鲁南化肥厂应用德士古水煤浆加压气化技术10年回顾.doc

鲁南化肥厂应用德士古水煤浆加压气化技术10年回顾.txt我是天使，回不去天堂是因为体重的原因。别人装处，我只好装经验丰富。泡妞就像挂QQ，每天哄她2个小时，很快就可以太阳了。 本文由liuyuanhui8342贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 小氮肥 2004 年 1 期 第 15 鲁南化肥厂应用德士古水煤浆 加压气化技术 10 年回顾 金 刚 张鸿林 ( 山东兖矿鲁南化肥厂 277527) 0 前言 我国第一套水煤浆加压气化装置于 1993 年 4 月在我厂建成并试车 ,1994 年 3 月完成了原化工 部组织的 72 h 满负荷考核 ,1994 年 6 月通过了原 化工部专家组的技术鉴定 ,1995 年产量达到了设 计值 。经过几年的技术改造和攻关 , 消化吸收并 发展了水煤浆加压气化技术 , 于 1995 年 12 月我 厂的 “水煤浆加压气化及气体净化制合成氨新工 艺” 荣获国家科技进步一等奖 ,形成了我厂独有的 生产技术 。 1 工艺原理及流程简介 发物的燃烧气化 ; ( 2 ) 固定碳与气化剂 ( 氧气 、 蒸 汽) 间的反应 ; ( 3) 反应生成气体彼此间进行的反 应 ; ( 4) 生成的气体与气化剂 、 固定碳之间的反应 。 水煤浆加压气化工艺流程见图 1 。原煤经湿 磨制浆后成为 63 %左右的水煤浆 , 经过隔膜泵输 送与纯氧 ( 98 %) 一起进入德士古喷嘴 , 煤浆经喷 嘴雾化与氧气在气化炉内发生部分氧化反应生成 水煤气 ( 合成气 ) 。本装置气化炉的压力为 3. 0 MPa 、 温度 1 300 左右 。合成气出气化炉后 , 经 文氏管 、 洗涤塔增湿除尘后送往后工序 ,用于制合 成氨或甲醇 。灰渣经锁灰斗收集 ,定期排出系统 。 黑水经闪蒸回收热量 ,再沉降处理返回系统使用 。 2 生产情况及技术改进 2. 1 生产情况 ( 1) 1994 年掺烧北宿煤成功 。 ( 2) 1995 年装置达到设计能力 , 产合成氨为 水煤浆加压气化工艺属气流床气化 , 水煤浆 进料 ,以纯氧为气化剂 。气化压力可在 2. 08. 5 MPa 范围选择 ,气化温度约 1 3001 500 ,湿煤 气主要含有 CO 、 2 、 2 、 2O 、2 、 2 S 、 4 等 。在 H CO H N H CH 气化炉中进行的主要反应有 : ( 1) 煤的热裂解与挥 避免因此而造成系统停车 , 可用带压堵漏方法来 消除 。用此法消除泄漏最好是在早期泄漏量较小 时进行 ,这样不仅有利于安全操作 ,而且可防止因 长期泄漏而刺破法兰密封面 。但带压堵漏是否成 功的关键首先是应根据法兰的装配情况制作 1 付 合适的卡子 ,其次是根据部位的温度选用合适的 密封胶 。对于高温部位的泄漏一定要选用高温 胶 ,当然低温部位也可以用高温胶 。因此 ,为了降 低密封胶品种和数量的贮备 ,又使胶具有通用性 , 一般只贮备高温密封胶 ( 笔者曾常用此法消除压 力为 2. 5 MPa 以下的各种法兰泄漏 ) 。当有停车 机会时 ,一般通过更换密封垫片和紧固螺栓 ,可以 达到彻底消除泄漏的目的 。但有时拆开法兰 , 会 发现密封面因腐蚀 、 刺漏冲刷而出现了沟槽 、 凹 坑 ,更换垫片已不能解决泄漏问题 ,必须对密封面 进行修补 ,而且动火的安全处理比较困难 。对此 , 可根据泄漏处的温度选用耐温不同的金属修补剂 (可选用国产天山系列金属修补剂或美国贝尔佐 纳系列金属修补剂) 对损坏部位进行修补 ,趁修补 剂尚未硬化前放上垫片紧固螺栓即可 。这样又快 又好 ,一般检修完后可立即开车 。笔者用此法消 除过多处漏点 ,从未失败过 。 