德士古气化装置闪蒸系统改造总结.doc

德士古气化装置闪蒸系统改造总结聂成元，朱冬梅(兖矿鲁南化肥厂，山东 滕州 277527) 2002-03-16 我厂德士古水煤浆加压气化装置采用三级黑水闪蒸流程，闪蒸气和灰水经两级逆流换热，进行余热回收，充分体现了这套装置在节能降耗和环境保护方面的优越性。但在运行中，存在着闪蒸罐垢堵和管道磨蚀穿孔现象，严重影响了气化装置的运行。我厂组织力量不断攻关，大胆探索，使闪蒸流程更趋完善，现将近几年来的技改总结如下。1 闪蒸系统现状和存在的问题1.1 闪蒸系统流程简介 气化炉和洗涤塔排出的黑水由节流减压阀依次进入高压闪蒸罐和中压闪蒸罐，高温液体在罐内降压膨胀，闪蒸气经两级换热后进入火炬，闪蒸后的含固黑水自流进负压控制的真空闪蒸罐，真空闪蒸后的底流物由沉降槽给料泵泵入沉降槽，黑水逐步被浓缩，含固量越来越高，在沉降槽内和絮凝剂充分接触。固体颗粒沉降到底部排出，过滤、较清的灰水溢流进入灰水罐，通过高压灰水泵泵入系统循环利用。其中高压灰水和高中压闪蒸罐闪蒸出的汽气混合物(温度大约为70和144)逆向接触换热，灰水温度经两级换热后由70升至150左右，余热得到极大程度的回收。1.2 闪蒸系统存在的问题 德士古气化装置的闪蒸系统虽然有很多优越性，但试车以来，每年均有数次因闪蒸系统的问题导致气化装置无法运行而停车或减量，还因疏通系统堵塞，发生数起人身烫伤事故。运行中发现闪蒸系统主要存在以下问题。 (1)原设计真空闪蒸罐位于框架二楼，出口黑水必须经沉降槽给料泵泵人沉降槽，对液位调节系统要求较高，泵故障率较高，泄漏的黑水四溅，污染环境，整个闪蒸系统管理困难，维护费用高。 (2)闪蒸系统罐内和管道内壁结有大量垢层，极易脱落堆积在罐的底部，堵塞罐的黑水出口和卡住自调阀，清理难度大，而且危险性大，极易发生烫伤事故。另外，还造成系统无法运行而迫使气化装置停车处理。 (3)闪蒸系统黑水含固量大，且固体多为高温玻璃体，随着黑水的流动，冲刷磨蚀弯头、管道。一旦关键部位被磨蚀穿孔，气化装置就须减量或停车处理，影响气化装置长周期运行。 (4)大量的含固黑水夹杂着汽气混合物进入各级闪蒸罐顶换热器，在换热器中易沉积结垢，影响换热效果。 1.3 闪蒸系统堵塞的原因 随着闪蒸的进行，黑水中的Ca2+、CO32、HCO3等离子浓度逐渐升高，达到生成CaCO3的条件后，CaCO3及其他不溶性盐类与黑水中的炭黑颗粒吸附在设备内壁上，慢慢形成较厚的垢层，特别是锥体部位，可达20cm左右。当遇到开停车或操作不稳定时，温度变化较大，由于设备和灰垢的膨胀系数差别较大，灰垢较易剥落，堵塞管路和罐体出口。 2 闪蒸系统的改造 2.1 闪蒸系统改造后的流程 根据闪蒸系统存在的问题，我厂组织力量对改造方案进行技术论证后，分别于1997年和2000年对闪蒸系统进行了技术改造，改造后的闪蒸流程示意见图1。2.2 闪蒸系统的改造项目 (1)真空闪蒸罐由原来的框架二楼移至框架五楼，闪蒸后的黑水靠自流进入重力沉降槽，作进一步处理。 (2)原设计沉降槽给料泵由于存在故障率高、维护费用高、管理复杂等弊端，在真空闪蒸罐移位后，改作他用。 (3)高中压闪蒸罐的黑水管线，改至罐体下部引出，罐出口处设折流挡板，避免大块渣进入。罐底锥部原黑水出口管线改为排污管线，并配置冷凝液冲洗管，定期冲洗，使集结在锥部的灰渣沉积物及时排出。此项改造避免了高中压闪蒸罐和管道的堵塞。 (4)真空闪蒸罐底部的液位自调机构，由原来的一开一备改为单系列自动调节，另一路设置球阀。这样，不仅省掉一套自调机构，节省费用，减少维护，而且避免灰垢堵塞自调阀。 (5)针对真空闪蒸罐黑水出口设于锥体处，无法设置排污管线，我们在真空闪蒸罐底部设计了一台积渣罐。依据真空闪蒸罐在开停车时剥离下来的灰垢量，并结合实际生产情况，将积渣罐设于罐锥体与液位自调阀之间，并在出口设置折流挡板，防止灰垢进入液位自调阀，底部设置一箅子板，箅子板上方设较大的卸料孔，以便清理积渣罐内部灰垢。箅子板下方设置排污阀，在拆卸料孔时，排尽罐内的黑水，以防烫伤人，这样积渣罐可以不定期清理，增加了闪蒸系统运行的可靠性。 (6)由于闪蒸系统黑水中，含有硬度较高粒度不均的玻璃颗粒体，在闪蒸系统流动的过程中，会对一些关键部位产生磨蚀，时间一长就会磨穿这些部位，处理时需气化炉减量或停车。为此，我厂与多家科研单位联合，开发了特殊材料衬里的弯头管道，安装在易出问题的关键部位。 (7)闪蒸系统液位测量仪表均改用双法兰式1511型仪表，并配置冲洗水系统，定期冲洗。平时操作中，严格控制液位。 3 改造后的运行效果 闪蒸系统通过改造，运行状况良好。原来曾多次因闪蒸系统而导致停车，现在几年内没有因闪蒸系统原因而停车，说明效果显著。具体表现在以下几点。 (1)由于省去两台沉降槽给料泵和一套液位调节机构，不仅弥补了原流程设计的不足，而且，节省设备费、维修和操作费用达数十万元。 (2)排污导淋的设置及关键部位材料的更换，使得闪蒸系统运行更为可靠，管道不再因黑水磨蚀而穿孔泄漏，黑水不再四溅，闪蒸系统的脏乱环境有了极大的改观，有利于工厂的清洁文明建设。德士古气化炉因闪蒸系统问题而导致的停车次数降低了95，确保气化装置安全、长周期运行。 (3)各闪蒸罐液位得到了有效控制，黑水不再窜入换热器，提高了换热器的换热效果，不需要每次停车都清理换热器，可以半年或更长的时间集中清理一次，大幅度提高了闪蒸系统的运转率。 (4)有利于安全生产。自改造后，未发生一例闪蒸系统泄漏或疏通管路而造成的烫伤事故，保障了操作工的人身安全。 (5)我厂新上的另一套闪蒸系统，也按改造后的闪蒸流程配置，不仅节约几十万元费用，而且运行一年多，效果十分良好。 4 结束语 (1)闪蒸系统的多项改造，有利于提高灰水质量，但进一步提高灰水质量，控制悬浮物含量 50mgL，还须依靠选择合适的絮凝剂及水质稳定剂，这是德士古气化厂家共同面临的难题。 (2)闪蒸以后过滤出的灰渣，含有约3050的可燃物，为有效利用这部分可燃物，减少污染，我厂正着手建设一个灰渣再利用的热电装置。 (3)德士古气化炉的原料煤种、配套锁斗系统及破渣机的运行，对闪蒸系统的运行也有很大的影响，应予足够重视。德士古气化装置运行总结许令奇，陈 迎(安徽淮化集团有限公司，安徽淮南 232038) 2002-11-16 淮化1830”工程是新建的一套年产180kt合成氨、300kt尿素的生产装置。其中气化部分采用美国德士古公司水煤浆加压气化工艺，是国内继山东鲁南化肥厂、上海焦化有限公司、渭河化肥厂之后投运的第四套水煤浆加压气化装置。装置包括二套磨煤系统、三台气化炉及一套灰水处理系统。气化炉为二开一备。气化压力为4.0MPa，生产能力为1264km3d的H2+CO气。装置于2000年8月进行化工试车，至2002年4月已运行一年半时间，其间对系统进行了大小几十项改造，并成功地进行了义马煤中配入华亭煤、石油焦的试烧工作，运行显示该装置具有生产能力大，安全稳定，操作弹性大的优点，截止2002年4月，已累计生产合成氨250kt。1 试车及气化装置运行情况1.1 制浆试车 1999年11月对制浆系统首先进行试车，通过对磨机加棒级配的变化和对添加剂量的调整，制出了完全符合德士古气化要求的水煤浆，磨机试车制浆的级配见表1。