德士古水煤浆气化4种灰水黑水）系统对比.doc

德士古水煤浆气化4种灰水（黑水）系统对比王建军，张国连，丛玉梅（兖矿贵州能化有限公司开阳合成氨项目筹备处，贵阳 550300） 2007-04-16 自从德士古第1套水煤浆加压气化装置在鲁南化肥厂投料开车以来，国内最近10多年又陆续新建了10多套装置，并且都已取得成功。德士古水煤浆气化装置的灰水（黑水）系统主要有4种工艺流程，各有优、缺点，现对比如下。1 流程（一）（图1）1.1 流程简介 （1）黑水系统 气化炉激冷室排出的黑水和洗涤塔锥体底部排出的黑水分别由各自的管道通过1开1备的节流减压阀进入高压闪蒸罐，高温液体降压膨胀后，水蒸气和溶解的酸性气（如CO2，H2S等）被迅速闪蒸出来。高压闪蒸罐操作压力0.71 MPa，由靠近换热器出口管道上的压力控制阀进行调节控制。 高压闪蒸后的黑水经高压闪蒸罐液位调节阀送入中压闪蒸罐，进行第2级降压膨胀闪蒸；罐内操作压力为0.13 MPa，罐底部含固黑水由液位控制阀控制进入真空闪蒸罐。 入真空闪蒸罐的黑水在负压下操作（绝对压力0.05MPa），酸性气体和水汽迅速膨胀逸出水面，真空闪蒸罐锥底排出的黑水经液位调节后自流进入重力沉降槽。 （2）闪蒸系统 高压闪蒸罐顶排出的闪蒸气分两路分别进入高压罐顶换热器（）和高压罐顶换热器（）的管间。在高压罐顶换热器（）内加热来自中压罐顶换热器换热后的灰水，加热后的灰水去文丘里洗涤器。在高压罐顶换热器（）内加热冷凝液，然后作为洗涤塔塔板洗涤水。进入2台高压罐顶换热器的闪蒸气流量由出高压罐顶换热器（）的灰水温度给定温度调节器控制调节三通阀进行分配。1.2 特点 灰水（黑水）系统采用了三级闪蒸，经过相关企业10多年的运行，暴露了不少问题：管道容易磨损泄漏；换热器容易结垢堵塞且不易清理；灰水系统备车增加；闪蒸气直接送火炬放空，对大气有污染。但该系统是国内较早投运的装置，有多年的生产运行经验，比较成熟。1.3 缺点 （1）因闪蒸罐气相（废气）均由火炬放空，开、停车过程中压力、液位（闪蒸罐）较难控制。 （2）系统结垢严重，尤其是该系统使用的大部分是U形管换热器，运行周期短，一般检修后运行3个月便严重堵塞，换热器列管堵塞比例高达三分之二；闪蒸罐清理难度大，罐内汽液分离器短时间内无法彻底清理，有时被迫拆下清理，检修周期过长。 （3）管道和阀门更换频繁，检修费用较高。2 流程（二）（图2）2.1 流程（二）简述 从气化炉和碳洗塔排出的高温黑水减压后进高压闪蒸器，闪蒸出大部分溶解的合成气；含尘液体再经低压闪蒸、真空闪蒸被浓缩后进入澄清槽，并加入絮凝剂使其加速沉淀；澄清槽底部的细渣浆经泵抽出送往过滤机给料槽，经由过滤机给料泵加压后送至真空过滤机脱水，渣饼外送。 高压闪蒸器闪蒸出的高压气体经过灰水加热器回收热量之后，通过气液分离器除去冷凝液，然后进入变换工段气提塔。 低压闪蒸器闪蒸出的低压气体（约120）直接送至洗涤塔给料槽作脱氧器热源；真空闪蒸器闪蒸出的气体经真空闪蒸冷凝器冷凝后由蒸汽喷射泵及真空泵抽出进分离器，气体放空，冷凝液回用。 澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵送至洗涤塔给料槽，少量灰水作为废水送废水处理。 洗涤塔给料槽的水补入变换来的冷凝液，加入原水后在0.2 MPa下进行脱氧，脱氧后经给料泵加压与高压闪蒸器顶排出的热气体换热后送碳洗塔循环使用。2.2 特点 灰水（黑水）系统采用四级闪蒸，能更有效地闪蒸出黑水中的酸性气体，加入絮凝剂更有利于黑水沉降，但工艺流程较复杂，增加了不少设备投资。闪蒸气入变换工段气提塔，不通过火炬排放，有利于环境保护。