五環(huán)爐粉煤氣化裝置試車運行總結

(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，該工藝由中國五環(huán)工程有限公司與河南能源化工集團公司在借鑒和吸收國內外先進的粉煤氣化技術的基礎上進行自主創(chuàng)新設計，具有自主知識產(chǎn)權。該裝置于2015年7月7日 0點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(以下簡稱龍宇煤化工)通過對五環(huán)爐氣化裝置不斷地摸索、總結運行經(jīng)驗，不斷地提高運行負荷，最高提升至103%，并完成了對本地煤與外地煤不同比例的摻燒實驗，為今后完成試燒本地煤種積累了寶貴的操作經(jīng)驗，也為五環(huán)爐所用煤種拓寬了使用范圍，進一步降低了生產(chǎn)成本，提高其運行經(jīng)濟性。截至2017年9月18日，五環(huán)爐共運行286d，氣化裝置最長連續(xù)運行記錄為83d。采用五環(huán)爐氣化裝置運行2年多以來，通過不斷地技改和優(yōu)化，其經(jīng)濟性、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送入磨機內，并通過給料機配入一定比例的石灰石，同時送入磨機中被碾磨，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，在速度計和密度計測量計算后，與空分裝置送來的高壓氧氣同時配入少量過熱蒸汽混合，后經(jīng)煤燒嘴噴入氣化爐內，在高溫、高壓下發(fā)生部分氧化反應，生成的粗合成氣主要成分為(CO+H2)。氣化爐反應室產(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℃，然后進入濕洗單元，經(jīng)過文丘里洗滌器和濕洗塔被洗滌水進一步降溫、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，大顆粒的渣由撈渣機撈出后落在長皮帶上，送往渣場。在渣水中殘余的細渣及未反應的煤粉顆粒懸浮物，由細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入低壓閃蒸罐，進一步進行二次閃蒸，產(chǎn)生的0.15MPa低壓蒸汽去除氧器，對循環(huán)灰水進行汽提除氧，二次閃蒸濃縮后的黑水進入真空閃蒸罐，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混槽，與絮凝劑混合后去澄清槽進行絮凝沉降，上部溢流的澄清水進入到灰水槽，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進行分離，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一步回收熱量，再經(jīng)高壓灰水泵送至洗滌塔，作為洗滌補充水；第2處作為渣鎖斗排渣后的補充水；第3處過量的灰水送至水處理系統(tǒng)。

2 主要設計參數(shù)

2.1 所用物料參數(shù)

對所用原料煤的工業(yè)分析見表 1。

表1 煤的工業(yè)分析 %

對所用煤粉煤質要求如下：水分含量 <2%；粉煤顆?！?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行負荷，最高升至103%，截至2017年9月18日，五環(huán)爐共運行286d，氣化爐最長連續(xù)運行83d。試運行期間開停車情況及停車原因見表2 。

表2 五環(huán)爐氣化裝置試運期開停車時間及停車原因

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

(2)臥螺機運行過程中多次出現(xiàn)堵料跳車，無法正常分離漿料，最嚴重時只能通過排導淋來維持灰漿貯槽的液位。若處理臥螺機時間過長，就會使大量灰水不能及時處理，只能通過降低澄清槽底流泵的負荷來維持，致使溢流水中含有大量的細灰等懸浮物，并溢流至灰水槽中，給整個氣化裝置灰水循環(huán)系統(tǒng)水質造成一定的影響，進一步加快了系統(tǒng)設備的結垢速率。

經(jīng)過分析，主要原因是臥螺機對處理的灰漿有一定的條件限制，當灰漿濃度突然發(fā)生變化或者絮凝劑添加量不合適時，都會造成灰漿的黏性增大，致使臥螺機在運行時大量的黏性泥漿粘在臥螺機的外殼壁內部及下料口處，由于泥漿的黏性較大，流動性差，最終泥漿會在此處逐漸積累而堵塞出口，造成臥螺機振動大、扭矩高而跳車，無法正常分離運行。于是，為保障臥螺機的穩(wěn)定運行采取了以下措施：①聯(lián)系生產(chǎn)廠家技術人員，現(xiàn)場指導對臥螺機的日常調校，積累操作經(jīng)驗，并把出現(xiàn)的共性問題進行優(yōu)化技改；②根據(jù)水質分析數(shù)據(jù)及時調整絮凝劑用量，加強操作人員對水質的關注，堅持定期取水樣觀察，若水質較好且灰水分析濁度不高時，盡量減少絮凝劑的用量；③與儀表技術人員一起，把臥螺機重要參數(shù)引入中控室，加強對臥螺機各參數(shù)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常及時檢查處理； ④加強對臥螺機的開停車管理，堅持定期切換制度，結合定期全面檢查和日常巡查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

