提高多喷嘴气化装置运行周期的探讨

2015-03-25步建军

氮肥与合成气 2015年4期

关键词：煤浆黑水气化炉

步建军

(江苏索普〔集团〕有限公司江苏镇江212006)

提高多喷嘴气化装置运行周期的探讨

步建军

(江苏索普〔集团〕有限公司江苏镇江212006)

煤化工生产装置长周期运行能节省大量的检修费用、减少装置开停工损失、增加有效生产时间，是降低生产成本和提高经济效益最有效的措施。多喷嘴水煤浆气化技术，作为一种先进成熟的洁净煤技术，具有运行经验丰富、单炉产能大、效率高、煤种适应性相对较强等优点，近年来得到大规模工业化推广应用，在安全稳定运行方面有其独特的优越性。

1 影响气化炉运行周期的因素

1.1 原料煤

水煤浆气化炉由于采用高温气化，从化学反应性上看，原料煤种的适应性较广，但对原料煤种的发热量、可磨性、水分、灰分、挥发分等一些关键理化特性的要求仍有局限性;从气化装置的技术经济角度考虑，对原料煤种有一定的要求。一般情况下，气流床煤气化工艺选用煤质稳定、低水分、高挥发分、高活性、高发热量、可磨性适中、灰分适中、灰熔融性温度低的煤种对生产粗煤气是有利的;灰分质量分数一般应控制在8%以下，灰熔点要求＜1250℃，若煤质变化则会对气化、排渣等过程产生较大的影响。

1.2 关键设备

1.2.1 气化炉

气化炉包括燃烧室和激冷室。气化炉燃烧室的工况为高温、高压、强还原性气氛。随着频繁开、停车，燃烧室内温度、压力不断波动，同时伴有酸性熔渣的冲蚀，因此，气化炉燃烧室内衬耐火材料的寿命就成为制约装置运行周期的关键。目前，已经使用的耐火砖主要是铬铝锆型砖。

激冷室对气化装置运行的影响主要表现在激冷室液位上。激冷室液位高，会造成激冷室内部黑水循环量急剧增大，产生工艺气严重带灰、带水的工况，继而对后续工段产生影响;激冷室液位偏低，会造成出口工艺气激冷饱和不充分，工艺气温度偏高等问题。

1.2.2 烧嘴

目前，烧嘴有预热烧嘴和工艺烧嘴。预热烧嘴用于气化炉养护及气化炉预热的初始阶段，工艺烧嘴用于煤气化阶段。工艺烧嘴的优劣直接决定了气化装置的效能和系统的稳定性，单台气化炉的合理运行周期主要取决于烧嘴的使用寿命。

1.2.3 高压煤浆泵

高压煤浆泵作为水煤浆气化工艺流程中的关键设备，一旦发生故障将直接导致气化炉1对烧嘴跳车。尽管在故障排除期间能进行带压连投，但单烧嘴运行时间越长，对烧嘴运行、耐火砖寿命造成的影响越大，造成巨大损失。

1.2.4 蒸发热水塔

蒸发热水塔采用直接换热方案回收黑水余热，热传递效率高，闪蒸气大多在上塔被冷却回到系统。但如果蒸发热水塔设计处理量偏小，在系统负荷大、实际水循环量高于设计值的条件下，蒸发热水塔容易带水甚至超压;严重时，系统必须紧急停车进行处理。经过几年的摸索，通过加强水质控制和精心维护操作，蒸发热水塔一般能够稳定运行150d以上。

1.3 设备管道堵塞

由于管路布置问题，旋风分离器、水洗塔底部黑水闪蒸管道从低至高处(渣水从1楼到3楼)的管道弯头设置过多，并在个别地方形成死角。开、停车时，设备、管道内附着的垢片由于温度、压力的变化大量脱落，随黑水排放流量增大，这些垢片被带到死角处并沉积下来，从而造成堵塞。因为黑水排放存在较高的压差，这些脱落的垢片随着水流动到角阀前聚集，会造成黑水排放不畅，有时会发生阀卡和角阀关不到位现象;严重时，角阀堵塞，黑水无法排放。另外，因煤质变化，气化炉激冷室集渣架桥，锁渣阀卡堵现象也时有发生。

