多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)應用總結

2012年12月化肥工業(yè)多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)應用總結李福文,孫化祥,豐中田新能鳳凰<滕州>能源有限公司山東滕州277527)摘要總結了多噴嘴對置式水煤漿氣化爐從開(kāi)車(chē)至今近3年的運行情況。通過(guò)加強對原料煤的管理、優(yōu)化氣化爐操作條件,為氣化爐的長(cháng)周期穩定運行奠定了基礎。氣化裝置運行200d后,氣體洗滌設備(水洗塔)、黑水處理設備(蒸發(fā)熱水塔)等主要設備內件無(wú)結垢現象,僅在填料表面有輕微結垢,不影響繼續生產(chǎn)。介紹了氣化裝置在運行過(guò)程中出現的閃蒸角閥后管線(xiàn)磨損以及運轉設備中存在的問(wèn)題,分析其原因并采取相應的技改措施,取得了滿(mǎn)意的效果。關(guān)鍵詞多噴嘴水煤漿氣化爐應用總結Sum-Up of Use of Technology of Multi-NozzleOpposed Coal-Water Slurry GasificationLi Fuwen, Sun Huaxiang, Feng Zhongtian( Xinneng Fenghuang Tengzhou Energy Source Co., Ltd. Shandong Tengzhou 277527)Abstract The multi-nozzle opposed coal-water slurry gasifier has been in operation for nearl3 years since its startup, and a sum-up is made By tightening the management of feed coal andoptimizing the operating conditions of the gasifier, a foundation is laid for the long-period stableoperation of the gasifier. After the operation of the gasifier for 200 days, no scale is found in themain equipment internals like gas washing equipment (water scrubber)and black water treatmentequipment(evaporative hot water column), but only light scale has formed on the packing surfacewithout hindering continued production. In the course of operation of the gasifier, wear and tear infound in the pipeline after the flash angle valve, and problems are in the equipment in operation. Thecauses are analyzed, and relevant revamp measures are adopted, with satisfactory resultsKeywords multi-nozzle coal-water slurry gasifier use sum-up新能鳳凰(滕州)能源有限公司一期360k/a200年12月17日02:20氣化爐一次投料成功4h甲醇項目于2006年7月20日開(kāi)工建設,配套生后生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品,進(jìn)入試生產(chǎn)階段。產(chǎn)工序包括4200m3h空分裝置1套、140t/h第3臺氣化爐(二期工程)于2010年10月開(kāi)鍋爐2套及氣化、凈化、合成等。制氣釆用多噴嘴始施工建設,日投煤量1500t。