影響水煤漿氣化爐單爐長(cháng)周期運行因素的分析

2012年4月大氨腦第35卷第2期_Large Scale Nitrogenous Fetilizer Industryvol.35No.2影響水煤漿氣化爐單爐長(cháng)周期運行因素的分析粱志聰(中國石化茂名分公司,廣東茂名525011)摘要:從原料煤性質(zhì)、工藝操作、工藝燒嘴、水質(zhì)等角度分析了影響水煤漿氣化爐單爐長(cháng)周期運行的因素,提出了延長(cháng)水煤漿氣化爐單爐長(cháng)周期運行的措施。關(guān)鍵詞:水煤漿氣化爐 長(cháng)周期1概述行成本。通常用灰熔點(diǎn)控制:1100C≤T4≤1350C,中國石化茂名分公司煤制氫裝置采用GE公司灰熔點(diǎn)高,則氣化爐操作溫度高,操作溫度每提高水煤漿加壓氣化技術(shù)，氣化壓力為6.5MPa，三系100C,單位產(chǎn)品合成氣氧耗增加6%~7%,煤耗相列,兩開(kāi)一備,利用外購煤和煉廠(chǎng)副產(chǎn)的高硫石油應增加,同時(shí)耐火磚壽命縮短。焦為原料,有效合成氣量為21104m2/h。粗合成氣2.1.2灰渣 黏溫特性的影響經(jīng)耐硫變換、低溫甲醇洗和甲烷化單元制取滿(mǎn)足熔融灰渣的黏度是熔渣的物理特性，- -旦煤煉廠(chǎng)需要的工業(yè)氫氣。的灰分組成確定,黏度主要受操作溫度的影響。水GE公司水煤漿氣化技術(shù)的工藝流程主要包括煤漿氣化采用液態(tài)排渣，操作溫度升高,灰渣黏度磨煤制漿、水煤漿加壓氣化、氣化爐排渣系統、粗降低,有利于灰渣的流動(dòng),但灰渣黏度太低,爐磚合成氣洗滌及黑水閃蒸、黑水處理等單元,采用水侵蝕剝落加快。溫度偏低灰渣黏度升高,渣流動(dòng)不激冷流程。水煤漿加壓氣化技術(shù)雖然工業(yè)應用多暢,容易堵塞渣口。只有在最佳操作溫度下操作才年,但目前氣化裝置單爐運行周期仍然較短,通常能保證在爐磚表面形成-定厚度的灰渣保護層，氣化爐投料開(kāi)工后,在2~3個(gè)月后需按計劃停爐更既延長(cháng)爐磚壽命又不堵塞渣口。液態(tài)排渣氣化爐換燒嘴,4~6個(gè)月后需按計劃停爐檢修，同時(shí)受到最佳操作溫度視灰渣黏溫特性而定，操作溫度一其他非計劃停爐因素的影響，制約了氣化爐單爐般高于灰熔點(diǎn)50以上,熔渣黏度宜小于25Pa.s,的長(cháng)周期運行。否則渣口容易堵塞。煤種不同,灰渣的黏溫特性差異較大,黏溫特2影晌水煤漿 氣化爐單爐長(cháng)周期運行因素分析性差的煤,則對應的氣化操作溫度區間窄,當操作2.1原料煤性質(zhì)對氣化爐單爐長(cháng)周期運行的影響，溫度偏離最佳值時(shí),灰渣的黏度變化大,容易影響水煤漿氣化工藝通常要求原料煤的灰熔點(diǎn)適爐壁掛渣及渣口的正常運行,當操作溫度低時(shí),容中、灰渣黏溫特性好、低灰、低內水、高發(fā)熱值、高易使渣口局部堵塞。揮發(fā)分和煤的成漿性好等。其中原料煤的灰熔點(diǎn)、2.1.3灰渣 的黏結特性的影響灰渣黏溫特性和灰含量對氣化裝置的安全長(cháng)周期水煤漿氣化爐的排渣采用水激冷液態(tài)排渣,運行影響較大,重點(diǎn)對其分析?；以M(jìn)人激冷室遇水凝固后利用重力流分離排2.1.1灰熔點(diǎn)的影響灰熔點(diǎn)高，對于液態(tài)排渣的氣化爐要求操作收稿日期:2012-01-10;收到修改稿日期:2012- -03-19。溫度高,使氧耗.煤耗增加;同時(shí)高溫下操作會(huì )縮作者簡(jiǎn)介:梁志中國煤化工，2007年茂短燒嘴及耐火磚的使用壽命;使用高灰熔點(diǎn)煤,為名學(xué)院化學(xué)工程與YHE:茂名分公司煤制氫裝置籌備組。cNMHGaghiog了降低氣化爐操作溫度,必須添加助熔劑,增加運.mmsh@sinopec.com。.1302012年第35卷放?；以Y性好,則黑水中的細灰顆粒少,反之，全 長(cháng)周期生產(chǎn)極其重要。則黑水中的細灰顆粒含量高,加重下游設備管線(xiàn)、2.2.2氧碳 比的影響儀表閥門(mén)的磨蝕與結垢。