)較少；②部分操作人員對(duì)灰水系統(tǒng)的影響沒有引起足夠的重視，水質(zhì)變差后對(duì)裝置運(yùn)行帶來的嚴(yán)重后果認(rèn)識(shí)不夠。

為了保證正常生產(chǎn)，穩(wěn)定水質(zhì)。具體措施如下：①針對(duì)五環(huán)爐氣化裝置的灰水系統(tǒng)和黑水系統(tǒng)中的水質(zhì)具有高溫、高壓、高硬度、高堿度等特點(diǎn)，選擇滿足其性能要求的灰水阻垢分散劑，并對(duì)加藥量進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整；②根據(jù)所用煤種灰分含量的多少和氣化爐負(fù)荷的大小結(jié)合水質(zhì)分析數(shù)據(jù)變化情況，及時(shí)調(diào)整添加絮凝劑量和分散劑量；③控制灰水系統(tǒng)合適的溫度，保證最佳的絮凝效果；④定期對(duì)水質(zhì)進(jìn)行取樣分析，加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)分析指標(biāo)的關(guān)注度，特別是水中濁度含量的大小，當(dāng)濁度增加時(shí)，及時(shí)排查原因；⑤指派專人負(fù)責(zé)水質(zhì)管理，每天對(duì)水質(zhì)情況進(jìn)行跟蹤管理，特別是對(duì)絮凝劑添加量的多少及藥劑配置的質(zhì)量加強(qiáng)管控，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改處理，保證水質(zhì)穩(wěn)定。

5 結(jié)語

龍宇煤化工五環(huán)爐粉煤加壓氣化裝置從2015年開車運(yùn)行以來，通過不斷地優(yōu)化、改進(jìn)和完善，使其運(yùn)行情況在經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和可操作性方面不斷地提升。雖然五環(huán)爐粉煤加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)的粗合成氣有效成分含量高，具有碳轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率高、比氧耗和比煤耗低等優(yōu)勢(shì)，但也存在一些問題，例如：①五環(huán)爐煤氣化技術(shù)是具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新工藝，其長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)行還需要積累更多的經(jīng)驗(yàn)，員工的操作技能和水平還需要不斷地提高；②五環(huán)爐連續(xù)長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是水處理系統(tǒng)的改進(jìn)和完善，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成設(shè)備和管道結(jié)垢，如何穩(wěn)定灰水系統(tǒng)的操作，如何保持灰水系統(tǒng)水質(zhì)合格，將設(shè)備和管道結(jié)垢率降到最低將是下一步努力研究的方向。

參考文獻(xiàn)：

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