貴州開陽粉煤加壓氣化裝置開車及運(yùn)行總結(jié)

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(貴州開陽化工有限公司，貴州 開陽 550300)

1 概 述

貴州開陽化工有限公司500 kt/a合成氨項(xiàng)目，是山東兗礦集團(tuán)為充分利用貴州豐富的煤炭資源而投資建設(shè)的煤化工項(xiàng)目。該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)干煤粉加壓氣化技術(shù)引進(jìn)于德國科林公司，結(jié)合兗礦集團(tuán)自有的多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)工業(yè)化經(jīng)驗(yàn)及干煤粉氣化中試裝置運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，形成了擁有多項(xiàng)專利及關(guān)鍵設(shè)備的干煤粉加壓氣化技術(shù)。

公司合成氨項(xiàng)目采用干煤粉加壓氣化工藝(適合于氣化貴州高灰熔點(diǎn)煤)，氣化壓力為4.0 MPa(G)，設(shè)置2臺氣化爐(單臺耗煤1 000 t/d)和對應(yīng)的2套渣水處理裝置，每臺氣化爐按75%的負(fù)荷進(jìn)行生產(chǎn)，有效氣(H2+CO)產(chǎn)量為140 km3/h，干煤粉需求量約為92 t/h，設(shè)計(jì)年運(yùn)行時(shí)間為330 d，合成氨生產(chǎn)能力為500 kt/a。

500 kt/a合成氨項(xiàng)目自2010年10月正式開工；2012年10月前基本完成建設(shè)任務(wù)，進(jìn)入單體試車、聯(lián)動試車階段；2012年10月9日開始投料試車，11月3日氣化爐投料成功；2013年1月21日打通全流程，產(chǎn)出合格產(chǎn)品；2013年4月4日實(shí)現(xiàn)氣化雙爐運(yùn)行。截至2014年7月，氣化系統(tǒng)單爐運(yùn)行最長時(shí)長35 d，雙爐運(yùn)行最長時(shí)長65 d。

2 氣化裝置流程簡介

2.1 煤粉制備系統(tǒng)工藝流程(圖1)

原料煤由供煤系統(tǒng)送入各個(gè)制粉系列的原煤倉，原煤倉中的煤經(jīng)給煤機(jī)稱量后進(jìn)入磨煤機(jī)，原料煤的磨細(xì)和干燥在磨煤機(jī)中同時(shí)進(jìn)行。用于干燥和輸送煤粉的氣體——由干燥氣升溫爐產(chǎn)生的高溫干燥氣，把一定粒度的煤粉帶到位于磨煤機(jī)上部的分離器進(jìn)行分離并干燥后，經(jīng)上升的輸送管送入袋式收粉器。不符合要求的粗煤粉落回到磨盤上，被再次碾磨。升溫爐開車階段使用的燃料氣為液化石油氣，系統(tǒng)運(yùn)行正常后則采用液氮洗工段來的燃料氣，不足部分由低溫甲醇洗工段來的燃料氣補(bǔ)充。出袋式收粉器的尾氣進(jìn)入主排風(fēng)機(jī)，部分尾氣進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)利用；其余尾氣排入大氣中，尾氣含煤粉濃度≤30 mg/m3。不能磨細(xì)的石子煤落到磨煤機(jī)下部石子煤斗中，定期清除。袋式收粉器的煤粉經(jīng)星型卸灰閥進(jìn)入振動篩，除去雜物，干凈的煤粉再經(jīng)落粉管進(jìn)入煤粉倉。

圖1 煤粉制備系統(tǒng)工藝流程簡圖

2.2 煤粉加壓及給料系統(tǒng)流程(圖2)

圖2 煤粉加壓及給料系統(tǒng)流程簡圖

煤粉倉中的煤粉，經(jīng)下部3個(gè)煤粉鎖斗交替下料，進(jìn)入煤粉加料罐——低壓狀態(tài)下，煤粉經(jīng)氮?dú)饬骰筮M(jìn)入煤粉鎖斗，在煤粉鎖斗內(nèi)再次加壓后進(jìn)入高壓設(shè)備煤粉加料罐，煤粉加料罐中的煤粉再次經(jīng)氮?dú)饬骰蠼?jīng)3條煤粉管道進(jìn)入氣化爐中的3個(gè)工藝煤粉燒嘴，然后進(jìn)入到氣化爐反應(yīng)室內(nèi)。

2.3 氣化及合成氣洗滌冷卻系統(tǒng)流程(圖3)

來自空分裝置壓力為4.3 MPa、溫度為25 ℃的氧氣，經(jīng)氧氣加熱器加熱到165 ℃后，與少量中壓過熱蒸汽在氧氣蒸汽混合器混合后，分別進(jìn)入3個(gè)工藝煤粉燒嘴，與經(jīng)煤粉燒嘴噴入氣化爐的煤粉在1 600 ℃左右的高溫下發(fā)生部分氧化反應(yīng)，生成粗合成氣、熔渣，熔渣及未完全反應(yīng)的炭通過燃燒室下部的渣口與激冷水沿下降管并流而下，進(jìn)入氣化爐激冷室；粗合成氣被冷卻后在激冷室的液位以下以鼓泡的形式進(jìn)行洗滌和進(jìn)一步冷卻，再由激冷室上部空間進(jìn)行氣水分離后出氣化爐激冷室。

