德士古水煤浆气化的运行及改造.doc

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，调节阀后采用陶瓷衬里短接、管线盲板处增加锰钢耐磨板、与折流板采用焊接。在3个闪蒸罐内黑水入口折流挡板处增加40mm厚的锰钢耐磨板，与折流板采用螺栓连接。黑水进入闪蒸罐首先冲刷耐磨板，从而保护折流挡板。停车大修时候检查耐磨板是否需要更换即可。 3.5 沉降槽管线的改造 沉降槽底部含固量较大的黑水，德士古最初的设计是通过压滤机给料泵加压到压滤机，滤饼经运输带送出，滤液进入滤液槽再由滤液泵送往磨煤系统。采用上述流程的目的是为了尽量减少水的外排，减少热量损失。但是实践中发现该流程有下列缺陷：黑水中的固体不能完全沉降，沉降槽底流管线堵塞严重。当该管线堵塞时，固体颗粒被带往整个水系统，导致系统被迫停车。后来闪蒸系统技改做了改造：去掉了压滤机、滤液泵、滤液槽，沉降槽底部污水通过排污管送往第一渣池，清液溢流到第二渣池。在渣池上方配备有轨捞渣机，定期打捞底部沉淀的细灰渣。由于前文叙述的气化炉锁斗排渣管线直接排人大渣池，因而捞渣机停用，所以沉降槽底流污水通过排污地沟流入大渣池。然后转入煤浆制备系统。 3.6 增设备用排放管线 在压力闪蒸分离罐液相及换热器液相增加去地沟管线。在系统超压或者出现漏点时闪蒸后的黑水可以通过此管线排向大渣池，以进行有关工艺处理，从而避免不必要的停车。 3.7 絮凝剂和阻垢剂添加位置的更改 德士古原设计絮凝剂和真空闪蒸罐闪蒸后的黑水在沉降槽下泥筒内混和，为了更好的达到黑水沉降的效果，絮凝剂我们改到了真空闪蒸罐液相去沉降槽的管线上加入，运行发现效果良好。而阻垢剂则在高压灰水泵入口管线上加入。通过实际运行发现，闪蒸系统结垢现象有了明显的改观。德士古水煤浆气化技术改造工程设计介绍林彬彬（中国天辰化学工程公司，天津 300400） 2004-07-161 概述 能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础，而我国能源资源的特点，又决定了我国是以煤为主的能源结构。能源生产和消费结构中煤炭的比例分别为75.5%和75%。据有关方面预测，即使到2010年，我国能源结构中，煤炭的比例仍高居71.7%和69%。能源结构中以煤炭为主的局面长期不会改变。 一般说来，面向未来的洁净煤气化技术生产体系是以洁净煤气化技术为基础，将城市煤气、洁净发电和供热、液体燃料等清洁能源产品的生产与碳一化学深加工相结合，如联合循环发电（IGCC）和碳一化学甲醇、醋酸等为基础的化工生产相结合。这种洁净气化技术生产体系与目前常规燃煤锅炉技术相比，不但在热效率上有较大的提高，而且对大气环境的影响具有根本性的改变。尤其对高硫煤而言，更具有特殊的意义。预计未来，当石油和天然气的成本因资源枯竭会明显上涨，煤炭不仅是能源资源，也将是化学工业惟一可靠的基本原料来源。特别是生产合成氨和碳一化学含氧化合物，煤化工更具有竞争力。 因此，我国自80年代末至今已相继引进鲁南、上海三联供、渭河、淮南、浩良河五套以水煤浆为原料的德士古气化装置，现又引进的还有金陵化肥、神木甲醇、南化大化肥、湘火炬等装置，同时也有兖矿、惠生等公司正在同德士古公司接触。我国90%以上的氮肥企业是以无烟煤或焦炭为原料，使用固定床间歇气化技术生产半水煤气，作为合成氨（或甲醇）的原料气。该气化技术存在的主要问题：一是原料（无烟煤、焦炭）价格高，企业亏损，生产难以为继；二是环境要求越来越高，间歇式固定床气化吹风气排放对环境的污染较严重，治理困难。为了解决上述问题，使企业走出困境，就必须采用高新技术加快企业改造步伐，提高企业的竞争能力，同时随着天然气和油品价格的上涨，醇醚燃料和甲醇的广泛应用，以煤为原料的德士古水煤浆加压气化将有越来越广泛的市场。2 德士古气化技术的特点 德士古水煤浆加压气化法为目前世界上先进的气化技术之一，属气流床加压气化法。其特点是该工艺对煤的适应范围较宽，可利用粉煤，单台气化炉生产能力较大，气化操作温度高，液态排渣，碳转化率高，煤气质量好，甲烷含量低，不产生焦油、萘、酚等污染物。排出粗灰渣可以用作水泥的原料和建筑材料。三废处理简单，易于达到环境保护的要求。