3 流程（三）（图3）3.1流程（三）简述 来自气化炉、旋风分离器、水洗塔的洗涤黑水经液位、流量串级调节控制并减压后送入蒸发热水塔蒸发室，水蒸气及部分溶解在黑水中的酸性气（CO2及H2S等）被迅速闪蒸出来；然后通过上升管进入蒸发热水塔上部热水室，与低压灰水泵来的灰水直接接触，低压灰水被加热；经换热后未冷凝的闪蒸气体经酸性气冷凝器冷凝、分离器进行气液分离后，未冷凝的酸性气体排放至火炬燃烧，酸性冷凝液送入灰水槽。初步浓缩后的黑水通过蒸发热水塔下部蒸发室液位调节阀控制后送入真空闪蒸器闪蒸，闪蒸后的气体经真空闪蒸换热器换热降温，分离后气体排入大气，液体自流入灰水槽。再次浓缩的黑水通过静态混合器与絮凝剂混合后进入澄清槽，加入的絮凝剂在澄清槽中用以强化浓缩黑水中固体颗粒的沉降。进一步浓缩沉降后的黑水质量浓度达30以上，经澄清槽底流泵送入压滤机系统压滤处理，滤饼运出界外，滤液自流入滤液受槽。澄清槽中澄清后的灰水溢流至灰水槽，灰水经低压灰水泵分3路，第1路输送至蒸发热水塔热水室，加热后经高温热水泵提压至5.2MPa返回水洗塔作为洗涤水；第2路作为锁斗的排渣冲洗水；第3路少量灰水送废水处理装置处理后外排。3.2 特点 合成气经旋风分离器、水洗塔二级除尘、降温，有利于气体的净化；灰水系统采用二级闪蒸，结构更加紧凑，流程简便，操作方便；经过二级闪蒸，也能有效地分离出黑水中的酸性气体，节省了设备投资；但闪蒸分离的酸性气体排放至火炬燃烧，不利于环保。4 流程（四）（图4）4.1 流程简述 出气化炉激冷室的黑水和出第1旋风分离器底部的黑水经减压后分别进入高压闪蒸罐，闪蒸出水中溶解的气体。闪蒸后的黑水与来自渣池泵的黑水一起进入真空闪蒸罐进一步闪蒸。二级闪蒸后的黑水经沉降槽给料泵送至沉降槽沉降分离细渣。沉降槽底部的沉降物含固量约20（质量分数），由沉降槽底流泵送至真空过滤机，经脱水后的滤饼装车外运，滤液自流回沉降槽。沉降槽上部溢流清液自流至灰水槽，灰水槽中的一部分灰水经低压灰水泵、锁斗冲洗水冷却器冷却后，送至锁斗冲洗水罐作为锁斗排渣的冲洗水；一部分灰水经废水冷却器冷却后排至污水处理系统进行处理，达标后排放；另一部分灰水经高压灰水泵在灰水加热器中与高压闪蒸气换热后送至高压冷凝液罐，作为系统洗涤补充水、循环水使用。 高压闪蒸罐顶的闪蒸气经灰水加热器、脱盐水加热器与灰水和脱盐水分别换热，再经高压闪蒸冷凝器冷却后进入高压闪蒸分离罐，分离后的气体去变换工段冷凝液气提塔，分离后的冷凝液供除氧器使用。真空闪蒸罐顶的闪蒸气经真空闪蒸罐顶冷凝器冷却后进入真空闪蒸分离罐，分离后的气体经真空泵和真空泵分离罐分离后放空。真空闪蒸分离罐分离后的冷凝液自流至灰水罐，真空泵分离罐分离的水返回至滤液地下槽。4.2 特点 合成气经过二级除尘效果更佳，水系统许多设备可以共用，减少了部分设备投资，提高了设备的使用率，设备运行更科学、合理。二级闪蒸系统工艺流程更加简便，闪蒸气去变换冷凝液气提塔，有利于环保。 不足之处：真空闪蒸罐的黑水经沉降槽给料泵送至沉降槽，增加了设备投资，运行成本增加，而且给料泵管道易堵塞，难以处理，且泵的机封易泄漏，增加了维修量；闪蒸系统的换热器过多。建议真空闪蒸罐移位至高处，靠自流进入沉降槽。5 4种灰水（黑水）系统的对比 （1）流程（一）与流程（二）的区别不大，但流程（二）优于流程（一），主要在于低压闪蒸气液相无换热器，高压闪蒸气送入变换冷凝液气提塔。 （2）与前3种流程相比，流程（四）的缺点在于装置中的换热器偏多，会造成灰水、冷凝液的运行压降大，增大了设备检修费用及周期；真空闪蒸罐内黑水不自流入沉降槽，沉降槽给料泵运行的好坏将直接影响整个系统的正常运行。 （3）流程（三）比较理想，使用蒸发热水塔减少了换热器的配置，闪蒸废气去火炬，闪蒸罐压力不受其它系统的影响。