從氣化爐激冷室出來的富含飽和水蒸氣的粗合成氣進(jìn)入混合器，與來自黑水循環(huán)泵的黑水混合，使粗合成氣夾帶的固體顆粒完全潤濕，之后進(jìn)入旋風(fēng)分離器分離，合成氣中的大部分細(xì)灰進(jìn)入液相，連續(xù)排出旋風(fēng)分離器，進(jìn)入渣水處理系統(tǒng)。出旋風(fēng)分離器的合成氣進(jìn)入洗滌塔的下部，進(jìn)一步洗滌除塵，合成氣含塵量降至1 mg/m3以下后送下游工序。洗滌塔底部排出的黑水，通過流量控制經(jīng)減壓后進(jìn)入渣水處理系統(tǒng)；而洗滌塔中部含固量較低的洗滌黑水則經(jīng)黑水循環(huán)泵加壓后分為兩路，一路經(jīng)激冷水過濾器過濾后送入氣化爐激冷環(huán)、另一路送入混合器，分別作為洗滌水、潤濕水。

圖3 氣化及合成氣洗滌冷卻系統(tǒng)流程簡圖

熔渣在激冷室的水浴中通過靜態(tài)破渣器破碎后，進(jìn)入破渣機(jī)再次破碎，然后被鎖斗循環(huán)水夾帶進(jìn)入鎖斗定期排入渣池；激冷室底部的渣水則通過液位調(diào)節(jié)閥連續(xù)排放至蒸發(fā)熱水塔，未完全反應(yīng)的炭顆粒懸浮在渣水中，隨同渣水一起到渣水處理系統(tǒng)作進(jìn)一步處理。

3 系統(tǒng)試開車情況

3.1 氣化爐掛渣

氣化爐試開車的關(guān)鍵工作之一就是爐膛掛渣。氣化高灰熔點(diǎn)煤時(shí)，氣化爐爐膛溫度在1 500～1 600 ℃。筒體內(nèi)部采用水冷壁盤管結(jié)構(gòu)，盤管上布滿抓釘，抓釘間隙涂滿耐火澆注料。為避免水冷壁盤管及氣化爐筒體的損壞，采取以渣抗渣的方法，即在耐火涂層上掛上一層固態(tài)的熔渣。為防止熔渣無法及時(shí)固化，氣化爐掛渣時(shí)采取低溫操作，控制好氧煤比，監(jiān)控好氣化爐筒體溫度，同時(shí)注意氣化爐熱通量的變化。掛渣過程中，一旦熱通量迅速減少，表明熔渣已經(jīng)固化，并均勻掛在耐火涂層上；而一旦熱通量不斷增大，則表明氣化爐爐溫較高，渣沒有掛上，需改變操作條件。氣化爐初次掛渣采用貴州青龍煤，并一次掛渣成功。掛渣后待熱通量穩(wěn)定后，立即停車，并進(jìn)爐檢查掛渣效果；經(jīng)檢查，內(nèi)壁光亮滑溜，無裂紋，達(dá)到理想的掛渣效果。貴州青龍煤煤質(zhì)參數(shù)如下：C 62.39%、H 2.29%、O 0.11%、N 1.02%、S 2.39%，灰分12.77%，揮發(fā)分 12.77%；煤灰熔融性(弱還原氣氛下)，DT 1 307 ℃、ST 1 417 ℃、HT 1 468 ℃、FT 1 488 ℃。

3.2 氣化裝置開停車情況

氣化裝置自試開車以來，由于人員比較年輕，開車經(jīng)驗(yàn)都比較缺乏，裝置運(yùn)行時(shí)間都不是很長。無論是工藝還是設(shè)備方面都出現(xiàn)了一系列問題。工藝方面主要有，最初的制粉系統(tǒng)熱風(fēng)爐點(diǎn)火困難，氣化長明燈點(diǎn)火困難，多次點(diǎn)火不成功；后來的合成氣帶灰嚴(yán)重，沉降槽積灰致使攪拌器損毀。設(shè)備方面主要有，初期的磨煤機(jī)振動，給煤機(jī)卡堵，加料罐攪拌器跳車，高溫?zé)崴贸瑴?，壓濾機(jī)運(yùn)行不暢及更換濾布頻繁等。2013年上半年氣化裝置開停車情況見表1。

表1 氣化裝置開停車情況及原因分析

3.3 開車所用煤種及運(yùn)行指標(biāo)

由于貴州地區(qū)大型煤礦比較少，產(chǎn)量不高，因此氣化裝置開車所用煤種不一，更換比較頻繁，給裝置的穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利影響，尤其是對氣化爐爐溫的控制及灰水水質(zhì)的控制。所用部分煤種運(yùn)行參數(shù)見表2。公司對貴州各地的多種煤進(jìn)行氣化，獲得了一系列高灰熔點(diǎn)煤的工業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，有利于干煤粉加壓氣化裝置的推廣及穩(wěn)定運(yùn)行。