1.2 气化试车 气化装置于2000年8月9日进行单台炉试车。分二个阶段，第一阶段(2000.8.98.17)单台气化炉60负荷运行，合成气放空到火炬，该阶段九天时间，3气化炉投料5次，全部取得成功。第四次停车时，在未换德士古烧嘴，未重新升温的情况下，连投成功。化工试车第二阶段(2000.9.1910.9)，启动二台气化炉，合格煤气进入下游工序并打通合成氨流程，转入试生产阶段。1.3 装置运行情况及技术指标 气化装置从2000年8月9日第一次投料起，至2002年4月，3台气化炉共投料78次，累计运行23861h，单炉连续稳定运行时间为1154h，一年多来三台气化炉的开停车情况见表2，造成气化炉停车原因见表3。运行过程中，针对出现的问题，对装置进行了几十项技术改造，积累了较为丰富的经验，并分别于2000年11月进行了义马煤配入50华亭煤的试烧，2002年3月配入20石油焦的试烧工作，皆取得了成功。另外，公司还在试验室进行了数十种配煤的成浆试验，为更进一步拓展德士古气化用煤打下了基础。气化炉运行具有代表性的技术指标见表4。2 煤质情况 德士古煤气化工艺的特点之一是对煤种的适应性广。但从国内四个生产厂家运行情况来看，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。我公司设计用煤为义马煤，义马煤成浆性较好，但灰分、灰熔点较高，且煤质极不稳定，所以开车不久，我公司就在义马煤中掺入50华亭煤试烧并取得成功。进入2001年后，义马煤煤质逐渐恶化，灰分高时可达30，灰熔点高达1400，严重制约了气化装置正常运行，表现为1、3炉下降管烧结，气化炉炉砖蚀损严重，锁斗循环泵运行质量大大下降，捞渣机掉链频繁，灰水系统运行困难，给整个生产和管理带来极为被动的局面。为此我公司及时调运一批石油焦，掺入义马煤中，使整个原料的灰分下降到1720，灰熔点在12501300，逐渐使生产恢复正常。3 锁渣系统运行情况 锁渣系统运行质量与煤质和气化工艺状况有很大关系。运行一年多来，遇到的问题主要有以下几个方面。 3.1 破渣机密封漏大 破渣机填料原来采用聚四氟乙烯填料。从使用效果看，不太理想，后改为石墨填料，效果较好。工况稳定时，破渣机运行较稳定。当操作炉温较低或烧嘴异常造成偏喷时，有大块渣落下，造成破渣机负荷波动大，损坏密封填料，造成轴封漏。3.2 锁斗循环泵损坏、排渣阀(XV1310)漏大 锁斗循环泵由于煤质原因，6台泵泵体先后都出现裂纹。自开车以来由于义马煤灰分一直都居高不下，渣量多，热负荷大，锁斗水温比设计值高40左右，锁斗循环泵运行工况较差，运行质量下降，并经常出现机封漏大的情况，给生产带来不安定因素。同样，因煤质不稳定，渣量多，且时常有大块渣，锁斗水温高，对排渣阀XV1310冲刷严重，造成XV1310密封面损坏，XV1310泄漏大，被迫单炉停车。3.3 破渣机上渣架桥 破渣机上架桥有两种情况，一种为细渣架桥；另一种为有大块渣落在破渣机而架桥。对前一种架桥的处理一般采取打开泄压阀XV1315，利用差压形成短时间大量水流通道，把渣带下来，处理效果较好；但对后一种架桥这种处理效果不太明显，采用P1407反冲水效果较好。架桥严重时，两种处理手段都不能奏效，需及时停车处理。3.4 捞渣机掉链 捞渣机掉链是因为负荷过大或是有大渣夹在导轮上，使链条受力不匀，导致掉链。掉链处理较为困难，要打开渣池仓门，人工进去清除积渣，才能使链条复位，一般需12h，这时锁斗处于集渣状态，必须减负荷才行。 