1台旋风分离器与水洗塔配置，也能有效地保证粗煤气含尘量指标的稳定。灰水（黑水）系统流程简单，易操作，投资费用少。 （4）无论采用哪一种流程，都是为了降低合成气的灰分，以免带到变换系统和避免系统堵塞，减少疏通管道的劳动强度，降低检修费用，从而降低单位产品成本，为企业增加效益。 （5）操作时避免炉温过低，操作人员应根据煤种变化及灰熔点分析及时调整炉温；防止因烧嘴雾化效果不好而造成黑水中含碳颗粒大量增加、粘度增大，从而造成在设备、管道的大量沉淀，引起堵塞。 （6）严格控制出真空闪蒸罐的黑水温度不能过高。因为温度过高不利于黑水中固体颗粒的沉降，造成沉降效果差，从而使水系统在循环时夹带大量的固体颗粒，引起设备、管道的结垢堵塞。 （7）设备和管道内壁轻微结垢的问题仍未得到彻底解决，因此还需要进一步研究和开发更为理想的用于黑水沉降的化学药剂，来改善黑水的沉降效果，以便更加有效地阻止结垢现象的发生。 对于国内引进的各种煤气化技术，要创造性地加以吸收和利用，同时注意利用各种新技术、新设备来改进灰水系统，比如：如何实现在线调整灰水的pH值，降低灰水的碱性；换热器和减压阀的选型是否合理；如何在不大量排水的情况下调整 Cl含量；采用哪种酸洗方式、哪几类酸进行配比既能起到酸洗效果又可减少对系统的损害；新上项目要结合国内灰水（黑水）系统的运行情况，总结各企业生产和实践经验，探索出可操作性强、运行更为稳定、更节能和更环保的灰水运行方式。德士古水煤浆气化的运行及改造李 峥，陶美玲，李彩艳(兖矿鲁南化肥厂，山东 滕州 277527) 2006-05-220 引 言 兖矿鲁南化肥厂的德士古水煤浆加压气化装置是国内第一套示范装置，世界第五套生产装置，该项目于1989开工建设，1993年4月建成投入试生产，同年六月份通过国家技术鉴定，1995年全面投产。 2001年12月新上基本上全部国产化的第三台气化炉，气化炉运行方式改为为两开一备，同时配套上第二套闪蒸系统。2004年新增第三套闪蒸系统，达到了3台气化炉配套3套闪蒸系统运行。在生产中，我们积累了丰富的经验，在气化系统长周期运行方面，有了更多的认识。 德士古水煤浆气化的工艺流程，在很多文章中都有介绍，本文不在赘述。我厂的德士古工艺过程采用激冷流程，由四部分生产区域组成。 对长周期运转和相关技术改造我们将从煤浆制备及贮运、气化和渣水处理三个方面作出阐述。 1 煤浆的制备及贮运 1.1 煤的合理配比 德士古煤气化工艺的特点之一是对煤种的适应性广。但从国内厂家运行情况看，要保证系统长周期、稳定运行，煤质的好坏有很大的影响。确切地说灰分低、灰熔点低、粘温特性好的煤比较适应德士古气化。我厂用煤为鲁南地区几家煤矿的烟煤，煤种的灰熔点、灰分、固定碳含量、水分等都各不相同。通过对不同煤种的合理配比，确保所用原料煤的灰分控制在到1720，灰熔点在1 2501 300，使得气化反应状况良好。 1.2 煤浆中杂质的避免 煤浆中如果有铁丝、大颗粒等杂物，对煤浆泵的影响是严重的，轻则单缸不打量，甚至会导致因煤浆泵流量过低造成气化炉停车的事故发生。我们在上煤工序上增加了电磁铁的数目和功率，加强对磨煤机滚筒筛和煤浆振动筛的运行维护，做到了不因为人为原因导致煤浆波动现象的发生。同时适当抬高位于煤浆槽底部的高压煤浆泵入口管线，避免煤浆槽底部淤积的大颗粒进入煤浆泵入口管线。通过上述的措施，保证了煤浆制备和贮运的稳定。 2 气 化 2.1 去除破渣机和捞渣机 破渣机和捞渣机都是根据德士古提供的条件订货的，实际正常运行中并无大的渣块。设置破渣机的目的是为了防止一旦操作不正常时产生的大块熔渣或耐材坍塌大块耐火砖卡住锁斗阀门，致使安全系统无法运行的恶性事故发生。