多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置的優(yōu)化與改進(jìn)

1、第37卷第4期化工設(shè)計(jì)通訊2011年8月Chem ical Engineering Design Com munications多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置的優(yōu)化與改進(jìn)朱 敏,孫永奎,馬廷衛(wèi),孫西英(兗礦國(guó)泰化工有限公司,山東滕州 277527收稿日期:2011-04-06作者簡(jiǎn)介:朱 敏(1968-,男,山東滕州人,工藝工程師,兗礦國(guó)泰化工有限公司氣化車間主任。摘 要:介紹兗礦國(guó)泰多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置在氣化爐帶壓連投、預(yù)熱口封堵磚、工藝燒嘴頭部的保護(hù)、振動(dòng)篩換型、過(guò)濾機(jī)換型等方面所進(jìn)行的優(yōu)化和改進(jìn)。關(guān)鍵詞:多噴嘴對(duì)置式氣化爐;水煤漿氣化;優(yōu)化與運(yùn)行中圖分類號(hào):T Q 223 12+1;T

2、 Q546 2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):1003-6490(201104-0065-04Optimization and Modification of the Coa-l S lurry Gasification With Opposed Mult-i BurnersZH U Min,S UN Yong-kui,MA T ing-w ei ,S UN X i -y ing(Yanco n Cathay Coal Chemical Co.,Ltd.,Teng zhou Shandong 277527,ChinaAbstract:Intr oduce optim ization and mo

3、dification of the g asification system in Yancon Cathay Co mpany ,including continuo us feeding the gasifier under pr essure,blocking brick for preheating outlet seal,pr otecting of the burner nozzle heads,changing of the ty pe o f vibr ation sieve and the filter etc.Key words:g asifier w ith oppose

4、d mult-i burners;co a-l w ater slur ry gasification;optim ization and operation兗礦國(guó)泰化工有限公司日處理1000t 煤多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐配套240kt/a 甲醇、71 8M W 燃?xì)獍l(fā)電工程項(xiàng)目,是多產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)示范工程,該項(xiàng)目包含了兩個(gè)國(guó)家 863 計(jì)劃課題,即 新型水煤漿氣化技術(shù) 和 煤氣化發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與示范 。該項(xiàng)目于2003年8月1日正式開(kāi)工建設(shè),2005年10月試生產(chǎn)。氣化裝置采用具有自主產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)。氣化爐直徑3 4m,二開(kāi)一備,氣化壓力4 0M Pa,

5、單爐日處理1000t 精煤。氣化裝置于2005年7月23日一次化工投料成功。作為多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的首次成套示范裝置,在氣化爐運(yùn)行初期遇到了拱頂耐火磚壽命短、燒嘴拆卸困難等問(wèn)題,該氣化裝置在近5年的運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行了內(nèi)容豐富的優(yōu)化和改進(jìn),技術(shù)水平日臻完善,現(xiàn)在原型設(shè)計(jì)的氣化爐拱頂耐火磚壽命已突破6300h,工藝燒嘴壽命一般可超過(guò)3個(gè)月。由于受后系統(tǒng)產(chǎn)能的限制,氣化爐維持在90%的負(fù)荷運(yùn)行。本文介紹國(guó)泰公司多噴嘴氣化爐投入運(yùn)行后所開(kāi)展的優(yōu)化和改進(jìn)。1 氣化流程介紹氧氣和煤漿經(jīng)過(guò)四個(gè)工藝燒嘴霧化后在爐內(nèi)進(jìn)行部分氧化反應(yīng),生成的粗合成氣、熔渣及未完全反應(yīng)的炭,經(jīng)過(guò)渣口和洗滌冷卻水一起進(jìn)入氣化爐

6、洗滌冷卻室,粗合成氣被冷卻和初步洗滌后出氣化爐。出氣化爐的粗合成氣經(jīng)過(guò)混合器、旋風(fēng)分離器、水洗塔洗滌除塵后送下游的變換、凈化系統(tǒng)。熔渣經(jīng)冷卻固化定期排出系統(tǒng),由撈渣機(jī)撈出,裝入渣車運(yùn)到儲(chǔ)存界區(qū)。氣化及初步凈化流程示意見(jiàn)圖1。黑水減壓后進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔,閃蒸出的蒸汽與灰水直接接觸換熱,酸性氣經(jīng)氣液分離后送火炬燃燒。經(jīng)蒸發(fā)熱水塔、真空閃蒸濃縮的黑水進(jìn)澄清槽進(jìn)行固液分離,含固較低的灰水循環(huán)使用。底部含固較高的黑水經(jīng)壓濾系統(tǒng)處理,濾餅運(yùn)出界外,濾液制備煤漿。流程示意見(jiàn)圖2。為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行,裝置設(shè)有一套安全聯(lián)鎖邏輯控制系統(tǒng)來(lái)保證整個(gè)生產(chǎn)裝置的安全運(yùn)行。裝置運(yùn)行時(shí),當(dāng)由于某種原因危及系統(tǒng)安全,安全聯(lián)鎖系