水煤漿氣化工藝中，氧煤比是氣化工藝的重2.1.4灰分 含量的影響要參數?？刂坪侠淼难跆急鹊哪康氖强刂茪饣癄t將一定量的煤樣在800 C的條件下完全燃燒,的反應溫度,氧碳比的控制與煤種、排渣狀況、合殘余物即灰分，表明了煤中礦物質(zhì)含量的大小?；页蓺庵杏行夂康纫蛩孛芮邢嚓P(guān)，氣化過(guò)程的分不直接參加氣化反應，但卻要消耗煤在氧化反氧碳原子比理論上約等于1.0。氧煤比與氣化溫度應中所產(chǎn)生的熱,用于灰分的升溫、熔化及轉化，呈線(xiàn)性關(guān)系，氣化溫度隨著(zhù)氧煤比的提高而快速氧耗、煤耗增加。煤的灰分含量高,煤的總發(fā)熱量上升。實(shí)際生產(chǎn)中，氧氣流量或煤漿流量的波動(dòng)均就越低?；曳值拇罅吭黾?不可避免地增加了爐渣會(huì )影響氧煤比和氣化溫度的波動(dòng)，直接影響到耐的外運量;隨爐渣排出的碳損耗量也必然增加,合火襯里和渣口的運行狀況。成氣產(chǎn)量降低;對耐火磚的侵蝕和磨損增加,還會(huì )2.3關(guān)鍵設備對氣化爐單爐長(cháng)周期運行的影響使黑水中固含量增加,加重黑水對管道、閥門(mén)、設2.3.1氣化爐燒嘴的影響備的磨損;容易造成結垢堵塞現象。水煤漿氣化爐燒嘴采用三通道氣化燒嘴,中2.1.5煤中雜質(zhì)的影響間通道走水煤漿,內部通道為一次氧氣通道,外部1)氯含量的影響。煤中氯元素經(jīng)氣化反應后，通道為二次氧氣通道，燒嘴頭外部采用水冷盤(pán)管主要轉移至水系統中，氣化系統的氯離子對設備進(jìn)行冷 卻保護。管道,特別是不銹鋼材質(zhì)的設備管道造成腐蝕,因目前,燒嘴頭的水冷盤(pán)管大多采用Inconel600此通過(guò)外排灰水量控制水系統的氣離子不超過(guò)設鎳一鉻-鐵基固溶強化合金，具有良好的耐高溫備管道的設計要求。從防止電化學(xué)防腐的角度考腐蝕和抗氧化性能;當燒嘴結構形式定型后,選用慮,要重點(diǎn)控制水系統的氯離子含量和pH值。通常碳化鎢、硬質(zhì)合金，如UMCo50和Hayness188等高原料煤中氯元素的質(zhì)量含量不超過(guò)150x10*。強度耐磨材料,可以適當延長(cháng)燒嘴使用壽命。2)氮含量的影響。煤種的氮含量主要影響合影響燒嘴壽命的主要原因:燒嘴頭暴露在燃成氣、水系統的氨含量和水系統的pH值。水系統的燒室中,高溫熱輻射使燒嘴產(chǎn)生熱疲勞,金屬強度氨含量高,黑水的pH值高,可減輕設備腐蝕,但管下降。水煤漿與氧氣的混合物以較高的速度離開(kāi)線(xiàn)結垢堵塞嚴重?？赏ㄟ^(guò)注堿提高水煤漿的pH值，燒嘴頭部,線(xiàn)速度高達30~40m/s,高壓及高速氣流在pH值低的第一真空閃蒸罐 前注人氨含量高的補對燒嘴產(chǎn)生 沖刷磨蝕。氣化爐內高溫合成氣中硫和充水,但要綜合考慮灰水的pH值及灰水外排量。氫對燒嘴產(chǎn)生晶間腐蝕”。在上述因素的作用下，2.2 工藝操作對氣化爐單爐長(cháng)周期運行的影響燒嘴噴頭部位容易出現噴頭磨偏、龜裂現象。因2.2.1氣化溫 度的影響此,燒嘴是氣化爐中最易損壞的部件,通常每隔2~氣化反應溫度是氣化過(guò)程一個(gè)關(guān)鍵工藝參.3個(gè)月需停爐對燒嘴進(jìn)行更換。圖1是某氣化裝置數,氣化操作溫度的選擇依據灰渣的黏溫特性、耐燒嘴運行65 d后拆檢的圖片,從圖1中可以看見(jiàn)燒火磚的性能、原料煤反應活性及冷煤氣效率綜合嘴的噴頭部位出現龜裂現象?？紤]。氣化溫度上限受到氣化爐耐火材料的限制,下限受到灰熔點(diǎn)的限制。反應溫度高,氣化反應速度快,同時(shí)焦碳與水蒸氣轉化反應屬于吸熱反應,提高反應溫度對其化學(xué)平衡有利。但反應溫度過(guò)高,會(huì )極大地縮短氣化爐內襯耐火磚的使用壽命,影響氣化裝置的長(cháng)周期運行。通常水煤漿氣化溫圖1某氣化裝 置燒嘴運行65 d后拆檢圖片度比煤的灰熔點(diǎn)溫度高50C以上,當溫度過(guò)低時(shí),延長(cháng)燒嘴使用壽命的主要措施:①燒嘴噴涂灰的流動(dòng)性下降,嚴重時(shí)會(huì )引起氣化爐渣口堵塞,耐磨中國煤化工5燒嘴高溫耐磨性;通常水煤漿氣化溫度控制在1300~1400%。