2 气化炉的运行

2.1 原料煤质量控制

气化原料煤煤质的稳定对气化炉的正常运行有着至关重要的作用。首先应掌握原料煤的变化情况，灰分的突然升高容易造成渣口堵塞和下降管堵塞，从而被迫停车处理，因此，必须从源头进行严格控制。原料煤进厂后，应及时分析、分仓存放，原料煤的灰分升高时，在制浆水量及添加剂量不变的情况下，磨制出的煤浆浓度会异常升高。应根据灰熔点的高低确定助溶剂的添加量，同时为气化炉炉温的控制提供操作依据。原料煤所含内水及外水较高时，不易磨制出合格的煤浆，会影响制浆质量。因此，从原料煤的供应上做到精细化管理，有助于气化炉运行工况的稳定。

对煤浆尽可能做到短间隔取样分析，及时掌握进炉煤浆的状况。煤浆灰分可确定气化炉负荷，在灰分较高时，强行在高负荷下运行会导致气化炉排渣出现问题。煤浆浓度的变化会影响有效气的产量，煤浆浓度降低时，不调整氧煤比会使有效气产量下降。在运行中，应严密监控煤称重给料机的转速变化趋势，原料煤灰分升高时，转速有明显的升高趋势。另外，可根据磨煤机、低压煤浆泵参数及煤浆浓度，综合判断原料煤的变化情况，以便对气化炉的工况进行超前调整，避免工况恶化而无法挽回。

2.2 气化炉的操作温度

气化炉的操作温度主要参照煤的灰熔点数据调整。正常运行期间，当天的灰熔点分析数据只可作为操作人员的一个重要参考依据，但绝不能依靠此值去操作炉温。尽量使用灰熔点低及灰渣黏温特性较为理想的煤。在保证顺利排渣的情况下，选择合适的炉温可以提高有效气产率，提高碳转化率，显著提高经济效益。根据经验，为维持煤灰的流动，气化炉操作温度应高于渣的熔点50～100℃，煤渣黏度一般在25～40Pa·s。在生产中，炉温波动将严重影响气化炉的稳定运行，炉温的控制主要是通过调节氧煤比来实现的。在操作过程中，氧煤比过高，系统热负荷增加，有效气成分下降，CO2含量升高;氧煤比过低，炉温降低，渣口缩小，气化炉压差增大，运行就变得不稳定，操作难度增加，同时，细灰含量上升，灰水处理系统负荷增加，从而导致整个气化水系统工况恶化，不利于气化炉的长周期稳定运行。

2.3 操作负荷和压力控制

气化炉的生产负荷对耐火砖的使用寿命会有直接影响，在气化炉运行过程中，应尽量避免超负荷、超压运行。如需要提高负荷，应先增加煤浆量，再提高对应的气化压力以及氧气压力，并控制好出烧嘴的气、液两相的流速，杜绝低压高负荷、高压低负荷运行，严格遵循负荷－压力曲线，防止拱顶、炉壁以及烧嘴法兰超温;降负荷时，应先减氧再调整煤浆量。不可大幅度加、减负荷，而应小幅、多次、匀速操作，因为小幅度的波动可被平稳工况有效吸收，幅度过大会造成工况长时间的紊乱。正常情况下，煤浆量可按±0.05m3/min的速率调整负荷。煤浆泵转速达到850～880r/h时，系统压力控制在5.80MPa;煤浆泵转速高于880r/h时，系统压力提高至6.0MPa，相应的氧气压力可由8.0MPa提高至8.1MPa。

2.4 渣水系统运行

应避免气化炉在低温下操作，否则会产生大量浮灰，浮灰会在黑水管道、闪蒸设备内聚集，与垢片结合形成大块，对灰水处理系统影响极大。气化炉、洗涤塔、旋风分离器都必须保持一定的黑水排量，以防其固含量过高。开、停车时，应保证系统水循环时间(要求开车前1d建立系统水循环;停车后保压循环2h，系统方可进行泄压;如停车后无紧急抢修任务，系统泄压后应继续维持水循环1d)，尽量减少系统积灰，尤其在停车后，应对黑水管线进行冲洗。保证水系统的稳定，对进入界区的各类水源进行严格控制，每天取样观察分析，发现问题及时进行试验分析，调整药剂类型和添加量，并根据分析结果［总硬度(以CaCO3计)＞600mg/L，Cl－质量浓度＞500mg/L］，及时对系统水进行置换。同时，应加强对渣水系统设备维护，确保在用设备好用，备机可备。

2.5 气化炉的检修

因烧嘴运行寿命的原因，气化炉运行一段时间(70～80d)后必须进行倒炉，故应合理控制单台气化炉运行周期，保证计划性的倒炉备炉，并根据烧嘴、耐火砖、蒸发热水塔填料以及公用系统故障情况，制定完善的检修项目，在确保质量的前提下，提高检修效率。