神华宁煤400万t/a煤炭间接液化示范项目煤气化装置存在的问题及对策

(中国寰球工程有限公司北京分公司，北京 100012)

神华宁夏煤业集团400万t/a煤炭间接液化示范项目的煤气化装置，于2016年10月26日实现第一台气化炉投料成功，2017年11月3日最后一台气化炉投料试车成功并产出合格粗煤气。经历了一年调试运行，于2017年12月17日实现满负荷运行。该项目共设置28台气化炉，4个系列低温甲醇洗，8台费托反应器，处理气量为280万Nm3/h。到目前为止，28台气化炉最长运行周期为：A类运行157天；B类运行250天；其中，6台气化炉B类运行天数均达200天以上。

1 煤气化装置概况

神华宁煤400万t/a煤制油项目煤气化装置采用了粉煤下行激冷气化工艺，该装置包括28台粉煤气化炉，其中，24台气化炉由中国寰球工程公司负责设计，另外4台由中国五环工程有限公司负责设计。每4台气化炉共用一个气化框架，共设置7个气化框架。

煤气化装置的相关数据如下：合成气产量为318.0×104Nm3/h(CO+H2)，粉煤消耗量为2 228t/h，其中，24台气化炉单炉产气能力为132 500Nm3/h(CO+H2)，4台神宁炉单炉产气量为130 000～140 000Nm3/h(CO+H2)。

煤气化装置包括粉煤加压输送、气化、除渣、合成气体洗涤、黑水闪蒸、黑水处理、气化介质供应及配套的公用工程等单元。煤气化流程见图1。

图1 煤气化流程

(1)粉煤加压输送。该单元采用1个常压粉仓、2个锁斗、1个给料罐的系统设计。其中，24台气化炉采用4根煤线下出料、通气锥形式的输送方式设计，4台神宁炉采用4根侧出料、点式流化器形式的输送方式设计。煤粉管线上均设置煤粉流量调节阀，切实保证了输送系统煤粉平稳供料。

(2)气化单元。24台气化炉是在西门子原有气化炉基础上进行了改造，上半部分保留了原有西门子反应室水冷壁结构外壳带水加套的设计，下部激冷室由原有的喷淋结构改为激冷环加下降筒和破泡盘结构形式；4台神宁炉为新设计的气化炉，也采用水冷壁的结构设计，无水夹套。激冷室结构与24台气化炉结构相似，采用了下降筒加破泡盘结构设计。气化炉产气能力较24台气化炉大。

(3)合成气洗涤单元。合成气洗涤单元原SFGT流程采用了鼓泡塔加一级文丘里、一级分离器、高压喷头、聚结器和原料气分离罐的洗涤工艺；改后28个系列工艺为：来自气化炉的粗合成气经一级文丘里、一级分离器、二级文丘里、洗涤塔洗涤后进入下游变换装置。二级文丘里采用可调式，根据装置负荷调节喉头位置，洗涤塔采用板式塔形式。

(4)黑水闪蒸单元。SFGT原工艺采用两级闪蒸工艺，一级闪蒸压力为0.55MPa，二级闪蒸压力为0.03MPa，闪蒸气采用换热器间接换热冷却工艺；改造后28个系列工艺为：采用三级闪蒸工艺，闪蒸压力分别为0.8MPa、0.3MPa和0.03MPa。闪蒸气采用加湿塔的直接接触换热冷却工艺。

(5)黑水处理单元。该单元采用澄清槽加真空过滤机的工艺。

2 煤气化装置运行数据

煤气化装置设计满负荷运行时，24台气化炉在线，4台备用。

单台气化炉运行数据见表1。

表1 单台气化炉运行数据

续表

3 运行中常见问题及解决方案

3.1 激冷环磨蚀及下降筒损坏

运行约半年，1#、2#、5#炉停炉检修时发现激冷环外环管件出现裂缝，下降管局部出现磨损，主要损坏部位集中在下降管从上往下约1 400mm处，出现不同程度的鼓包和变形。主要原因是在下行激冷流程的粉煤气化工艺中，合成气中粉尘含量高，激冷水中固含量相对水煤浆气化工艺偏高，激冷环设计中通过分配管到环隙的流速偏高，造成分配管附近水流通过布水孔时对激冷环外环的冲刷。