7、統(tǒng)觸發(fā)停車動(dòng)作,氣化爐按照原設(shè)定65化工設(shè)計(jì)通訊第37卷的程序自動(dòng)停車;若有一對(duì)或一支燒嘴的工藝參數(shù)變化到聯(lián)鎖值時(shí),氣化爐一對(duì)燒嘴跳車,另一對(duì)燒嘴正常運(yùn)行,后系統(tǒng)減負(fù)荷運(yùn)行。跳車燒嘴故障消除后進(jìn)行帶壓連投,后系統(tǒng)恢復(fù)高負(fù)荷生產(chǎn)。 圖1 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化及初步凈化流程簡(jiǎn)圖 圖2 含渣水處理流程簡(jiǎn)圖2 所開(kāi)展的優(yōu)化和改進(jìn)2 1 氣化爐帶壓連投(1改進(jìn)前的情況多噴嘴對(duì)置式氣化裝置在運(yùn)行初期,經(jīng)常出現(xiàn)非燒嘴原因造成一對(duì)燒嘴跳車,只能將氣化系統(tǒng)降壓到0 6M Pa 以下運(yùn)行(此時(shí)氣化爐一對(duì)燒嘴運(yùn)行,一對(duì)燒嘴停車,下游工序變換、凈化、合成系統(tǒng)切氣停車。在跳車故障消除后將跳車的一對(duì)噴嘴再投入運(yùn)行,氣化

8、系統(tǒng)再次升壓,出氣化工序的煤氣壓力、溫度合格后向后系統(tǒng)送氣,變換、凈化、合成系統(tǒng)再接氣開(kāi)車。在此過(guò)程中,氣化爐雖然沒(méi)有完全退出運(yùn)行,但后系統(tǒng)因?yàn)閴毫Φ捅仨毲袣馔＼?煤氣大量放空,影響了66第4期 朱敏等:多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置的優(yōu)化與改進(jìn)后系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)和公司的經(jīng)濟(jì)效益。(2改進(jìn)措施為了保證在一對(duì)燒嘴退出運(yùn)行的情況下另一對(duì)燒嘴的投料成功,必須提高氣化爐投料物料 氧氣、煤漿的壓力,并對(duì)停運(yùn)燒嘴進(jìn)行保護(hù):在煤漿循環(huán)和氧氣放空管線上增加煤漿、氧氣提壓閥,提高投料介質(zhì)的壓力,避免氣化爐內(nèi)高壓、高溫煤氣竄入氧氣和煤漿管線而發(fā)生意外事故;當(dāng)氣化爐一對(duì)燒嘴停車后,對(duì)停運(yùn)燒嘴進(jìn)行保護(hù),防止高溫輻射燒蝕燒嘴

9、,保證燒嘴出口不被熔渣堵塞。(3改進(jìn)效果兗礦國(guó)泰化工有限公司于2006年11月29日首次成功進(jìn)行帶壓連投。2007年10月28日17:05C#氣化爐因?yàn)槊簼{波動(dòng)一對(duì)燒嘴跳車, 17:31氣化爐帶壓連投成功,用時(shí)僅26min?，F(xiàn)在,國(guó)泰公司已成功進(jìn)行多次帶壓連投,其中有5次因?yàn)闅饣癄t安全系統(tǒng)閥門動(dòng)作故障沒(méi)有成功,閥門故障消除后,二次帶壓連投氣化爐成功并入系統(tǒng)運(yùn)行,成功率100%。2 2 預(yù)熱口封堵磚(1改進(jìn)前的情況氣化爐頂部預(yù)熱口封堵磚是氣化爐耐火磚中最薄弱的環(huán)節(jié),此封堵磚的使用壽命直接影響氣化爐拱頂磚壽命。原設(shè)計(jì)的封堵磚為圓柱體,依靠其支撐端面與B磚承托平臺(tái)接觸式密封,密封面小,氣化爐在投料初