4 结语 变换系统的设备问题多种多样 , 在处理时应 具体问题具体分析 , 切莫 “头痛医头 、 脚痛医脚” , 一定要找到问题的主要原因 “对症下药” 。尤其应 注重把好设计关 ,将事故隐患消灭在设计阶段 。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 16 82 098 t 。 ( 3) 1996 年以后装置开工率达 95 % 。 ( 4) 1997 年创单炉连续运行周期 1 863 h 的 小氮肥 2004 年 1 期 第 国内最高记录 。2001 - 2002 年连续 3 次创单炉连 续运行周期 8889 d 的好成绩 。 (5) 2001 年开 2 台气化炉 ( 在没有备炉的情 况下) 生产合成氨 85 025 t 、 甲醇 93 196 t 。 (6) 吨氨综合能耗比固定层造气低约 100 kg 标煤 。 2. 2 装置的技术改造 2. 2. 1 煤种的更换 德士古水煤浆加压气化所使用的煤种都是经 过试烧评价的 。我厂气化装置原设计使用的七五 煤先后在美国洛杉矶蒙特贝洛实验室和西北化工 研究院进行了试烧 。由于七五煤的灰熔点较高 , 需要添加石灰石作助熔剂来降低煤的灰熔点 , 这 样给生产操作带来了极大的困难 。为了解决生产 难题 , 扩大德士古气化的原料来源 , 于 1994 年进 行了向七五煤中掺烧北宿煤的试验工作 , 取得了 令人满意的效果 ,随后又掺烧了十几个煤种 ,最终 改变了我厂气化用煤单一的状况 ,甩掉了七五煤 , 停加了石灰石 , 降低了煤的灰熔点 。配煤掺烧的 成功在生产上显示出如下优点 : (1) 延长了耐火砖的使用寿命 。由于混煤灰 熔点的降低 ,随之也降低了操作温度 ,因而延长了 耐火砖的使用寿命 。试车初期 , 气化炉的操作温 度控制在 1 400 左右 , 而且加入的石灰石也加 重了熔渣对耐火砖的侵蚀和冲刷 。我厂第一炉耐 火砖 ( 向火面筒体砖 ) 仅使用了 4 000 h 。在使用 混煤 、 停加石灰石后 ,1996 年使用的法国 90 向火 面筒体砖使用了 8 200 h 。1998 年以后全烧精煤 时 ,国产向火面耐火砖可使用到 12 000 h 以上 。 另外 , 降低了煤的灰分 , 提高了单炉的产气量 , 也 相对延长了耐火砖的使用寿命 。 图1 水煤浆加压气化工艺流程 ( 2) 减缓了系统结垢 ,降低设备故障率 ,延长 运行周期 。使用混煤 ,停加了石灰石 ,控制了煤的 灰成分 ,使灰水中的 Ca2 + 大大降低 , 有效地缓解 了系统结垢现象 。试车初期 , 高压灰水泵叶轮结 垢速度很快 ,一般运行 1 周流量就要下降 ,泵体发 生震动 , 轴封泄漏 ; 灰水换热器在运行 1 个月左 右 ,换热效率就大幅下降 , 闪蒸系统超压 ; 文丘里 喷水孔也曾结垢堵塞被迫停车清理 ; 工艺烧嘴 1 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 小氮肥 2004 年 1 期 第 17 个月左右就磨损相当严重 , 表现出烧嘴雾化效果 变差 ,灰渣可燃物增高 ,有效气体成分下降 。使用 混煤后 ,上述问题得到了解决 ,灰水换热器一般运 行 34 个月才出现结垢现象 , 文丘里 、 调节阀也 未因结垢造成过停车 ,烧嘴使用寿命也明显增长 。 系统运行周期也由 1993 年的 11 d 到 1998 年的 77 d ,再到 2001 年的 88 d ,实现了安全 、 稳定 、 长周期 运行的目标 。 (3) 降低了生产消耗 。维持较高炉温所需的 热量就是煤在氧气中燃烧所释放的热量 。由于操 作炉温的降低 , 维持较高炉温所需的热量也就减 少 ,热量损失也相应减少 , 比氧耗 、 比煤耗均相应 降低 。最初在七五煤中掺烧北宿煤时 , 掺烧后的 吨氨耗氧由 992 m3 ( 标态 ) 降低到 920 m3 ( 标态 ) 。 