201l年9月28日對置式水煤漿加壓氣化工藝,甲醇合成采用等壓22:00,第3臺氣化爐一次投料成功。2012年低溫合成工藝,凈化采用低溫甲醇洗工藝和部分3月28日13:00,二期工程空分裝置調試完成,氣變換加配氣技術(shù)。氣化裝置自2009年12月一次化工段實(shí)現雙爐運行,生產(chǎn)流程全線(xiàn)打通,裝置具開(kāi)車(chē)成功以來(lái),目前已達到100%的設計負荷,單備720kta甲醇生廣能力。2012年4月5日爐產(chǎn)氣量可平均日產(chǎn)甲醇1070t。期工程實(shí)現了100%設計負荷運行。1裝置簡(jiǎn)介2原料煤使用情況氣化裝置一期工程設計安裝2臺氣化爐(1開(kāi)氣化裝置原設計使用當地兗礦北宿煤為原1備),單爐投煤量1500td,設計壓力6.5MPa料,由于裝置投運后北宿煤原料緊缺,決定外購陜THCNWIHT化肥工業(yè)第39卷第6期西神木和內蒙古王家塔兩地原料煤。為提高氣化800裝置的運行效率和穩定性,在華東理工大學(xué)的協(xié)700助下,對生產(chǎn)所用混煤的灰渣黏溫特性開(kāi)展了試600500驗研究和分析。2.1原料煤黏溫特性試驗為掌握不同煤種灰渣的黏溫特性,對神木煤200和王家塔煤分別進(jìn)行了單獨和混合分析。神木煤0和王家塔煤的煤質(zhì)分析見(jiàn)表1,神木煤、王家塔煤12801300132013401360138014001420溫度/℃以及神木煤:王家塔煤=1:1的黏溫特性曲線(xiàn)分別圖3神木煤:王家塔煤=11黏溫特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖1、圖2和圖3時(shí),氣化溫度應控制在1410℃,不宜采用。經(jīng)過(guò)表1神木煤和王家塔煤的煤質(zhì)分析對摻混煤種配比的調整,得到了灰渣流動(dòng)性好、操項目神木煤王家塔煤作溫度范圍較寬(操作溫度<1350℃)的神木煤全水分/%(質(zhì)量分數)13.4013.4022.6021.80分析水/%(質(zhì)量分數和玊家塔煤混煤。不同配比下神木煤與王家塔煤3.464.1711.7110.32灰分/%(質(zhì)量分數)7.106.823.704.39混煤的灰熔點(diǎn)見(jiàn)圖4揮發(fā)分/%(質(zhì)量分數)35.0735.5128.7628.421300硫含量/%(質(zhì)量分數0.680.660.350.461250固定碳%(質(zhì)量分數)54.3753.5055.8356.87發(fā)熱量/(J·g-1)54852578222125213721200灰熔點(diǎn)/℃1105110611401220160l100140105010001:03:13:23:32:31:30:1神木煤:王家塔煤圖4不同配比下神木煤與王家塔煤混煤的灰熔點(diǎn)在實(shí)際操作中,根據神木煤與王家塔煤配比后的煤灰熔點(diǎn)數據,結合其灰渣的黏溫特性曲線(xiàn)130013201340136013801400142014401460148015001520可確定氣化爐的操作溫度溫度/℃圖1神木煤黏溫特性曲線(xiàn)2.2成漿試驗由于王家塔煤的內水質(zhì)量分數最高達13%,因此對配比后的混煤進(jìn)行成漿試驗。以造紙廢液300需250為添加劑,用量為1.5%o(質(zhì)量分數)。不同配比s200下的混煤成漿性能見(jiàn)表2。表2不同配比下的混煤成漿性能100神木煤:煤漿濃度/%黏度穩定性王家塔煤(質(zhì)量分數)(mPa·s)中量軟沉,少量析水1100115012001250130013501401450溫度/℃59.10898中量軟沉,少量析水圖2王家塔煤黏溫特性曲線(xiàn)2:158.801058少量軟沉,中量析水從分析結果看:神木煤的灰熔點(diǎn)不高,適合應從表2數據可知:配煤能夠提高煤漿的濃度用于氣流床氣化爐,但灰渣的黏溫特性曲線(xiàn)并不有利于氣化爐的運行。理想,其流動(dòng)性較差;當熔渣的黏度在25Pa·s根據試驗結果,在實(shí)際操作中,先采用神木中國落T2012年12月李福文等:多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)應用總結煤:王家塔煤=1:1的混煤作為氣化用煤。