水煤漿氣化裝置運行問題及改進措施

魏 靜, 曹昆朋

(新疆心連心能源化工有限公司, 新疆昌吉 832200)

新疆心連心能源化工有限公司(簡稱心連心)氣化裝置采用華理多噴嘴水煤漿加壓氣化工藝,氣化裝置包含煤漿制備、氣化及渣水處理3個部分。氣化爐壓力為6.50 MPa,氣化爐直徑為3 400 mm,日投煤量為1 659.0 t(干基),共2套氣化爐系統(tǒng)(1開1備)。該裝置于2015年8月投產(chǎn),運行過程中存在磨煤水系統(tǒng)結垢堵塞、部分低壓閃蒸汽進行循環(huán)冷卻而余熱未被利用、灰水外排水總磷濃度波動等問題。現(xiàn)對開車以來針對這些問題進行重要優(yōu)化改進項目進行總結。

1 穩(wěn)定運行類改造

1.1 磨煤水分離儲存

氣化裝置設置1臺磨煤水槽,該槽用于接受本系統(tǒng)產(chǎn)生的氣化灰水及外系統(tǒng)送來的各類廢水,槽內的工藝水通過泵送入磨煤機用于制水煤漿。氣化裝置外送來的廢水有三聚氰胺廢水、低溫甲醇洗廢水、變換汽提塔凝液、尿素廢液等。這類廢水氨含量高、pH值高,而氣化灰水又是高懸浮物、高硬度的水,各種廢水在槽內混合,容易形成結垢,使得磨煤水槽、磨煤水管線經(jīng)常被堵塞。磨煤工藝水管道結垢嚴重,磨煤工藝水體積流量從沖洗后的65 m3/h逐漸減小至20 m3/h左右。由于泵進出口管線結垢影響泵打量,必須經(jīng)常倒泵,清理進口濾網(wǎng)和沖洗進口管線(少則每周3次,多則每天3次)。入磨煤機制漿用水量無法得到保證,導致煤漿槽液位大幅度波動,影響系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)。公司增設廢水槽,使三聚氰胺廢水、變換汽提塔凝液進入廢水槽,氣化灰水、煤漿排放池廢水、低溫甲醇洗廢水等其余廢水進入原有的磨煤水槽。通過分開儲存不同性質的水,防止結垢。自磨煤水分離儲存后,磨煤水系統(tǒng)每月只需兩次例行性倒泵檢修,運行1 a內磨煤水管線基本無結垢。

1.2 改造煤漿槽攪拌器槳葉

煤漿槽攪拌器不能將煤漿槽底部的煤漿完全攪拌均勻,導致煤漿槽底部部分煤漿沉積。當前一道工序生產(chǎn)波動(如棒磨機故障、低壓煤漿泵檢修、入爐煤種更換等)造成煤漿槽液位降低時,由于慣性力,攪拌器對煤漿槽底部的攪拌力度相對變大,會導致之前沉積的煤漿發(fā)生松動。該部分煤漿由于沉積時間較長造成流動性較差,一旦進入高壓煤漿泵進口管線,輕則高壓煤漿泵進口壓力降低,導致燒嘴煤漿流量波動;嚴重時,引直泵墊缸,造成一對燒嘴甚至整臺氣化爐跳車事故。通過延長延伸軸長度,將延伸軸更換為三輪轂結構的長軸,延伸軸上部兩個輪轂使用原有槳葉葉片,下部的1個輪轂安裝新葉片,確保新的煤漿槽攪拌器能完全均勻攪拌煤漿槽底部煤漿,防止其沉積。

1.3 在煤漿槽底部增加濾網(wǎng)

氣化系統(tǒng)在運行過程中頻繁出現(xiàn)高壓煤漿泵墊缸,煤漿流量降低,嚴重時造成一對燒嘴跳車。檢修人員拆檢后發(fā)現(xiàn),高壓煤漿泵墊缸、單缸打量不足,其主要原因為煤漿中出現(xiàn)體積較大的顆粒或者鐵屑等異物,異物在經(jīng)過單向閥時會卡在球體和下部密封墊之間,導致單向閥不能正常活動,造成煤漿泵不打量。為了防止大顆粒垢片或鐵屑等進入高壓煤漿泵內,在煤漿槽底部至高壓煤漿泵進口管口前的位置加φ325×250 mm的敞口濾網(wǎng),篩孔間距為10 mm。改造后投用至今再未出現(xiàn)進口管線堵塞、高壓煤漿泵墊缸等現(xiàn)象,并且倒爐期間未再出現(xiàn)放料閥堵塞現(xiàn)象。從運行效果來看,在煤漿槽底部增加濾網(wǎng)的措施解決了大顆粒、鐵屑等異物進入煤漿泵進口的問題,降低了高壓煤漿泵的故障率。