按每小时产 10 t 氨的设计能力计 , 则每小时可节 省氧气 720 m3 ( 标态 ) , 这部分氧气又可以用来多 生产合成氨 。 (4) 降低了煤中灰分 ( 包括停加石灰石 ) , 提 高了单台设备的生产能力 。煤中灰分的降低 , 相 对增加了煤浆中的有效成分 , 若煤浆中的灰分由 18 %降低到 8 % ,在同样的煤浆浓度 ( 约 63 %) 下 , 煤浆中的有效成分可提高 6 %7 % , 在同样的给 煤量和煤浆泵转速下 , 相当于提高了煤磨机和高 压煤浆泵的生产 、 输送能力 。 ( 5) 降低了运行费用 ,简化了制浆系统流程 。 由于停加了石灰石 , 原石灰石制浆系统就不需运 行 ,石灰石磨机等大型设备的运行动力及维护费 用、 还有石灰石的采购费用就不再发生 ,大大降低 了生产运行费用 。另外 , 由于生产能力的提高是 在不增加运行设备的情况下进行的 , 也相应降低 了吨氨消耗和固定费用的分摊 。石灰石系统的停 用 ,简化了煤浆制备岗位的流程 ,也消除了因石灰 石系统影响生产的状况 。 2. 2. 2 闪蒸系统的改造 改造前闪蒸系统工艺流程如图 2 所示 。气化 炉洗涤塔来的黑水 ( 温度 194 204 , 含固量 1. 32 %) 经高压 、 中压 、 真空三级闪蒸回收热量 ,原 设计高压 、 、 中压 真空 3 个闪蒸罐的位置依次放在 + 22. 6 m 、 16. 6 m 、 10. 6 m 平面上 , 真空闪蒸 + + 后的黑水经沉降槽给料泵加压送入沉降槽 , 由于 黑水浓缩后含固量较高 ,泵的叶轮 、 轴封及管线磨 损严重 ,造成黑水外泄影响生产 。另外 ,3 个闪蒸 罐的黑水均从罐底流出 ,这样 ,每遇到开停车容器 管道内的垢片就会大量脱离 ,堵塞管道 ,疏通需要 几个小时或更长时间 , 而且发生过热水喷出伤人 的事故 ,有时被迫停车 。 1995 年针对设计中的缺陷 , 对闪蒸系统流程 和设备布置进行了改造 , 将真空闪蒸罐位置提高 到 + 22. 6 m 平面上 , 并将高压闪蒸罐 、 中压闪蒸 罐黑水出口改至闪蒸罐中部出水 , 并在真空闪蒸 罐下增加 1 个储渣罐 , 改造后闪蒸系统工艺流程 如图 3 。这样 , 中压闪蒸罐的黑水靠其与真空闪 蒸罐的压差压入真空闪蒸罐 , 真空闪蒸罐的黑水 靠重力自流入沉降槽 ,省去了 2 台沉降槽给料泵 , 简化了流程 ,减少了管线堵塞的机会 ,节省了维修 和运行费用 , 同时 , 每年可节约电 15 万 kWh 以 上 ,解决了黑水泄漏问题 。 2. 2. 3 黑水调节阀及阀后短节的防磨 气化炉 、 洗涤塔出口的黑水压力分别为 2. 65 MPa 和 2. 35 MPa ,必须经角式减压阀减压后进入 高压闪蒸罐 。黑水减压后 ,压力发生变化 ,静压能 转变为动能 ,流速急剧增加 ,在黑水中灰渣颗粒的 摩擦冲击下 ,调节阀及阀后短节磨损严重 ,极易发 生泄漏 。经改变阀后管线结构和使用陶瓷衬管试 验 ,收到了较好的防磨效果 ,阀后短节一般可使用 1 年以上不被磨透 。 2. 2. 4 实现了氧碳比 (O/ C) 的自动调节控制 德士古水煤浆加压气化中氧气和煤浆要按照 一定的比例进入气化炉发生部分氧化反应 , 只要 氧气纯度和煤浆浓度保持稳定 ( 煤质一般不会发 生较大变化) ,则氧气流量和煤浆流量的比就是个 定值 ,可以通过计算机运算实现 O/ C 自调 , 关键 的问题是要测一个准确的氧气流量和煤浆流量 。 德士古原设计中氧气管线上有 3 只流量表 , 煤浆 管线上有 2 只电磁流量计 。我厂在煤浆管线上又 安装了 1 只电磁流量计 , 这样氧气流量和煤浆流 量都可作为中值选择进入计算 , 平时维护 3 只表 的差值在规定的范围内 , 即使有 1 只表突然发生 严重偏离 ,中值的变化也是不大的 ,保持了氧气和 煤浆流量的稳定性 , 实现了 O/ C 的自动调节控 制 ,提高了系统运行的安全系数 ,减少了操作人员 的工作量 。