多噴嘴水煤漿氣化爐擴容改造小結

新能鳳凰(滕州)能源有限公司 山東 滕州 277500

一、概況

新能鳳凰(滕州)能源有限公司70萬t/a甲 醇項目采用多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化工藝,于2006年7月20日開工建設,配套生產工序包括140 t/h鍋爐3套、42000Nm3/h空分裝置2套、1500t/d四噴嘴氣化爐3臺、凈化和合成精餾裝置2套等。氣化裝置自2009年12月開車成功以來,隨著生產系統逐步穩定,生產負荷也不斷提升。為了進一步的提高生產系統的產能,在原裝置系統的基礎上,進行擴產技術改造,生產負荷可達到100萬t/a。在關鍵設備和主工藝沒有變更的情況下,新增一套25000Nm3/h空分裝置以保證氣化爐供氧的條件;氣化煤漿制備新增一套磨機系統,保證穩定濃度水煤漿的供應要求;對三臺氣化爐的爐磚進行改造、激冷室的基本沒有改變;從安全方面考慮,將部分氧氣管線的材質進行了相應的變更;渣水系統主要新增低壓閃蒸冷凝器和低壓閃蒸分離器、增加一臺沉降槽、一臺壓濾機,進而來保證渣水的處理量。本文主要陳述氣化爐爐磚改造方面的問題。

該裝置采用的是水煤漿氣化工藝,包括煤漿制備、氣化框架、渣水處理三部分。煤漿制備采用的是棒磨機磨煤、低高壓煤漿泵串聯進行輸送工藝;煤氣化采用氣流床反應工藝,加壓氣化生成粗煤氣,作為甲醇生產的原料氣。原單臺氣化爐裝置日處理煤:1500t∕d。改造后單臺氣化爐裝置日處理煤:1800t∕d。煤漿制備系統將粒度≤10mm以下的碎煤,經過煤漿制備工序,制備成濃度為60%以上的水煤漿,經高壓煤漿泵加壓至7.88MPa,與來自空分工序濃度為99.6%、壓力達8.11MPa的純氧,一起進入壓力為～6.5MPa、溫度為～1350℃、多噴嘴對置式水煤漿氣流床氣化爐進行反應,生成以一氧化碳和氫氣為有效成份的粗煤氣,煤氣經初步凈化后,作為甲醇系統的原料氣,煤氣凈化后的水送入渣水工序處理后,送氣化爐循環使用。

二、氣化爐爐磚改造目的和內容

氣化爐爐磚改造的目的是加大氣化爐燃燒室的總體容積,擴大氣化爐內部的反應的空間,從而增大氣化爐的日處理煤量,來提高氣化裝置的產氣量,達到生產裝置的產能的擴大。通過氣化爐燃燒室容積擴大的方法來提高產能的這一手段,是未來幾年多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術的發展趨勢。一方面,在整體的投資方面,大大降低了投資成本,這種技術即可在項目基礎上進行技術改造,也適合在新項目上直接應用。另一方面,通過此技術改造,不僅可以提高生產產能,也降低了噸甲醇的單耗,具有很大的經濟性,這也是多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術一直的追求。

氣化爐爐磚改造的具體內容是在拱頂位置新增加一層托磚板,增加這一層托磚板的主要目的是從經濟方面考慮的,因為拱頂磚的使用壽命比筒體磚的較長,約是2-3倍,為了在不更換拱頂轉的情況下更換筒體磚,故在拱頂新增加一層托磚板,增加托磚板時要考慮到避開拱頂位置的熱偶孔。整體氣化爐爐磚改造后,氣化爐爐膛原容積為40.58m3,經爐磚改造后爐膛容積為44.49m3,爐膛容積增大了9.6%。每年從拱頂爐磚更換的費用上就可以節約30萬元,新增托磚板的位置見(圖一)所示。

(圖一)

氣化爐襯里的耐火材料,采用的是多層耐火材料結構,主要包括:隔熱磚:用于降低殼體溫度,起到隔絕溫度的作用。初始隔熱磚的厚度為105mm,為了降低氣化爐爐壁溫度,將隔熱磚厚度增加到130mm。背撐磚:自立于托磚架上,見(圖二)所示。用于支撐筒體和拱頂的熱面磚,原背撐磚的厚度為200mm。為了增大氣化爐燃燒室的內徑,經計算不影響背撐磚的強度并滿足支撐熱面磚,將背撐磚的厚度減小到100mm。熱面磚:耐高溫熔融灰渣的腐蝕及高溫合成氣的沖刷,能自由膨脹、自立于托磚板和背撐磚上,原磚的厚度為230mm。為了保證氣化爐爐磚的整體使用壽命,改造后磚的厚度沒有改變,厚度沒有發生變化,由于背撐磚的減薄,使熱面磚的曲率半徑變大了,從而氣化爐燃燒室的內徑擴大,見(圖三)所示。

(圖二)

(圖三)

考慮到氣化爐處理煤量增大,爐渣相對增多,原渣口磚內徑為750mm,將渣口磚的內徑擴大到790mm,以防止由于生產負荷的增大會造成渣口的堵塞或是渣口壓差的波動。原燒嘴口磚的材質為氧化鋁空心球磚(隔熱磚材料),在使用過程中,氧化鋁空心球磚的使用情況不理想,在拆裝燒嘴的過程中燒嘴口磚容易被損壞,根據氣化爐運行時燒嘴口位置的實際溫度不高,所以將燒嘴口磚改造為低鉻磚(背撐磚材料),增大了燒嘴口磚的整體強度,從而延長燒嘴口磚的使用壽命。

三、氣化爐爐磚改造的注意事項

針對爐磚設計和砌筑過程中應該注意的事項如下:

1.在原有氣化爐上改造,背撐磚的減薄,原有背撐磚的托磚板的尺寸會影響到改型熱面磚的砌筑,所以在砌筑爐磚之前要對原膨脹縫位置的托磚板做切割處理,對筑爐的質量和氣化爐的運行沒有影響。

2.在爐磚的設計過程中,應該將爐磚最薄弱的位置(膨脹縫)的設計考慮周全,因膨脹縫位置的爐磚易受侵蝕,使用壽命比其他位置較短,所以要考慮單獨更換的膨脹縫磚的條件。建議熱面磚的設計要在不影響砌筑的前提下,盡量將磚型做大,相對減少磚縫的數量,避免氣化爐爐磚在運行時的磚縫侵蝕,從而保證氣化爐爐磚的整體壽命,提高爐磚使用的經濟性。

四、結語

多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術越來越成熟,好多用戶都在追求提高裝置的生產能力,減低單噸甲醇的單耗,從而提高企業的盈利能力。新能鳳凰(滕州)能源有限公司通過氣化爐燃燒室擴容,2019年度三臺3.4m氣化爐兩開一備年產甲醇達100萬噸,這種氣化爐擴容改造的方法受到好多企業的青睞,也是未來幾年多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術的發展趨勢。