在生產(chǎn)100)×100,pH<8.3,灰水濁度≤50NTU(正常穩定運行階段,對配煤比例進(jìn)行了多次調整;針對情況下,控制在25NTU左右)。不同的配煤比例,操作中適時(shí)調整氧煤比,以保證氣化爐能較為穩定地運行。從氣化爐實(shí)際運行情4運行情況況看,在煤的黏溫特性合適的情況下,氣化爐用煤4.1設備內結垢情況的適應性較寬,通過(guò)配煤可以拓寬原料煤種。利用氣化爐運行200d內的3次開(kāi)停車(chē)機會(huì )2.3穩定控制煤漿濃度進(jìn)行檢查,結果發(fā)現:水洗塔內的泡罩完好,無(wú)結氣化裝置穩定運行的前提是煤漿濃度的穩垢現象;蒸發(fā)熱水塔內填料僅有輕微的結垢現象,定,嚴格控制煤漿濃度的相對穩定,能為氣化爐的結合近期運行數據判斷,填料的熱傳遞效率正常,穩定操作創(chuàng )造條件。以2012年7月為例(圖5),無(wú)需處理,可繼續使用。根據設備內的結垢情況,平均入爐煤漿質(zhì)量分數61.01%,最高61.50%,表明對灰水水質(zhì)的控制是有效的。最低60.50%,煤漿濃度控制相對穩定。4.2耐火磚使用情況最高值從開(kāi)車(chē)至2012年7月,氣化爐耐火磚累計運最低值行時(shí)間已達10000h,期間曾更換渣口磚1次、燒爾悔8嘴室向火面磚2次。從入爐檢查情況看,筒體磚狀況較完好。目前,系統運行負荷達到100%,氣化爐表面溫度平均約為243℃,最高260℃。實(shí)際運行情況表明:從耐火磚的使用壽命方面更能體現出多噴嘴氣化爐長(cháng)周期運行優(yōu)勢。4.3碳利用率高510日15日20日25日30日由于多噴嘴對置式氣化爐的噴嘴霧化效果日期好、爐內流場(chǎng)配置合理,有效延長(cháng)了碳在氣化室的圖52012年7月入爐煤漿濃度控制情況停留時(shí)間,使碳的反應時(shí)間延長(cháng),有利于提高煤的3氣化爐壓力及水質(zhì)控制轉化率。多噴嘴對置式結構能產(chǎn)生復雜的氣化反應流場(chǎng),氣體間碰撞概率增大,使氣化反應充分,3.1氣化爐壓力控制氣體中CO2含量下降,合成氣中有效成分增加。多噴嘴對置式水煤漿氣化爐為水平對置式撞出口合成氣中含有效氣體積分數平均在82.8%擊爐型,為了保證燒嘴有較好的霧化效果、延長(cháng)拱優(yōu)化控制后可達83.0%以上,噸甲醇耗原料煤頂耐火磚的使用壽命,根據燒嘴的霧化條件及燃1.41t。2012年7月氣化爐平均運行數據見(jiàn)表3。燒室氣化反應的流場(chǎng)特點(diǎn),氣化爐在不同操作壓表32012年7月氣化爐平均運行數據力下須有相應的負荷。通過(guò)控制氣化爐的壓力、煤漿濃度/%煤漿流量/主要氣體成分/%(體積分數負荷,控制燒嘴霧化時(shí)的氧氣流速。針對實(shí)際運質(zhì)量分數)(m3h-1)COoH2CO2CH4行情況,燒嘴的氧氣流速控制在~125m/s。61.245.237.616.50.13.2系統水質(zhì)控制氣化反應生成的CO2溶于灰水后形成HCO5存在問(wèn)題與處理和CO3;在溫度較高的條件下,促使HCO3和5.1閃蒸角閥后管線(xiàn)磨損問(wèn)題CO2與灰水中的Ca2+反應生成CaCO3;當溶液氣化爐、旋風(fēng)分離器、水洗塔排出的6.4MPa達到飽和狀態(tài)、灰水溫度降低時(shí),CaCO3析出,在黑水經(jīng)角閥減壓后進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔(0.8MPa),水流速度降低處形成結垢。因此,黑水的處理在壓差達到5.6MPa。由于黑水的溫度為215℃,激冷式水煤漿氣化流程中是一個(gè)重要的環(huán)節,絮減壓至0.8MPa后,黑水迅速汽化轉變?yōu)檎羝?體凝劑、阻垢劑的添加量及排污是工藝控制的主要積迅速膨大,角閥減壓后的黑水流速增大,其中夾指標。