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 18 小氮肥 2004 年 1 期 第 图2 改造前闪蒸系统工艺流程 1. 高压闪蒸罐 中压闪蒸罐 真空闪蒸罐 沉降槽给料泵 沉降槽 灰水罐 2. 3. 4. 5. 6. 7. 压滤机给料泵 高压灰水泵 真空闪蒸分离罐 8. 9. 10. 压力闪蒸分离罐 图3 改造后闪蒸系统工艺流程 1. 高压闪蒸罐 中压闪蒸罐 真空闪蒸罐 集渣罐 沉降槽 灰水罐 2. 3. 4. 5. 6. 7. 高压灰水泵 真空闪蒸分离罐 8. 10. 压力闪蒸分离罐 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 小氮肥 2004 年 1 期 第 19 2. 3 关键设备的国产化 2. 3. 1 煤浆泵 我厂与上海大隆机器厂 、 沈阳有色冶金机械 总厂联合开发的高压 、 低压煤浆泵已在我厂装置 上运行 4 年多 ,目前运行良好 ,这些泵较进口设备 价格低 ,且能满足工艺生产需要 。 2. 3. 2 耐火砖的国产化 我厂与新乡耐火材料厂 、 洛阳耐火材料研究 院联合开发的国产耐火砖 ( XKZ - 80 ) 于 1994 年 11 月用于我厂 A # 炉 , 运行情况良好 。尤其在抗 产需要 ,我厂与北京科技大学共同攻关 ,调整了钢 球配比 ,使磨机的负荷提高到 2224 t/ h , 解决了 磨机生产能力偏低的问题 。 2000 年以前 , 由于 1 台气化炉运行 , 所以只 要 1 台球磨机运行 。2000 年以后 , 为了配套双炉 运行 ,又安装了 1 台棒磨机 ,在球磨机和棒磨机的 使用对比中 ,又有了新的认识 。 在煤浆添加剂方面 ,曾进行了 10 余种添加剂 的试验 ,如木质素系列 、 腐植酸系列 、 萘系列等 ,为 水煤浆生产提供了大量的技术储备 , 也筛选了适 合我厂使用的物美价廉的煤浆添加剂 。 经过几年的生产实践 , 我厂在水煤浆制备方 面积累了较丰富的经验 , 下面提出几点看法供参 考: (1) 德士古水煤浆加压气化对煤浆的要求主 要考虑其浓度 、 、 粘度 粒度分布和稳定性 。浓度高 能提高气化效率 , 氧耗也会下降 ; 粒度分布太细 , 有利于气化反应 , 且煤浆的稳定性好 , 不易沉淀 , 但会增加粘度 , 不易于泵送 , 动力消耗也将增加 。 要获得高浓度 、 高细度 、 低粘度的水煤浆就要使用 性能好的添加剂 ,这又要增加运行成本 ,因此要根 据煤种的具体情况和煤浆的用途 , 确定煤浆的浓 度、 粘度 、 粒度分布和稳定性 , 做到既能满足生产 需要 ,又经济合理 。 (2) 棒磨机与球磨机相比 , 棒磨机效率高一 些 ,但粒度分布较粗 , 适用于反应活性较好的煤 , 球磨机磨制的煤浆粒度分布较合理 ,稳定性较好 , 适用于反应活性较差的煤 ,但筛上大颗粒较多 ,比 棒磨机的电耗高约 20 % 。 ( 3) 磨机采用橡胶衬板 ,可大大降低噪音 , 降 低能耗 。 (4) 根据煤的性质 , 找出钢球 ( 钢棒 ) 的添加 量 ,定期补入 , 以保持煤浆质量的稳定 。另外 , 钢 棒的选择要兼顾韧性 、 刚度和耐磨的合理统一 。 (5) 磨机和滚筒筛的检查周期以半月为宜 , 主要检查滚筒筛有无破损 、 结垢或堵塞 。 我厂的德士古水煤浆加压气化装置运行质量 逐步提高 ,运行周期逐渐增长 ,得益于技术改造与 攻关 。在生产过程中还有许多问题没有得到很好 的解决 ,今后还要探索下去 ,使德士古装置发挥更 大的效益 。 热震性方面远远超过了法国沙瓦的 ZIRCHROM 80 砖 。另外 ,洛阳耐火材料研究院生产的高铬