1.4 優(yōu)化鎖渣閥結構

鎖渣閥為球閥,在氣化系統(tǒng)運行過程中常出現(xiàn)內漏嚴重、卡阻等情況,氣化鎖斗系統(tǒng)無法正常排渣,會造成系統(tǒng)減負荷甚至停車,是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的制約因素。球閥結構的鎖渣閥,其泄壓速率為0.50～0.60 MPa/min,改變鎖渣閥結構,將原有球閥更換為新型盤閥。盤閥鎖渣閥投運后,整體運行效果良好,鎖斗泄壓速率保持在0.02 MPa/min,密封良好,并能保持性能穩(wěn)定,運行順暢無卡澀。自2021年投運至今,盤閥運行穩(wěn)定,未出現(xiàn)故障檢修的情況。

1.5 延長渣池溢流管至斜坡段

渣池溢流管線的前倉開孔位置距離鎖斗排渣卸渣口較近,排渣時翻起的渣存積在溢流口處。打開渣池溢流閥時,部分渣直接順渣池溢流管流入渣池后倉,或堵塞渣池泵進口,或通過渣池泵進入激冷水管線并在黑水循環(huán)泵出口管線內沉積。開啟黑水循環(huán)泵后,部分渣被帶入黑水過濾器,影響氣化爐激冷環(huán)供水[1]。將前倉兩側溢流口位置平移至渣池前倉斜坡處,遠離排渣口,避免溢流口處積渣,溢流管線傾斜5°～10°,避免管道內積渣。在溢流管入口處制作擋籠,防止大塊漂浮物進入溢流管。該項目投運后,未出現(xiàn)因積渣造成管道堵塞和機泵運行不打量的現(xiàn)象。

1.6 增加備用灰水外排水管道

氣化裝置產(chǎn)生的灰水和黑水為高硬度、高 pH、高懸浮物的嚴重結垢型水質[2]。由于灰水中的懸浮物、鈣、鎂離子極易在灰水管線內壁上集聚,造成管道堵塞,氣化廢水無法外排。原始設計僅有1條外排水管線,當管線結垢堵塞時,必須拆開外排水管道短節(jié),用高壓沖洗裝置沖洗管線。每次沖洗時長為7 d。沖洗期間,外排水直接排至地下廢水管網(wǎng)且水量低,給氣化系統(tǒng)運行帶來一定風險,還會堵塞生產(chǎn)系統(tǒng)的廢水管網(wǎng)。通過新增1路備用外排水管線至污水處理,確保氣化外排水管道檢修沖洗過程中廢水能夠正常外排,保證氣化系統(tǒng)水質穩(wěn)定。

2 安全環(huán)保類改造

2.1 高壓煤漿泵增加中壓氮氣充壓管線

氣化裝置停車后,高壓煤漿管線是通過高壓煤漿泵出口緩沖罐進行泄壓的,高壓煤漿泵檢修完成后需要對緩沖罐重新充壓至5.70 MPa。前期一直是通過外購13.00 MPa氮氣瓶進行充壓,但外購氮氣在倒運、檢驗、儲存鋼瓶等環(huán)節(jié)存在風險。在高壓氮氣儲罐導淋上開口,引1個φ10 mm的管線分別在A/B系統(tǒng)高壓煤漿泵中間,利用8.30 MPa中壓氮氣對高壓煤漿泵出口緩沖罐充壓。中壓氮氣充壓管線投用后不用外購氮氣,充壓時只需打開閥門即可操作。

2.2 增加預熱燒嘴噴頭

氣化爐內耐火材料的膨脹及收縮系數(shù)不同,為了使水分有充分時間從耐火材料中散出,并使耐火材料中的溫度分布梯度保持穩(wěn)定,原始烘爐必須按照供貨商提供的升溫曲線進行[3]。氣化爐烘爐過程中,低溫區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)熄火現(xiàn)象,特別在200～400 ℃區(qū)域,頻繁出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。熄火后需要重新通風置換、點火,安全隱患極大。同時,此過程會造成爐溫下降過快,影響整體烘爐時長,并增加燃料氣消耗。經(jīng)分析,發(fā)現(xiàn)預熱燒嘴熄火的主要原因如下：在負壓條件下,預熱燒嘴的流場變化較大,造成氣流不穩(wěn)定而熄火;在前期低溫階段預熱燒嘴的蓄熱功能較差,易造成熄火;前期燃料氣閥門開度較小,導致燃料氣供氣不穩(wěn)而熄火。為解決烘爐過程易熄火的問題,在預熱燒嘴頭部增加10 cm左右的筒狀耐熱鋼絲網(wǎng),燃料氣從燒嘴噴出后撞擊到鋼絲網(wǎng)上會發(fā)生不規(guī)則改變,使出燒嘴燃料氣和空氣混合更充分,并有蓄熱作用,讓燃燒更穩(wěn)定。增加預熱燒嘴噴頭后,基本解決了低溫區(qū)域熄火問題。