表2 氣化煤種及運(yùn)行指標(biāo)

4 系統(tǒng)運(yùn)行常見問題及處理

4.1 磨煤機(jī)振動致風(fēng)煤比欠佳

制粉系統(tǒng)制粉時(shí)，磨煤機(jī)的磨輥與磨盤之間發(fā)生摩擦，產(chǎn)生劇烈振動，磨煤機(jī)進(jìn)出口壓差大，導(dǎo)致其出力不夠，影響設(shè)備運(yùn)行壽命，也導(dǎo)致后系統(tǒng)無法正常穩(wěn)定運(yùn)行。為此，經(jīng)過對磨煤機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一系列改造，消除了磨煤機(jī)振動的現(xiàn)象，提高了磨煤機(jī)出力，為后系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.2 合成氣帶灰嚴(yán)重

出氣化爐合成氣經(jīng)洗滌塔洗滌后，送入凈化工序處理，從而得到合格的精制氣。要求向后系統(tǒng)送的合成氣含灰量≤1 mg/m3，而貴州煤的特點(diǎn)就是灰熔點(diǎn)高，同時(shí)煤中的灰分也高，達(dá)20%以上(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，這就給合成氣洗滌系統(tǒng)帶來了壓力。由于洗滌效果不好，合成氣帶灰較為嚴(yán)重，含塵量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)指標(biāo)。帶灰的后果是，容易造成管道堵塞，更嚴(yán)重的是造成變換系統(tǒng)催化劑中毒，活性降低，影響變換效率。為此，經(jīng)過討論研究，決定對洗滌系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行改造，如對旋風(fēng)分離器、混合器及洗滌塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)作了調(diào)整。與此同時(shí)，對合成氣洗滌用水也作了調(diào)整，優(yōu)化了操作參數(shù)，最終達(dá)到了良好的洗滌效果。

4.3 沉降槽積灰及攪拌器損壞

貴州煤灰分高，導(dǎo)致黑水閃蒸系統(tǒng)負(fù)荷比較大，同時(shí)黑水沉降系統(tǒng)的負(fù)荷也比較大。兩套氣化系統(tǒng)共用一套沉降系統(tǒng)，一旦黑水中灰分較高，攪拌器的負(fù)荷就比較大。在考慮黑水沉降速度的同時(shí)，得兼顧灰水水質(zhì)，防止管道堵塞。試開車期間只是考慮到灰水水質(zhì)，沒有考慮沉降槽攪拌器的負(fù)荷，沉降槽內(nèi)的積灰沒有及時(shí)排出，攪拌器負(fù)荷過大，造成渦輪蝸桿斷裂，致使系統(tǒng)停車。為此，對黑水沉降系統(tǒng)加強(qiáng)了監(jiān)控，其水質(zhì)及時(shí)進(jìn)行人工分析，及時(shí)調(diào)整黑水、灰水藥劑，以及對沉降槽攪拌器的運(yùn)行情況做好監(jiān)控，防止超負(fù)荷運(yùn)行。經(jīng)過一系列調(diào)整，杜絕了此類情況再次發(fā)生。

4.4 壓濾機(jī)濾布吸不干及跑偏嚴(yán)重

每套氣化裝置對應(yīng)一套壓濾機(jī)系統(tǒng)。試開車時(shí)，壓濾機(jī)經(jīng)常存在濾布跑偏、濾布吸不干等現(xiàn)象。初期認(rèn)為是藥劑堵塞濾布，真空度達(dá)不到要求。在保證灰水水質(zhì)的前提下對藥劑進(jìn)行了調(diào)整，但效果不明顯?？紤]到濾布沖洗水溫度及用量問題，為防止濾布褶皺，重新配管，采用其他水源，但仍無法解決濾布吸不干的問題。壓濾機(jī)濾布跑偏、褶皺的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，除了現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況的工藝人員態(tài)度不認(rèn)真外，跟設(shè)備自身的性能也有關(guān)系，其自帶糾偏裝置氣囊經(jīng)常破裂，動作經(jīng)常失靈。上述兩種情況導(dǎo)致濾布使用周期極短，多則一個(gè)月，少則幾天。鑒于此，我們加強(qiáng)管理，對操作人員加強(qiáng)思想教育及技能培訓(xùn)，并進(jìn)行定期排查，但仍無法解決濾布使用周期短的問題。目前，仍在同廠家溝通，濾布高效利用的方式仍在摸索之中。

系統(tǒng)出現(xiàn)的其他問題，在此不一一贅述。

5 結(jié)束語

貴州開陽化工有限公司氣化裝置采用國內(nèi)比較先進(jìn)的干煤粉氣化技術(shù)之一，對高灰熔點(diǎn)煤有極強(qiáng)的適應(yīng)性及選擇性，在貴州地區(qū)的成功運(yùn)行，必將為干煤粉氣化帶來較為廣闊的應(yīng)用前景。對于我公司而言，總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化運(yùn)行指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益是目前工作的重中之重。