煤气化装置现场优化及操作建议

2020-02-19耿文杰马振明翟树涛

山西化工 2020年4期

耿文杰，马振明，翟树涛

(阳煤太原化工新材料有限公司，山西太原 030400)

我国的能源结构特点决定了国家在能源使用上的政策和发展模式。多煤、少油、少气的能源结构决定了国家基于能源安全考虑，在一定时期内还将要发展以煤为源头的化工产品，而其中作为源头的煤化工，特别是新型煤化工的发展，始终占有一席之地。

正是由于这种对煤炭资源较强的依赖性，使得众多的煤气化技术纷纷在我国落地并得到不同程度的发展，但同时工厂在实际的生产过程中，也发现一些问题[1]。结合生产过程中发现的问题，提出可供参考的现场优化和操作建议，以期对现有工厂操作具有有价值的优化操作建议，使得工厂生产更平稳，运行周期更长，从而为企业带来更多的效益。

1 气化炉出口增设环状水喷淋

合成气从气化炉燃烧室进入到下部渣室经激冷水浴后从气化炉合成气出口，通过合成气管道进入到下游文丘里洗涤器，再进入到合成气洗涤塔。在一些工厂操作过程中，发生气化炉合成气出口渣堆积、合成气管道灰沉积、文丘里喉径处堵塞、合成气洗涤效果差带来的外送合成气灰含量超标。

为了避免以上现象发生，可以尝试在气化炉出口合成气管道切面设环状喷淋，根据实际需要调节喷淋水量，使合成气中夹带细灰充分润湿，逐步凝结聚集，避免在文丘里洗涤器因急剧喷水使粉尘不能均匀凝结带来的局部灰凝聚堵塞文丘里洗涤器，同时对合成气管道灰沉积可能也带来一定减轻作用。

2 煤粉电动纤维分离器处增设管道式除铁器

在煤粉制备单元，一般在原料煤储仓至称重给煤机之间设电磁除铁器，防止煤中金属物带入磨煤机，对下游设备和输送管线阀门造成损坏，影响装置正常生产，甚者带来生产安全隐患。

磨煤机磨出的合格煤粉经袋式过滤器、煤粉旋转卸料阀、电动纤维分离器、螺旋输送机进入到后续煤粉输送单元的常压煤粉储仓。在原料煤称重给煤机前设置的电磁除铁器不能保证经磨机磨煤后不带来新的铁质杂质，而煤粉中的铁质杂质对后续煤粉管线，特别是煤粉调节阀、煤粉流量计、烧嘴将带来消极影响[2]。

建议在煤粉袋式过滤器下部电动纤维分离器处增设管道式除铁器，对系统中煤粉进一步除铁，杜绝煤粉中夹带铁质杂质进入下游，对后续设备、管道起到保护作用，也减少事故故障的发生。

3 热风炉出口连接方式优化

热风炉(惰性气体发生器)在整个煤粉制备单元是一台重要的设备，一般采用立式圆筒炉，顶部安装燃烧烧嘴，设备内部采用浇注料的型式。其作用是为煤粉干燥和整个风循环系统提供热源。

热风炉出口管口，部分设计单位采用法兰结构和出口管道连接。因热风炉设备布置较高，法兰密封不便于操作维护，而且此处操作温度较高，约2 m甚至更大直径的管道采用法兰面密封对安装要求较高，一旦此处泄露，将很难处理。可考虑采用焊接连接，但同时需要考虑设备内部检修维护和系统气密分段问题。

此外，煤粉制备单元的循环风系统气密问题是安装、运行时遇到的另一大难题。系统大、管道口径大、设备(动设备、定型设备、非标设备)多。在设计时需要考虑好连接型式是选择法兰还是焊接，同时需要考虑现场如何做气密以及检修设备时如何隔断系统，设计时考虑充分了，对后续现场施工及生产维护将带来很大便利。

4 气化水系统运行问题

气化装置运行的好坏，能否长周期稳定运行的关键，往往和渣水系统运行是否良好直接相关。澄清槽运行状况、絮凝剂的选取是否恰当、细渣脱除设备运行状况以及操作管理水平等都会影响灰水指标，从而对管道、阀门、动设备长周期稳定运行产生影响。