只要精心操作，完全可以避免大块熔渣的产生，耐火砖的脱落与否，也可以通过表面热偶对气化炉表面温度的检测，因此在新上的第三台气化炉装置中，取消了破渣机，锁斗排出的渣水进入框架西侧的大渣池。在原有2台气化炉的第一渣池顶部增设三通阀，锁斗排出的渣水也进入大渣池。大渣池接收气化及闪蒸系统排出的渣水，由于系统的高负荷运行造成碳燃烧不充分，渣中可燃物含量仍然较高。在大渣池内沉降后，固体渣被捞出送往我厂新建的热电装置掺烧。而渣池的水则通过自流进入原来的气化污水站，处理后返回煤浆制备系统。 2.2 烘炉蒸汽调节阀的改造 气化炉烘炉时中压蒸汽调节原设计为现场人员手动调节，在烘炉期间，当发生炉温波动较大时，均由 205总控通知现场人员到203框架七楼进行调节。特别是驰放气压力波动较大，造成炉温波动频繁，大大增加了现场人员的工作量，而且炉温波动大，对耐火砖会造成不同程度的损害；烘炉质量差，对耐火砖的寿命影响较大，特别是耐火砖的低温区的升温恒温，烘炉中压蒸汽用量无法控制。严重时造成气化炉回火和熄火，延长了气化炉投料时间。为此增设了中压蒸汽遥控自调阀，由原来的现场人员手动操作改为总控遥控调节。改为中压蒸汽自调后，中压蒸汽用量由原来的46td降至36td，炉温较为稳定，避免了回火和熄火现象的发生，减少了现场人员的工作量。投入使用后，在整个烘炉期间耐火砖的升温恒温质量都比以前有很大提高，可延长耐火砖的使用寿命。 2.3 激冷水管线的改造 气化炉激冷水管线易结垢，特别是洗涤塔循环泵进出口管线附近。系统长时间运行后，管道流通面积减小，造成激冷水流量下降。激冷水流量降低又加快了管道的结垢速度，形成恶性循环，影响系统长周期运行。为解决问题系统在运行半年左右就要停车清理一次，每次清理都要割开弯头和管道，这样处理工作时间长，清理质量难以保证。洗涤塔循环泵入口、出口管线改造，是将原来的泵进出口90弯头改造成一头带法兰“T”型弯头。利于系统停车时管道清理改造后，停车清理时只需打开法兰盖，就可直接清理。这样既确保了开车时间，又保证了清理质量。 3 闪蒸系统的长周期运行 闪蒸系统的主要任务是对气化炉和洗涤塔排出的黑水进行处理，通过闪蒸出黑水中酸性气达到回收热能、灰水循环利用的目的，满足环保排放要求。2004年新上一套闪蒸系统，3台气化炉分别对应3套闪蒸系统，缓解了气化炉及闪蒸系统高负荷运行所带来的一系列问题。当一套系统需要检修时(气化炉换砖、闪蒸系统清理)另二套系统可以维持2 500rpm负荷运行，避免引起后系统负荷大的波动。在氧气足够的情况下可以实现3炉同时运行。 3.1 去火炬安全阀排放管线的改造 原有两套闪蒸系统共用一条去火炬安全阀排放管线(DN100)，当其中一条管线不畅时候，另外系统就要受到影响甚至有憋压现象出现。新上的闪蒸系统增设了一条DN150的管线，将原1闪蒸的酸性气管线并入。3个闪蒸的酸性气管线目前互相的影响已经很小。 3.2 增设中压闪蒸罐顶部压力表 德士古原设计闪蒸系统，中压闪蒸罐的罐顶没有压力指示，当中压闪蒸的气相管线堵塞时候，操作人员仅能依据其它工艺指标来估计，容易造成错误判断。新上闪蒸系统增加了法兰式远传温度测量。从而在DCS上就可以显示中压闪蒸罐顶的压力参数。 3.3 液位计取压口的改造 三级闪蒸的各闪蒸罐液位计，液位计取压口管线都很细，开车后不久就因管线堵塞指示不准确了，以至于液位计冲洗水管线成了摆设，新上闪蒸系统液位计管口改为45度倾斜向上，有利于保持管线畅通。有了准确的压力和液位指示，操作人员更能准确的判断闪蒸系统的运行情况，从而确保系统的长周期运行。 3.4 加设闪蒸罐内耐磨板 对于闪蒸界区内管线易磨损处，都进行了加厚处理，