中煤图克项目BGL气化炉阶段性运行分析

2021-01-21刘立强

煤化工 2020年6期

刘立强

（中煤鄂尔多斯能源化工有限公司，内蒙古鄂尔多斯017317）

引言

中煤鄂尔多斯能源化工有限公司图克项目一期于2011年6月开工建设，设计年产100万t合成氨、175万t尿素、同时副产10万t LNG及油品等，项目于2014年2月打通全流程，产出优质尿素。气化装置采用上海泽玛克敏达机械设备有限公司的碎煤加压液态排渣气化技术（简称BGL气化炉），原设计为5开2备，2016年又建成3台BGL气化炉（8#炉～10#炉），截至目前共计建成10台BGL气化炉。自2014年投运以来，气化炉搅拌器漏水、高压冷却水系统漏水、含尘焦油的处理等问题一直是造成气化炉停车的主要因素，笔者通过对BGL气化炉运行情况的阶段性总结、分析，探讨提高BGL气化炉长期稳定运行的方法。

1 BGL气化工艺流程

图克项目以当地煤种作为原料煤。粒径6 mm～50 mm的原料煤经输煤皮带进入煤仓缓存，每台气化炉设有2台煤锁，交替操作，间断地将原料煤加入炉内，通过炉内搅拌器将煤均匀分布在气化炉的横截面上，由上至下依次经过干燥层、干馏层、气化层、燃烧层和熔渣层。在此过程中，煤与蒸汽氧气混合物进行一系列复杂的物理化学反应，反应后产生的液态渣储存在渣池内，通过下渣口间断排入激冷室和渣锁，渣锁间断地把激冷后的玻璃渣排入渣沟，通过水力作用冲入渣池，由桥式抓斗起重机捞出晾干后，运至渣场。产生的粗煤气与炉内原料煤逆流接触，降温至550℃±50℃，经洗涤冷却器、废热锅炉洗涤冷却后，进入粗煤气总管，送至下游装置，煤气水送至煤气水分离装置，经预处理后送至酚氨回收装置。

2 BGL气化炉运行情况分析

2.1 原料煤使用情况

原设计中需要在原料煤中添加石灰石，用于调节气化炉内熔渣的流动性及熔融温度。图克项目BGL气化炉原设计煤种性质见表1。

表1 BGL气化炉原设计煤种性质

后经对比周边煤矿煤种与原设计煤种性质，发现采用不同煤矿煤种配煤的方式，也可以达到调节熔渣的灰熔融性温度和黏度的目的。图克项目实际生产中采用的周边煤矿煤种的性质见表2。

表2 周边煤矿煤种的性质

总结实际生产过程中各煤矿原料煤配比情况，发现E矿煤与其他矿煤配比（质量比）在3∶1～5∶1时，气化炉工况较为稳定。

2.2 粗煤气组分对比

图克项目采用混煤为原料（E矿煤与其他矿煤按灰中SiO2与CaO质量比1∶1配煤）得到的气化炉粗煤气组分与设计值对比见表3。由表2、3可知，以混煤为原料煤的品质优于设计煤质，灰分相对较低，灰熔融性温度由1 329℃降至1 140℃左右，可取消助熔剂的加入，气化炉运行稳定。采用混煤为原料，粗煤气有效气（CO+H2）体积分数达到了85.94%，高于设计值2.24个百分点。

表3 混煤为原料得到的气化炉粗煤气组分与设计值对比

2.3 气化炉总体运行情况

BGL气化炉自运行以来，一直处在高负荷稳定运行状态，2019年气化炉保持在6开3备1检修状态，10台气化炉全年共计运行2 049 d。配合后系统完成了单系列检修2次；挖炉检修12次，其中因工艺操作问题停车1次、计划检修3次、其余8次为设备问题，设备问题主要集中在气化炉搅拌器漏水和高压冷却水系统漏水；发生热备停车23次，其中因设备问题热备停车10次、配合后系统检修计划热备停车10次、因公用系统问题热备停车3次。

因此，气化炉搅拌器漏水和高压冷却水系统漏水是造成BGL气化炉停车的主要因素之一。

3 存在的问题及解决思路

3.1 气化炉搅拌器漏水

气化炉设计煤种为弱黏结性煤，故设置有搅拌器，主要作用为破黏和均匀布煤。搅拌器循环系统的主要设备有：搅拌器补水缓冲罐、搅拌器循环泵、搅拌器、空冷器。搅拌器循环系统设计压力为4.0 MPa，搅拌器设计最大转速12 r/h。开车前，由中压锅炉水将搅拌器补水缓冲罐液位建立完成，通过缓冲罐底部一开一备的机泵加压将中压锅炉水送至搅拌器中进行强制冷却，搅拌器出水经过空冷器由187℃降至140℃，锅炉水循环回搅拌器补水缓冲罐内。