对灰水水质的关注，一直是各气化装置操作人员关注的要点和控制的难点，部分工厂采用在渣水单元内部增加除硬设施，抽取部分澄清槽灰水经处理后打回系统内部，也有部分工厂采用外部除硬设施，在外送废水流程后续增加独立的除硬设施，以降低废水处理的负荷和难度[3]。

如果渣水系统运行不佳，带来的直接后果就是动设备故障率升高，不能连续运行甚至系统停车。水系统如果不能及时有效的脱除悬浮物，降低水的硬度，水质往往恶化很快，灰水固含量升高，管道内结垢严重、澄清槽负荷加大、机泵运行工况差。因此各气化工厂需要根据各气化技术不同的特点和煤种的不同，根据装置的实际运行状况，选取合适的絮凝剂，优化工艺单元操作，摸索出适合自身工厂的操作指标和方式，降低因水系统问题带来的装置停车。

5 煤粉给料罐增加振动锤

干粉煤气化技术中煤粉输送系统常常会因为操作煤种的变化、操作方式、阀门和充气部件等原因产生输送卡塞、架桥，造成煤粉不能顺畅输送问题。如果处理不及时甚至可能会导致装置停车，从而对气化炉安全稳定运行产生不利影响。

煤粉输送单元，煤粉从常压煤粉储罐至煤粉锁斗，至煤粉给料罐，然后通过粉煤输送管线经过粉煤调节阀至气化炉烧嘴，整个工艺流程过程中，常压煤粉储罐不易架桥，煤粉锁斗即使架桥可采用的坡桥手段较多，而煤粉给料罐出口至烧嘴间管道堵塞情况较少。而对于煤粉给料罐，如果出现架桥，将直接影响煤粉输送效果，给生产留有处理的时间较短并且处理架桥的手段较少。如果不能及时有效处理煤粉给料罐的架桥问题，将直接导致系统停车。

建议在煤粉给料罐筒壁下部增加振动锤，在一定程度上增加处理煤粉给料管煤粉架桥的手段，使得设备在煤粉架桥多了一种处理手段，对维持煤粉正常输送稳定生产带来更多处理手段的可能。

6 常压煤粉仓和氧气放空消音器布置优化

某些煤气化项目中，常压煤粉仓顶部爆破片直接安装于设备顶部，爆破片后连接短管就近接至框架边排放至大气。而在排放管附近布置了氧气放空消音器，氧气消音器距离煤粉爆破片管线过近，存在一定的安全风险隐患。

一般设计规范中要求爆破片后管线尽量短，对于易燃且可形成爆炸性粉尘的煤粉，在设计时就需要考虑爆破片破裂后煤粉的去向问题，目前工厂中较难收集处理。此跟管道在工厂的实际布置时一般为就近引至框架高点。在实际的布置中，氧气消音器一般也位于框架顶部，和粉煤放空管线距离较近。当爆破片超压泄放时，如果此时装置开车氧气放空或者停车放空时，则可能发生事故。一般，这些情况也极少可能叠加出现，在设计阶段进行设备布置时充分考虑设备和重要管线走向，从而尽可能减小降低生产中可能存在的安全隐患[4]。

7 停车后水系统持续运行

煤气化装置在紧急或者计划停车时，氧气系统、煤浆/煤粉系统将按照预先设定的联锁顺控程序按步骤安全停车，使气化系统进入到安全状态。而此时其他系统将根据装置的状况确定是否立即或延迟停车。

气化的水系统是否在较短的时间内停车，对下一次开车和系统长期运行将产生影响。因系统内存有大量黑灰水，并且水温过高，为减少无组织酸性气体排放，最大限度除去黑灰水中残留的灰渣固体，避免灰渣在管路中沉积带来堵塞问题，同时为了下一次开车顺利进行，建议在气化装置停车后，水系统能够继续保持一定时间的循环状态，使水温逐步降低，同时使黑灰水中灰渣不断聚集，通过带式过滤机除去系统中的细渣，尽可能使水系统的固含量降低至较低水平，从而减少灰渣在设备管道中的堆积，减少酸性气体的无组织排放量。