10、期和運(yùn)行過(guò)程中易出現(xiàn)封堵磚破損脫落情況,且B磚蝕損后承托能力降低,封堵磚易脫落,從而造成氣化爐頂部法蘭超溫。國(guó)泰公司多噴嘴氣化爐預(yù)熱口封堵磚改進(jìn)前運(yùn)行周期較短,曾出現(xiàn)過(guò)氣化爐運(yùn)行過(guò)程中封堵磚脫落事件,由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)沒(méi)有發(fā)生惡性事故。氣化爐預(yù)熱口封堵磚制約著氣化爐的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。(2改進(jìn)措施針對(duì)氣化爐封堵磚壽命短的情況,重新設(shè)計(jì)了封堵磚,將封口磚的形狀由圓柱凸臺(tái)形變更為圓錐凸臺(tái)形,將密封形式由固定式改為自由沉降式,增加了密封面積,防止了串氣現(xiàn)象的發(fā)生。新設(shè)計(jì)的封堵磚將承托平臺(tái)上移至上層A1磚,并將與B磚的接觸面改成圓錐面,封堵磚可以根據(jù)密封圓錐孔的實(shí)際情況上下調(diào)整,增大了密封面積,達(dá)到了

11、較好的密封效果。(3改進(jìn)效果兗礦公司設(shè)計(jì)的封堵磚在2006年第二季度投入使用,封堵磚的壽命現(xiàn)在已超過(guò)2000h。圖3為封堵磚使用1905h后的照片,從圖中可看出,該封堵磚還可以繼續(xù)使用較長(zhǎng)的時(shí)間。封堵 磚對(duì)氣化爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行已不存在影響。圖3 氣化爐頂部封堵磚圖片(使用1905h后2 3 工藝燒嘴頭部的保護(hù)(1改進(jìn)前的情況工藝燒嘴是氣化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,其運(yùn)行狀況影響著氣化裝置的效益和氣化爐的安全。燒嘴的工作環(huán)境非常惡劣,燒嘴噴頭一方面受到爐內(nèi)高溫輻射及合成氣中硫、氫、富氧等氣體腐蝕作用,同時(shí)還受到高速介質(zhì)的沖刷,壽命一般較短。為了保護(hù)燒嘴,一般在其頭部設(shè)置冷卻水系統(tǒng)。國(guó)泰公司新型氣化爐投產(chǎn)初期

12、,燒嘴方面遇到三個(gè)問(wèn)題: 燒嘴壽命短; 燒嘴冷卻水盤管腐蝕; 燒嘴拆卸困難。工藝燒嘴使用20d 左右其水室端蓋龜裂嚴(yán)重,影響燒嘴的霧化;水室端蓋和冷卻水盤管連接處角焊縫出現(xiàn)裂紋或外漏;冷卻水盤管和外氧管腐蝕較重;氣化爐停車后拆卸燒嘴困難,燒嘴室塞滿細(xì)灰,經(jīng)常拉壞燒嘴冷卻水盤管。(2改進(jìn)措施在燒嘴頭部包裹材料,這樣安裝及使用過(guò)程中不易破碎,壽命較長(zhǎng),其尺寸可根據(jù)燒嘴室的尺寸調(diào)節(jié),保證燒嘴裝入燒嘴室后,燒嘴頭部和耐火磚基本沒(méi)有縫隙,可有效防止飛灰塞入間隙,也可隔絕爐內(nèi)腐蝕性氣體對(duì)燒嘴本體及盤管的腐蝕。將燒嘴冷卻水進(jìn)水盤管由1 5圈改為0 5圈,減少燒嘴安裝和拆卸過(guò)程中的阻力,防止水室端蓋角焊縫受外