2.3 增加燃料氣切斷閥

在烘爐過程中,只能通過視頻以及火檢信號來監(jiān)控氣化烘爐情況。當烘爐因故障熄火后,需要人員及時關閉燃料氣流量調節(jié)閥。這時存在人員未及時發(fā)現(xiàn)烘爐過程中已熄火而無法及時關閉調節(jié)閥的隱患,造成燃料氣持續(xù)通入氣化爐內部,導致燃料氣在氣化爐內及氣化十樓積聚,可能發(fā)生火災爆炸事故。為降低烘爐過程中熄火的風險,增加切斷閥并增加聯(lián)鎖,當氣化烘爐火焰檢測信號無,二選二觸發(fā)聯(lián)鎖關閉燃料氣流量切斷閥。

2.4 灰水循環(huán)再利用

氣化撈渣機使用新鮮水作為鏈條沖洗水,體積流量保持在5～6 m3/h。在使用過程中不僅會造成水資源的浪費,而且由于流量較小易造成撈渣機上部灰渣積聚頻繁,影響撈渣機正常運行。在渣池補灰水管線上進行開口,并引一路管線至撈渣機上部代替撈渣機沖洗水。改造后,氣化撈渣機使用新鮮水體積流量減少至3 m3/h左右,同時實現(xiàn)了部分灰水循環(huán)利用,減少了外排水量。

2.5 穩(wěn)定分散劑加藥濃度

2020年,氣化裝置灰水外排水總磷質量濃度呈現(xiàn)規(guī)律性波動,由6.0 mg/L左右緩慢降至0.5 mg/L左右,然后突升至6.0 mg/L左右。后經(jīng)調查發(fā)現(xiàn),總磷含量波動周期與分散劑倒槽時間一致。造成該現(xiàn)象的主要原因是分散劑密度(1.2 g/cm3)比水的大,分散劑原液在分散劑槽中用脫鹽水稀釋后送入系統(tǒng),一槽配制好的分散劑一般使用2 d,過程中分散劑沉淀,導致下部分散劑含量增加,上部分散劑含量降低[4]。通過在分散劑槽內放置專門的工廠空氣攪拌器,保證分散劑均勻加入系統(tǒng),此后外排水總磷質量濃度不再出現(xiàn)波動。

3 節(jié)能降耗類改造

3.1 低壓閃蒸余熱利用

氣化裝置渣水崗位的低壓閃蒸汽分為3路,其中一路送至除氧器,加熱進入除氧器的工藝水;第二路送至真空泵機組作為噴射泵工作介質;第三路進入低壓閃蒸冷凝器冷凝,頂部干氣排放到室外,底部的冷凝液進入灰水槽。去低壓閃蒸冷凝器這部分蒸汽設計體積流量為15.4 t/h,設計溫度為127.63 ℃,設計壓力為0.15 MPa。蒸汽換熱后凝液送至灰水槽,會浪費余熱。通過與全廠蒸汽用戶匹配,發(fā)現(xiàn)凈化裝置的汽提塔溫度指標為110.00～130.00 ℃,正常運行期間控制在120.00 ℃左右,每小時用0.50 MPa蒸汽量約為5.9 t。可利用低壓閃蒸汽作為變換汽提塔汽提蒸汽。根據(jù)現(xiàn)場管道布置情況,在低壓閃蒸氣去除氧器調節(jié)閥前閥處引一路管道,送至變換汽提塔。低壓閃蒸氣去變換汽提塔優(yōu)化改造投用后,每年可節(jié)約0.50 MPa蒸汽4.7萬t,實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。

3.2 改變煤漿添加劑成分

煤漿添加劑為木質素磺酸鹽+萘系混合型添加劑,萘系質量分數(shù)為30%左右,使用過程中雖然能夠保證煤漿質量,但是在提濃降黏方面無優(yōu)勢。新疆地區(qū)原料煤內水含量普遍偏高,使用高內水煤時就會出現(xiàn)煤漿黏度高、濃度低的情況,增加生產(chǎn)成本以及提升設備運行負荷的同時也會影響氣化效率。通過試用新型純萘系添加劑,在煤種比例不變的基礎上,提升煤漿濃度,每年可節(jié)標煤約為7 011.0 t。

4 結語

通過為預熱燒嘴系統(tǒng)增加聯(lián)鎖,使得系統(tǒng)運行日趨安全;通過優(yōu)化水系統(tǒng)并改造鎖渣閥,使得系統(tǒng)運行日趨穩(wěn)定;通過回收低壓閃蒸汽并循環(huán)利用灰水,實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標;通過在分散劑槽內增加攪拌器穩(wěn)定分散劑加藥濃度,為公司實現(xiàn)環(huán)保A級企業(yè)資質提供了有力支持。公司對氣化裝置進行了一系列優(yōu)化改造,使氣化裝置日趨安全、穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保。