我公司因煤质原因，锁渣系统运行质量不太好。开车一年多来，有7次因锁渣系统故障而停车，占开停车总数的10左右。4 灰水处理系统运行情况 灰水处理系统对稳定气化操作很关键。我公司灰水系统采用二级闪蒸，流程简单，操作方便，且气化炉排黑水和碳洗塔排黑水分开进高压闪蒸罐，很好地解决了气化炉和碳洗塔共用同一黑水排放总管而使碳洗塔黑水管线堵的现象。但长时间运行时，闪蒸罐及管壁出现结垢，真空闪蒸除沫器堵塞严重。操作不稳定时，壁垢脱落堵塞管道或卡住阀门，导致闪蒸罐液位高、满人换热器，使换热器效率变差，灰水质量下降，影响系统的稳定运行。一般运行3个月必须停车清理闪蒸系统，这已成为影响系统长周期运行的关键因素之一。 5 烧嘴寿命 气化喷嘴是德士古煤气化工艺的核心设备，喷嘴运行初期，雾化效果好，气化成分稳定，系统工况稳定。运行到后期，喷嘴头部变形，雾化效果不好，气体成分变化较大，有效气成分下降，特别是发生偏喷时，使局部温度过高，烧坏热偶，严重时，发生窜气，导致炉壁超温。喷嘴的运行质量和使用寿命直接决定气化运行周期。我公司由于煤质等原因，喷嘴使用寿命偏低，运行时间最长的不到2个月，最短时只有7天，严重制约了系统的长周期运行。延长喷嘴的使用寿命，已成为目前急需解决的问题，目前我们正在对烧嘴进行改造，其使用效果要待以后实践来证明。6 耐火砖寿命 换一次向火面耐火砖，拆卸、筑炉、烘炉、检查、试压用时近二个月，严重影响备炉工作，所以必须选用较好的耐火砖，筑炉时严格把好质量关，使用过程中严格控制气化炉操作温度，尽量延长耐火砖的使用寿命。我公司三台炉砖全部使用法国萨瓦公司生产的铬铝锆砖，使用效果较好，至今三炉耐火砖使用时间都在8000h左右，炉砖使用情况见表5。 影响气化炉耐火砖使用寿命的因素很多，根据我们的经验主要有以下几方面。 (1)煤质 煤中灰分含量高，渣多，对炉砖的冲刷大，在其他工艺条件相同的情况下，其使用寿命就短。 (2)烧嘴 烧嘴运行质量对炉砖的影响很大，特别是烧嘴偏喷时，造成炉砖局部温度过高，局部砖蚀损相当严重。 (3)操作温度 在正常生产条件下，耐火砖表面有一层煤渣层，温度低时渣层较厚，温度高时渣层较薄，适当的渣层可以减缓气体和熔渣的冲刷。 (4)开停车次数 开停车时，炉内温度存在一个由低到高或由高到低的过程，温度变化太快、太大，对耐火砖是非常有害的，有时甚至会导致耐火砖因受力不匀而开裂损坏，故生产过程中应尽量做到减少开停车次数。 进口砖价格昂贵，用国内砖替代进口砖已势在必行，其他厂家都已成功试用了国内生产的耐火砖，效果较好，这方面工作我们也正在做。7 存在问题 7.1 煤质问题 从开车以来，煤质问题一直困绕着我们。从理论上说，德土古气化对煤种的适应性较广，但在实际运行中，要保证系统长周期稳定经济运行，煤的质量是一个至关重要的因素。具体地说，灰分小于15，灰熔点小于1300，成浆性能好的煤比较适合气化。煤中的灰分虽不直接参加气化反应，但要消耗反应热，增加氧耗、煤耗。德土古气化为液态排渣，灰熔点高，操作温度就高，不利于经济运行。改变煤质状况，用合适的原料煤替代义马煤已成稳定生产、保证气化长周期、经济运行的当务之急，这方面的工作我们一直在做，并取得了一定的成功经验。7.2 中心氧量偏低，且无调节手段 国内四个德土古气化厂家采用的喷嘴都为三通道结构，中间一层走煤浆，中心和外层走氧气。中心氧有提高煤浆雾化效果、控制黑区长短的作用。所以中心氧量应是可调节的。根据经验，中心氧量应占总氧量的820，最佳值在12左右，我公司中心氧偏低，满负荷时不足8，且