13、力損傷;在水室端蓋角焊縫處設(shè)置一擋板,防止角焊縫因撞擊而受傷,在燒嘴67化工設(shè)計(jì)通訊第37卷投入使用后阻擋爐內(nèi)高溫輻射對(duì)燒嘴的影響。(3改進(jìn)后的效果工藝燒嘴改進(jìn)后,燒嘴使用壽命逐步延長(zhǎng),2010年燒嘴平均壽命72d,最長(zhǎng)使用周期為121d 。2 4 水洗塔、旋風(fēng)分離器、蒸發(fā)熱水塔的黑水出口管線(1改進(jìn)前的情況氣化系統(tǒng)的三臺(tái)主要設(shè)備 旋風(fēng)分離器、水洗塔、蒸發(fā)熱水塔的下部黑水管線原開(kāi)孔位置在設(shè)備的筒體(直筒段下部,其錐底部分為水流死區(qū)。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,大量灰渣會(huì)沉積在錐底部分,形成非常堅(jiān)硬的灰垢,這些灰垢停車后清理非常困難,氣化爐開(kāi)停車過(guò)程中曾多次堵塞黑水出口管線,造成氣化爐被迫停車或降壓后疏通,

14、除增加停車次數(shù)外,還帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。(2改進(jìn)措施將旋風(fēng)分離器、水洗塔、蒸發(fā)熱水塔的黑水管線出口位置,由筒體下部改到錐底。正常生產(chǎn)及開(kāi)停車時(shí),筒體下部旁路閥處于關(guān)閉狀態(tài);系統(tǒng)開(kāi)停車出現(xiàn)錐底堵塞時(shí),打開(kāi)導(dǎo)淋,排放出大垢片和顆粒,疏通后黑水走錐底的正常流程;如不能疏通則打開(kāi)錐底上部旁路閥,黑水走旁路維持正常運(yùn)行,系統(tǒng)停車后進(jìn)行清理疏通。改進(jìn)前后的流程示意如圖4。 圖4 旋風(fēng)分離器、水洗塔、蒸發(fā)熱水塔黑水出口管線改進(jìn)(3改進(jìn)后的效果旋風(fēng)分離器、水洗塔、蒸發(fā)熱水塔的黑水出口管線于2008年相繼進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)后使用效果較好,沒(méi)有因?yàn)楹谒芫€堵塞影響系統(tǒng)運(yùn)行,系統(tǒng)檢修時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)錐底積存大量固態(tài)顆粒,減少

15、了系統(tǒng)檢修清理工作量。2 5 氣化爐托磚盤加噴淋水(1改進(jìn)前的情況新型氣化爐在實(shí)際運(yùn)行中,由于托磚盤附近的氣體流速較低,托磚盤底部(俗稱 鍋底 存在積灰現(xiàn)象,造成托磚盤散熱不好,溫度升高,鍋底的設(shè)計(jì)溫度為425 。這給氣化爐的安全運(yùn)行帶來(lái)較大的影響,檢修清理較困難。(2改進(jìn)措施將高溫變換冷凝液(從變換工序水煤氣廢鍋返回的冷凝液引至氣化框架,從氣化爐底部高壓氮?dú)夤芫€(閑置未用進(jìn)入氣化爐內(nèi),冷凝液經(jīng)環(huán)形分布器均勻噴淋到氣化爐鍋底,洗滌鍋底飛灰,防止飛灰積聚。(3改進(jìn)后的效果氣化爐鍋底加入噴淋水后,較大程度地防止了氣化爐鍋底積灰現(xiàn)象,鍋底溫度得到了控制,消除了鍋底超溫現(xiàn)象。由于是在設(shè)備上進(jìn)行改造,設(shè)

16、備原口較小,噴淋水較小(受管徑限制,沒(méi)能完全防止氣化爐鍋底溫度上升,在氣化爐運(yùn)行過(guò)程中,隨著氣化爐運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),鍋底溫度有時(shí)會(huì)從220 升高到260 。2 6 振動(dòng)篩換型(1改進(jìn)前的情況工藝設(shè)計(jì)中,選擇煤漿振動(dòng)篩作為保障煤漿質(zhì)量的最后一道屏障。原設(shè)計(jì)選用的煤漿振動(dòng)篩,開(kāi)車后運(yùn)行一直不穩(wěn)定。因煤漿中含有較大顆粒,造成高壓煤漿泵跳車10余次,導(dǎo)致氣化爐3次停車。由于煤漿振動(dòng)篩在設(shè)計(jì)、制造中的不足,造成該設(shè)備頻繁損壞,主軸斷裂5根,彈簧板斷裂,僅備件一年就需要30余萬(wàn)元。煤漿振動(dòng)篩運(yùn)行不穩(wěn)定嚴(yán)重制約氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行。(2改進(jìn)措施和改造后的效果經(jīng)與兄弟廠家交流,將振動(dòng)篩變更為運(yùn)行穩(wěn)定的回轉(zhuǎn)篩。煤漿振