生产控制水平高，易于实现过程自动化及计算机控制。 （1）工业化情况 Texcao公司自1957年在蒙特培罗（Monetebello）研究室开始以氧为气化剂对煤、焦进行气化研究，1973年建立了一套投煤量15t/d的试验装置进行加压水煤浆气化试验。经过30年的试验及工业化过程，德士古水煤浆加压气化工艺已经发展成为一项先进、成熟可靠的煤气化工艺。具体工业应用情况见表1。 （2）加压水煤浆气化的优点 煤种适应性广。年轻烟煤，粉煤皆可作原料，灰融点要求不超过1350，煤可磨性和成浆性好，制得煤浆浓度要高于60%为宜。 气化压力范围大。从2.58.0MPa皆有工业化装置，以4.0MPa较为普遍，随着装置规模的大型化，6.5MPa也越来越被采用，气化压力高可节省合成气压缩功。 气化炉热量利用率高。有激冷工艺制得含蒸汽量高的合成气如用于生产合成氨，在变换工序不需再外加蒸汽，也可采用废锅流程回收热量，副产高压蒸汽，但废锅设备价格较高，可择优选用。 气化炉内无传动装置，结构比较简单。 单位体积产气量大，一台直径2800mm，4.0MPa气化炉产生气体，可日产氨（或甲醇）500t，国内已有最大直径3200mm。 有效气成分高，CO+H280%，排渣无污染，污水污染小，易处理。因高温气化，气体中含甲烷很低（CH40.1%），无焦油，气化炉排渣无污染，可用作铺路路渣，污水含氰化物少，易处理。 产品气一氧化碳和氢含量高是碳一化学最好的合成原料气，可用来生产合成氨、甲醇、制氢、羟基合成原料气，用途广泛。 碳转化率高，最高可达98%以上。3 水煤浆气化对煤质的要求(1)Texaco水煤浆气化对煤质适应性较广。除褐煤、泥煤及热值低于22940kJ/kg、灰熔点高于1350的煤不太适用外，其他粘结性煤、含灰量较高的煤、石油焦、烟煤均可作原料。 (2)煤中灰含量对消耗指标的影响。煤中灰含量增加会增加氧气的消耗，同时也增加每m3有效气（CO+H2）的煤消耗量，一般煤中灰含量从20%降到6%，可节省5%的无灰干基煤消耗，节省氧气消耗10%左右。同时也使灰、黑水中的固含量升高，系统管道、阀门、设备的磨损率大大加剧。我们认为煤的含灰量应19%。 (3)煤的灰熔点。由于气化炉内操作温度一般在煤的灰熔点T3以上（通常要高50100），鉴于炉内耐火材料承受高温的限制，要求煤的灰熔点T3不要超过1350，如果煤的性质较好，但灰熔点较高一些，可采取加助熔剂如石灰石，石灰粉等把灰熔点降下来，以保证炉内耐火材料使用寿命。 (4)煤的可磨性。煤的可磨性是指煤可磨碎的难易程度，通常用哈氏指数（Hardgrove Index）来表示。 (5)煤的成浆性。水煤浆气化炉是将煤制成煤浆送入气化炉，煤的内水主要表现在对成浆性能的影响，一般认为煤的内水含量越高，煤的O/C比越高，亲水官能团越多，煤的制浆难度越大。例如褐煤，成浆性很差，就不宜选作原料。水煤浆加压气化原料煤的最高内水10%，故对煤的成浆性很重要，在选用原料煤时除正常工业分析，一定要进行成浆试验，制成煤浆浓度最好在60%以上。浓度越高，耗氧量越少，煤浆浓度在65%左右为宜。4 Texaco水煤浆气化的工艺流程 根据气化后工序加工不同产品的要求，加压水煤浆气化有三种工艺流程，激冷流程，废锅流程和废锅激冷联合流程。对于合成氨、甲醇生产，多采用激冷流程，这样气化炉出来的粗煤气，直接用水激冷，被激冷后的粗煤气含有较多水蒸气，可直接送入变换系统而不需再补加蒸汽，因无废锅，投资较少。如对产品气用作燃气透平循环联合发电工程则多采用废锅流程，副产高压蒸汽用于蒸汽透平发电机组。对产品气用作羰基合成气、甲醇，通常采用废锅和激冷联合流程。亦称半废锅流程，即从气化炉出来粗煤气经辐射废锅冷却到700左右，然后用水激冷到所需要的温度，使粗煤气显热产生的蒸汽能满足后工序的要求。后两种流程由于投资较大和操作复杂，现在德士古水煤浆气化生产厂基本上不采用。5 关键设备国产化 （1）煤浆泵 鲁南化肥厂同上海大隆机器厂、沈阳有色冶金机械总厂联合开发的高低压煤浆泵应用于鲁南化肥厂德士古水煤浆加压气化，目前运行良好，价格远远低于进口设备。我公司设计的多套德士古水煤浆加压气化的低压煤浆泵全部采用国产设备，由于高压煤浆泵为气化部分的心脏，为保证连续稳定生产目前所有的工厂基本上选用进