另外，由于激冷水温度高，碱金属离子含量高，造成激冷环内部结垢，激冷水布水孔局部堵塞，也是造成水流速度过大的一个原因。

适当调低激冷环的进水量；在原有设计的基础上，孔数量不变，加大了孔的面积。另外，改变了激冷环与下降筒之间的环缝大小，确保在下降筒上形成均布液膜的同时，减少对下降筒的磨蚀。

3.2 激冷水过滤器堵塞

激冷水过滤器结构为篮式过滤器，为了实现在线反冲洗，激冷水原设计为外进内出。实际运行中因激冷水过滤器进口阀门内漏，激冷水过滤器切换困难，很难实现在线反冲洗。由于过滤器进水水质差，造成了激冷水过滤器滤芯严重变形，滤芯前后差压大导致滤芯整体被顶起。激冷水经滤芯法兰边短路流通，未经过滤器的激冷水直接加压后送到激冷环组件，造成下游激冷环磨蚀。

考虑到篮式过滤器无法实现在线反冲洗，为了保护下游激冷环部件，将篮式过滤器的内部体积增加，改为“里进外出”结构形式，避免激冷水走短路，延长了激冷水过滤器的使用寿命。

另外，原设计为“一用一备”的过滤器，目前正常运行时采用两台过滤器同时投用，停车时再对两台过滤器进行清洗。

3.3 激冷水泵打不上量

煤气化装置中总的激冷水量原设计为576m3/h，激冷水泵设置3台，2开1备，单台泵的流量为288m3/h(正常)/315m3/h(最大)；激冷水泵前设置篮式过滤器，从洗涤塔底部经激冷水过滤器过滤后的水进入激冷水泵入口，经激冷水泵加压后送气化炉激冷环使用。激冷水设置流量低自启动备泵，低低跳车的连锁。

由于激冷水质差，篮式过滤器堵塞造成泵入打量不足，在启动备泵过程中造成流量低低连锁跳车。

分析后发现，造成如上问题的原因有以下几个方面：①激冷水质差；②激冷水泵入口配管造成远端泵实际打量与设计流量相差较大；③激冷水源头是洗涤塔的下部，入水口距离塔底较近。

解决办法：①改善激冷水水质，主要增加外补水质量控制和系统内循环水质量控制；②该泵入口管内激冷水压力高、温度高，应力管道在配管时有严格要求，建议以后配管时优化入口管道的布置，进入三个泵的入口阻力降尽量相当；③抬高洗涤塔激冷水的出口高度。

3.4 文丘里喉头部位磨蚀及支撑断裂

改造措施：①改善激冷水质；②洗涤塔底部走开路排放，送出一路黑水去黑水处理单元；③由于二级文丘里具有调节功能，根据负荷大小来调试调节杆，达到调节流通面积的目的。由于二级文丘里差压大，造成震动大，所以在布置时要考虑选择合适的支撑方式消减震动，减少对调节杆的损坏。

4 结语

作为煤气化装置的核心设备——气化炉，其运行好坏直接关系到装置的长周期、稳定运行。该项目煤气化装置采用国产化的下行激冷粉煤气化工艺，在短时间内达到了满负荷甚至超负荷运行状态，煤耗低、氧耗低，合成气中有效气含量高达91%～93%，高于同类型的粉煤气化工艺，出气化合成气中粉尘含量控制在1mg/Nm3。该气化工艺技术在第一次工业化应用中遇到了一些问题，经过对问题的分析研究，实施了一系列的优化改进措施，使得煤气化装置得以满负荷、稳定运行，运行周期不断加长。

神华宁夏煤业集团400万t/a煤炭间接液化示范项目是世界上迄今为止规模最大的、以煤为原料的煤制油项目，其成功示范为我国“富煤、贫油、少气”的资源状况提供了新的思路。该项目国产化率高，煤气化技术、费托合成技术均采用国内自主研发的工艺，在短时间内完成了装置的成功示范。尤其是采用自主研发的煤气化工艺，在短短一年时间内实现了满负荷、稳定运行，在节约时间的同时，为项目节省了更多费用。