(3)濕洗塔出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。運行一個月后，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，且壓差增大，出口合成氣溫度和流量波動，嚴重時，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，對催化劑造成嚴重危害。

分析主要原因如下：合成氣氣量波動較大，濕洗塔液位操作較高，合成氣灰含量較大，濕洗塔補充水水質變差使塔板結垢出現(xiàn)堵塞，且補水量過大。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)定運行，于是采取以下防范措施：①穩(wěn)定氣化爐負荷，保證合成氣氣量在設計范圍以內；②正常運行時規(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，保證分散劑添加量合適，防止塔板結垢堵塞；④增加頂部鍋爐水補充量，且補水量要穩(wěn)定，根據(jù)負荷及時調整；⑤控制好濕洗塔pH值，保證水質分析保持微酸性。通過最近一年多的生產(chǎn)運行，再無出現(xiàn)濕洗塔液泛現(xiàn)象，保證了裝置的長周期穩(wěn)定運行。

(4)系統(tǒng)水質不穩(wěn)定，并且波動比較大。當水質變差后會導致灰水系統(tǒng)設備管道和換熱器內部結垢加快，換熱器結垢后導致?lián)Q熱效果下降，水溫升高，進一步影響澄清系統(tǒng)絮凝劑的效果。設備、管道結垢后，當工況發(fā)生較大的波動時，易造成垢層脫落使泵過濾器和管線堵塞，嚴重影響著氣化裝置的長周期、穩(wěn)定運行。而水中濁度大小是反映管道設備結垢程度的主要指標，所以在日常操作中，要時刻關注水質濁度指標。

針對目前水質波動較大的問題，分析原因主要為：①五環(huán)爐為新型粉煤氣化裝置，運行時間較短，積累經(jīng)驗較少；②部分操作人員對灰水系統(tǒng)的影響沒有引起足夠的重視，水質變差后對裝置運行帶來的嚴重后果認識不夠。

為了保證正常生產(chǎn)，穩(wěn)定水質。具體措施如下：①針對五環(huán)爐氣化裝置的灰水系統(tǒng)和黑水系統(tǒng)中的水質具有高溫、高壓、高硬度、高堿度等特點，選擇滿足其性能要求的灰水阻垢分散劑，并對加藥量進行了優(yōu)化調整；②根據(jù)所用煤種灰分含量的多少和氣化爐負荷的大小結合水質分析數(shù)據(jù)變化情況，及時調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定期對水質進行取樣分析，加強對水質分析指標的關注度，特別是水中濁度含量的大小，當濁度增加時，及時排查原因；⑤指派專人負責水質管理，每天對水質情況進行跟蹤管理，特別是對絮凝劑添加量的多少及藥劑配置的質量加強管控，發(fā)現(xiàn)問題及時整改處理，保證水質穩(wěn)定。

5 結語

龍宇煤化工五環(huán)爐粉煤加壓氣化裝置從2015年開車運行以來，通過不斷地優(yōu)化、改進和完善，使其運行情況在經(jīng)濟性、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生產(chǎn)的粗合成氣有效成分含量高，具有碳轉化率和冷煤氣效率高、比氧耗和比煤耗低等優(yōu)勢，但也存在一些問題，例如：①五環(huán)爐煤氣化技術是具備自主知識產(chǎn)權的新工藝，其長周期、穩(wěn)定運行還需要積累更多的經(jīng)驗，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)長周期、穩(wěn)定運行的關鍵環(huán)節(jié)之一，是水處理系統(tǒng)的改進和完善，長時間運行會造成設備和管道結垢，如何穩(wěn)定灰水系統(tǒng)的操作，如何保持灰水系統(tǒng)水質合格，將設備和管道結垢率降到最低將是下一步努力研究的方向。

參考文獻：

[1]張宗飛，夏吳，徐才福，姚強，游偉．新型五環(huán)爐干粉加壓氣化工藝及開車總結[J]．化肥設計，2015，53(2)：12-16．

[2]徐才福，夏吳，張宗飛，等．WHG 氣流床粉煤加壓氣化技術的開發(fā)與應用[J]．化肥設計，2015，53(2)：1-4．