因此,②合瑪YHCNMH G.粒度，選擇過(guò)濾精維持煤質(zhì)穩定并及時(shí)調整氣化溫度對氣化裝置安度合適的滾簡(jiǎn)篩,防止大顆粒對燒嘴的磨蝕;③氣中國煤化工YHCNMH G132大氛肥2012年第35卷高。碳酸鈣屬微溶性鹽,其溶解度不像--般鹽類(lèi)那2)選用灰熔點(diǎn)適中、灰渣黏溫特性好、低灰的樣,隨著(zhù)溫度升高而升高,而是隨著(zhù)溫度的升高而原料煤。降低。一旦光滑的表面上沉積了垢物,就會(huì )加速其3)盡量維持煤質(zhì)穩定,原料煤定礦供應。進(jìn)廠(chǎng)沉積,產(chǎn)生惡性循環(huán),最后堵塞設備管線(xiàn)。在裝置煤做好采樣分析,分類(lèi)堆放,做好標識,防止非預檢修清堵中發(fā)現在黑水管線(xiàn)等高溫部位出現大量期混煤。的塊狀垢物。4)適當增加外排水量,降低水系統的總硬度3.2 水煤漿氣化裝置水系統的離子平衡和氨氮濃度。在確保正常運行的前提下,減少儀表:表1某氣化裝置外排灰水與水質(zhì)分析數據沖洗水量及機泵密封沖洗水量，系統補水宜選在時(shí)1氣化負外排灰Ca2(以總硬度/氨氮/灰水除氧槽,改善除氧器及激冷水系統的水質(zhì)。荷,% .水量/ CaCO,計)/(ug"g) (ug*g*)5)做好氣化爐襯里制造安裝質(zhì)量的監控及檢(t-h1) (ug"g')2010-01-12 82.050.0 1079.1 1 221.2 318.8查驗收;生產(chǎn)中平穩控制氧碳比,做好壁溫監控。2011-02-09 81.575.0736.3 845.9 261.36)加強高壓煤漿泵的操作維護,合理設計滾灰水中鈣鎂離子、氮含量在水循環(huán)中處于動(dòng)筒篩過(guò)濾精度以降低粗顆粒對隔膜軟管磨損。態(tài)平衡狀態(tài),離子平衡主要由原料煤雜質(zhì)含量、出7)對于氧閥、鎖渣閥、合成氣放空閥、黑水減裝置的灰渣及合成氣中雜質(zhì)含量、助熔劑的加入壓閥、煤漿電磁流量計等關(guān)鍵儀表，宜采購高質(zhì)量量、各種補充水的雜質(zhì)含量、外排灰水的流量等決的閥門(mén),提高儀表運行的可靠性。定，調節循環(huán)灰水離子平衡最常用的方法是調節8)優(yōu)化公用系統的操作。燒嘴冷卻水換熱器灰水外排量，增大外排灰水量有利于降低灰水的增加旁路;除氧器設置合理的防渦器以防垢物堵硬度、氨氮含量和pH值,從而降低水系統的結垢速塞防渦器;參照鍋爐的排污原理,灰水除氧槽增加率。表1為某氣化裝置外排灰水量與水質(zhì)分析數定期排污管,每天排污一次。據,從表1可以看出,該裝置在煤種和生產(chǎn)負荷接9)新裝置設計建設時(shí),合理設計平面布置及近的情況下,外排灰水量由35 t/h提至50t/h,灰水配管。盡量避免管線(xiàn)出現液袋;合理布置激冷水泵的總硬度和氨氮含量下降明顯，從兩個(gè)時(shí)間段的的安裝位置，減少激冷水管道的彎頭數量及管線(xiàn)裝置檢修清堵情況看,2011年由于水質(zhì)改善,管線(xiàn)長(cháng)度;合理布置水系統備用設備的出人口管道及閥結垢程度減輕，激冷水過(guò)濾器和激冷環(huán)結垢堵塞門(mén),減輕備用設備管線(xiàn)的積垢;在管線(xiàn)盲端或備用程度減輕，設備管線(xiàn)的結垢堵塞對裝置長(cháng)周期運管道上設置沖洗水線(xiàn)或排污線(xiàn),定期沖洗或排污。行的影響程度下降。參考文獻[1] 朱宏,孫卓慶,楊樹(shù)青,等.新型氣化爐工藝燒嘴使用經(jīng)驗總結[J]大氮肥,2007 ,30(4):277.4結論與建議1)針對燒嘴開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，噴涂耐磨材料,提[2]邢曉凱,馬重芳,陳永昌,等.溶液pH值對碳酸鈣結垢的影響[].石油化工設備,2004,33(5):11.高噴頭高溫耐磨性;合理設計磨煤機及滾筒篩以[3] 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