试车初期，搅拌器一直处在转动状态，转速调节范围6 r/h～12 r/h，运行一段时间后就会出现搅拌器漏水现象，主要表现为搅拌器补水缓冲罐液位下降，气化炉出口温度降低。为了减少漏水量，将搅拌器系统循环量降低，以降低搅拌器进出口压差。气化炉检修时，发现漏点主要在搅拌器桨叶端头，进行修补或更换后可再次开车。对漏点位置进行分析，发现搅拌器桨叶端头为线速度最大位置，与原料煤的摩擦最为频繁，最容易发生泄漏。

2016年图克项目8#气化炉投运后发现搅拌器不能启动，但气化炉仍可正常运行，原料煤可正常加入，未出现因加煤不畅导致的气化炉出口温度高的现象，由此判断原料煤仍可正常分布。基于此，结合使用的原料煤大部分为不黏结性煤，自2016年9月份开始，图克项目逐渐转变搅拌器的操作观念，正常工况下开始逐步降低搅拌器转速，最终达到了搅拌器停运的目的。搅拌器停运后，桨叶端头不再与原料煤摩擦，没有再发生过搅拌器桨叶端头泄漏的情况。此项操作执行后，2017年气化炉平均运行时间较2016年增加57 d，检修次数减少6次，气化炉单炉单次运行时间显著提升。但是，搅拌器漏水现象依然存在，分析原因主要为试车初期在搅拌器漏水的情况下，为了减少漏水量而降低搅拌器系统循环量，可能造成罐体金属晶相结构发生变化，在高温环境下罐体开裂造成漏水。

解决搅拌器漏水主要方向：（1）逐步对漏水的搅拌器进行更换；（2）搅拌器循环量严格按照设计值进行操作；（3）继续执行工况不佳时（气化炉出口温度高、床层压差增加）转动搅拌器，其余情况下搅拌器停运的操作原则。

3.2 高压冷却水系统漏水

高压冷却水系统主要设备有高压冷却水缓冲罐、高压冷却水循环泵、气化炉专利部件（包括下渣口、下炉膛下部、下炉膛上部、上炉膛、鼓风口）、高压冷却水冷却器。高压冷却水缓冲罐开车前使用脱盐水建立液位，由缓冲罐底部高压冷却水循环泵加压送至气化炉专利部件进行强制循环换热，再由高压冷却水冷却器冷却后，送回高压冷却水缓冲罐中。

该系统发生漏水的部位为下渣口和鼓风口。下渣口漏水的主要原因为熔融状态渣经过下渣口磨损导致，需要在气化炉检修时对其进行更换。鼓风口漏水的主要原因为鼓风口处在气化炉反应的高温区，当燃烧中心发生偏移或鼓风口前有障碍物时，发生局部温度过高，使埋在鼓风口内部的冷却水管逐渐裸露在高温环境中，最终发生泄漏。

解决高压冷却水系统漏水的主要方向：（1）制定合理的气化炉运行周期，避免发生非计划检修；（2）定期对下渣口进行更换，寻找制造厂家共同研发提高下渣口使用寿命的路径；（3）稳定工艺操作，避免气化炉发生大幅度的加减负荷，使鼓风口壁温处在相对较温和的区间；（4）检修时对拆下的鼓风口内部的冷却水管进行水压试验，不合格的冷却水管进行淘汰、更换。

3.3 含尘焦油的处理

含尘焦油的处理也是影响气化炉稳定运行的一个重要因素。煤气水分离装置设置有离心机，能够将含尘焦油进行分离，纯度较高的焦油外售，部分由焦油返炉系统注入到气化炉内，以达到抑制煤尘带出并增加气化炉产气量；离心机将剩余含油煤粉送至备煤工段，与原料煤混合后部分返回至气化炉内。气化炉掺烧含油煤粉后，气化炉出口温度高的概率较未掺烧时显著提高，检修时发现布煤盘上部出现大量结焦。分析原因，气化炉夹套运行温度为250℃左右，搅拌器及布煤盘内部温度约130℃，此温度未达到大量焦油开始析出的温度。布煤盘上部空间内约存贮1锁斗煤（约8 t），在此温度下软化的焦油会与煤粉接触混合，形成较大的结块，容易将布煤盘上部空间占满，仅留下一个下煤的通道。对比未进行含油煤粉掺烧时气化炉布煤盘上无结焦的现象，含油煤粉掺烧、焦油返炉是造成布煤盘上部结焦的主要原因。同时布煤盘上部结焦也加大了检修时物料清理的难度，延长了检修时间。

解决含尘焦油处理的主要方向：（1）重新设计合理的焦油返炉位置，以更好地利用焦油，实现既能增加产气量、又能有效处理危废品。（2）不再进行焦油返炉操作，寻求其他路径解决焦油、含油煤粉处理的问题，将焦油与尘彻底分离，得到高品质的焦油和干煤粉，焦油可外售，干煤粉返回锅炉装置。