目前,控制水中含阻垢劑質(zhì)量分數(80(下轉第5頁(yè))中國落T2012年12月李傳勇等:水煤漿加壓氣化爐創(chuàng )新烘爐方式探討的情況下,將造成氣化爐檢修后無(wú)烘爐原料,因(3)低溫柴油預熱燒嘴試燒非常成功,從常此,研發(fā)低溫柴油燒嘴成為必須的課題溫升至1100℃期間的溫控過(guò)程良好,溫度升至2.1設計思路400℃可停供液化氣,液化氣用量共130kg,具有柴油的熔點(diǎn)-18℃,相對密度0.87~0.90,很好的經(jīng)濟效益沸點(diǎn)282~338℃,閃點(diǎn)38℃,引燃溫度257℃。2.3柴油低溫預熱燒嘴的意義氣化爐在低溫區使用柴油直接烘爐,必須在燃點(diǎn)(1)填補了柴油燒嘴在低溫區進(jìn)行烘爐的國溫度和燒嘴結構兩方面著(zhù)手內技術(shù)空白,為氣化爐增添了新的烘爐方式。(1)增加液化氣伴熱,使預熱燒嘴霧化區溫(2)直接經(jīng)濟收益顯著(zhù)。與停車(chē)期間(26d)度達到257℃以上,便于柴油點(diǎn)燃并燃燒。備用氣化爐釆用柴油一直保持恒溫(消耗柴油(2)低溫柴油燒嘴釆用雙通道,噴頭內結構250kgh)相比,釆用低溫柴油燒嘴烘爐可節省柴為旋流通道設計,噴孔設計為梯形結構,使得柴油油費用113.40萬(wàn)元、蒸汽費用2.68萬(wàn)元、動(dòng)設霧化顆粒變小,增強霧化效果。備(P0704,17.4kW)運行費用0.53萬(wàn)元。(3)液化氣管道增設防止回火的阻火器;柴(3)氣化爐運行模式為2開(kāi)1備,氣化爐運油管道增設過(guò)濾器,防止雜質(zhì)堵塞燒嘴噴頭行周期2個(gè)月,在正常情況下,每月備用爐恒溫時(shí)2.2低溫柴油燒嘴試燒的CO用量在200-400m3/h(標態(tài)),采用低溫柴(1)低溫柴油燒嘴設計數據見(jiàn)表1油燒嘴烘爐節省的CO增產(chǎn)的MDⅠ折合年收益為表1低溫柴油燒嘴設計數據1920萬(wàn)元(營(yíng)業(yè)額收入)。外徑/孔徑/噴孔數′通道長(cháng)度/腔室長(cháng)度/霧化角材質(zhì)3結語(yǔ)mmrEmimm521.305645°304側面烘爐減輕了對封堵磚的損害,低溫柴油(2)從冷態(tài)霧化試驗的霧化效果看,霧化初燒嘴烘爐具有極高的經(jīng)濟效益和便捷的操作性,期壓縮空氣和柴油比例調整存在難度,后期霧化2種新的烘爐方式豐富了水煤漿加壓氣化爐的烘效果很好,因此,點(diǎn)火溫控需要逐步掌握壓縮空氣爐手段。與柴油比例的數據。(收稿日期2012-10-12)(上接第3頁(yè))SCZ250-100×8。在運行期間,泵的振動(dòng)幅度在帶的細灰顆粒隨之加速?？焖倭鲃?dòng)的細灰顆粒在3d內從0.015mm增大至0.300mm,泵出口壓動(dòng)力的作用下,對角閥底部盲板造成沖擊;在入熱力由運行初期的8.5MPa逐步下降至70MPa,水塔的三通處,由于慣性作用,細灰顆粒對三通下泵出口流量從200m2/h降至180m3/h;隨著(zhù)泵的部造成沖擊。為保證系統長(cháng)周期運行,在角閥正振動(dòng)幅度增大,機封開(kāi)始泄漏,被迫倒泵檢修。根下方的盲板上增設1塊厚30mm的鋼板,每次檢據運行數據分析、判斷,泵中間軸套安裝在相鄰的修時(shí)進(jìn)行檢查,發(fā)現磨損比較嚴重時(shí)立即更換;2個(gè)反向靠近的葉輪中間,中間套安裝在吐出段通更換為耐磨材料。采取上述措施后,經(jīng)1年的上,與中間軸套形成微小間隙,間隙兩側存在反向運行,未再出現磨損較大的問(wèn)題。葉輪間的壓差。水夾帶顆粒從中間軸套間隙竄至5.2運轉設備的問(wèn)題低壓,從而對中間軸套造成磨損,使中間軸套與泵澄清槽底流泵設計采用離心泵,在運行過(guò)程軸的間隙增大。由于泵軸中間失去支撐,在泵軸中,由于輸送介質(zhì)含固量較高,泵殼及葉輪磨損較硬度不足的情況下發(fā)生顫動(dòng),最終導致泵運行情快。為了減少設備損壞、延長(cháng)設備運行周期,考慮況逐步惡化。為防止泵中間軸套被水流沖刷,在到是因灰水流速高帶動(dòng)顆粒引起磨損,在技改時(shí)中間增設高壓密封水,阻止水的反串,同時(shí)提高泵將電機改為變速電機,以降低灰水流速,減少流體軸的硬度。改造后,熱水泵在系統運行1年多的對泵的磨損。從運行情況看,技改效果較好。時(shí)間內未再出現類(lèi)似問(wèn)題。高溫熱水泵采用自平衡多級離心泵,型號(收稿日期2012-10-12)中國落T