17、動(dòng)篩換型后,徹底消除了因煤漿質(zhì)量造成氣化爐停車和煤漿波動(dòng)的現(xiàn)象。滾筒篩運(yùn)行穩(wěn)定,投入運(yùn)行的第一年未進(jìn)行大的修理。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),發(fā)現(xiàn)滾筒篩內(nèi)支架焊口開(kāi)裂,篩網(wǎng)有破損現(xiàn)象。這有待在今后的生產(chǎn)運(yùn)行中進(jìn)一步完善。2 7 過(guò)濾機(jī)換型(1改進(jìn)前的情況壓濾機(jī)是一種固液分離設(shè)備,在氣化裝置中用來(lái)處理澄清槽底部排出的含固5%20%的黑水,是渣水處理的關(guān)鍵設(shè)備,對(duì)氣化裝置的環(huán)保排放有較大影響。國(guó)泰公司原設(shè)計(jì)的過(guò)濾機(jī)為68第37卷第4期化工設(shè)計(jì)通訊2011年8月Chem ical Engineering Design Com municationsDNQ2000型帶式濃縮壓榨過(guò)濾機(jī),其在運(yùn)行過(guò)程中需要加入大量

18、的絮凝劑,并且經(jīng)常出現(xiàn)濾布跑偏現(xiàn)象,出口濾餅含水量高,維修量和生產(chǎn)維護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度大,無(wú)法滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要。(2換型情況和使用效果2006年根據(jù)生產(chǎn)情況將帶式濃縮壓榨過(guò)濾機(jī)更換為真空過(guò)濾機(jī),幾年來(lái)的運(yùn)行表明,基本可以滿足生產(chǎn)要求,濾餅含水量一般低于20%。由于是在原基礎(chǔ)上進(jìn)行改造,較清潔的濾液和濾布沖洗水匯合,造成濾液含固量較高,隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng),出現(xiàn)了真空過(guò)濾機(jī)機(jī)架腐蝕,濾布跑偏、打皺現(xiàn)象。3 總 結(jié)兗礦國(guó)泰化工有限公司的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置已經(jīng)運(yùn)行了近5a 時(shí)間,經(jīng)過(guò)工程上的優(yōu)化和完善,進(jìn)一步豐富了多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的內(nèi)涵,也為新建的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置提供了寶貴的實(shí)踐

19、經(jīng)驗(yàn)。但由于國(guó)泰公司氣化爐是第一套大型對(duì)置式四噴嘴氣化裝置,在設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)管理上存在不足,目前仍然存在以下問(wèn)題:(1撈渣機(jī)鏈條在運(yùn)行過(guò)程中易出現(xiàn)鏈條一邊拉長(zhǎng)的現(xiàn)象,造成撈渣機(jī)刮板傾斜;(2水洗塔塔盤結(jié)垢,灰垢主要由磷酸鹽組成,現(xiàn)在使用的化學(xué)清洗方法較難處理,一般采用物理清理的辦法處理,清理勞動(dòng)強(qiáng)度較大。目前,該氣化裝置整體處于良好的運(yùn)行狀態(tài),工藝指標(biāo)先進(jìn),系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定,操作控制手段先進(jìn)靈活,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,從實(shí)踐角度充分證實(shí)了多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的先進(jìn)性、成熟性和可靠性。甲醇合成塔床層超溫原因分析李雪冰,閆國(guó)富(中國(guó)神華煤制油化工有限公司包頭煤化工分公司,內(nèi)蒙古包頭 014010收稿日期:2011-04-08作者簡(jiǎn)介:李雪冰(1973-,女,黑龍江佳木斯人,化工工藝工程師,先后從事合成氨及甲醇工藝技術(shù)管理工作。摘 要:介紹了DA V Y 公司設(shè)計(jì)的大型甲醇合成流程,探討了甲醇合成塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu),從催化劑的裝填、催化劑還原后的沉降、工藝操作等方面對(duì)現(xiàn)運(yùn)行的甲醇合成塔催化劑上部床層局部熱點(diǎn)超溫現(xiàn)象進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞:甲醇合成塔;催化劑;床層溫度中圖分類號(hào):T Q 223 12+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):1003-6490(201104-0069-04Analysis of Reasons for C a