渭化水煤浆加压气化装置的运行及改进

1、渭化水煤浆加压气化装置的运行及改进郑宝祥1，范立明1，2（1.渭河煤化工集团公司，陕西 渭南 ；2.西安交通大学，陕西 西安 ） 2004-07-161 装置运行情况 我公司6.5MPa水煤浆加压气化年产300kt合成氨装置引进美国TEXACO公司PDP，由日本宇部兴产和化工部第六设计院完成详细工程设计。设计以陕西黄陵煤为原料，选用6.5MPa压力气化。气化炉两开一备，单炉投煤量650t/d，单炉产气量（CO+H2）为43000m3/h。 该装置自1996年2月23日第一次化工投料试车至今，运行了9个年头，运行性能良好，单炉生产能力达到设计值。基本实现长周期稳定运行（单炉最长连续运行达51d）

2、，2003年装置连续运行189d。1.1 装置运行与设计工况比较 该装置原设计用黄陵煤，但由于黄陵煤灰熔点高，灰分高，难以稳定运行，于1997年7月改为甘肃华亭煤，实际煤种与设计差别大。现将煤质数据及运行数值比较列于表1、2。 从表1、2数据可知，虽然煤质与原设计差别很大，煤浆入炉量增加后仍能满足后工序用气量的要求。说明该装置适应性强，操作弹性大。1.2 炉砖使用情况 耐火砖是德士古水煤浆气化装置能否长周期运行的关键，因为耐火砖质量差或筑炉质量差会导致炉壁超温，尤其是拱顶的筑炉要求很高，我公司气化炉出现过许多次拱顶超温现象，被迫停炉处理。再之，耐火砖使用寿命短，耐磨炉砖更换就频繁，更换炉砖不但

3、给工厂造成损失，而且更换、养护、升温时间长达一月，在这一月里，没有备炉，给生产运行带来很大压力。我公司气化炉两开一备，最初耐火砖使用寿命仅为20004000h，且多次出现拱顶超温，导致生产运行相当被动。经过改进，现在耐火砖寿命长达20000h以上，不但解决了装置原来存在的问题，而且寿命超过了国外同类装置耐火砖的最好水平。1.3 开、停炉情况 开、停炉情况列于表3。从表3可以看出，气化装置在我公司经历了一段艰难的历程。说明一个新技术、一套新装置，要达到长周期、高负荷运行，需要做大量的工作。即便是装置运行8年后的今天，在长周期、满负荷、稳定运行方面仍有大量的工作要做。 渭化装置投用以来，组织了国内

4、众多单位参与攻关，解决了许多问题，我公司技术人员不断总结教训，完成了数百项技术改造项目，在此将介绍几个主要的改进，以便相互借鉴，共同提高。2 装置的问题及改进2.1 更换煤种 由于黄陵煤灰分高，灰熔点高，灰分中二氧化硅多，致使灰粘度较高，导致装置无法顺利排渣和正常运行。经过多方调查，最终选择华亭煤。该煤灰分低，灰熔点低，煤质稳定。经试烧评价，该煤灰熔点比黄陵煤低5080，煤中灰分含量少三分之一，大大减少了气化系统、排渣系统、灰水系统的事故停车次数，且生产稳定，运行工况良好，工艺参数平稳，实现了长周期稳定运行。2.2 激冷环堵塞及改进 由于激冷水通过激冷环的小孔喷出，沿下降管形成均匀水膜，保护下

5、降管免受高温气体及灰渣的烧坏，因此，水的均匀分布及充足的水量是关键。而为了保证水均匀分布，激冷环上有24个15mm的小孔，以保证水均匀分布。但由于激冷水中含有悬浮物，易结垢，在整个激冷水管线形成1030mm厚的垢层，一旦脱落就会堵塞激冷环孔。且每次停车时，需将低温水直接切入激冷环（约为30），这样使原高温（约240）运行的管道迅速冷却。由于灰垢与金属具有不同的膨胀系数，附着于管道上的垢片脱落。脱落的垢片被水冲入激冷环中，堵塞小孔，造成激冷水分布不均，水量下降，严重时导致激冷室液位下降，不得不降负荷运行。而且严重影响下降管的寿命，并有结渣的危险。 为此，结合运行与维修的经验，采取了以下改进措施：

6、在管线的下方设置盲法兰，收集脱落的垢片；在管线上增设清理口；每次停炉后彻底清理激冷水过滤器后的管线；彻底清洗激冷环和24个孔；拆除清洗激冷环的4个进水管；坚持每次做水分布检查确认。采取以上措施后，再没有因激冷水量低而影响高负荷运行。2.3工艺气带灰带水 装置运行初期，出洗涤塔工艺气带灰带水严重，所夹带的灰水直接危害变换催化剂。多次因突然大量带水，来不及分离而导致催化剂进水、失活，不得不退气重新升温开车，严重影响催化剂寿命，如第一炉催化剂仅用了8个月，产合成氨50kt，给工厂造成巨大损失。 为此，组织相关单位的专家研究，采取如下改进措施： 在入变换工号前增加一分离器，使夹带的水及时分离排放，保障

7、变换催化剂的安全；将碳洗塔塔盘进行扩孔，由6mm改为7mm；增加碳洗塔塔顶除沫器排水管的数量，由40mm一根增加了3根；碳洗塔升气管加长200mm；激冷室升气管加长200mm；降低碳洗塔及激冷室液位操作。通过以上改进，收到了良好的效果。 但我们认为，煤质好是防止带灰带水的关键，淮南化肥厂也做了上述改进，运行到后期也会出现带灰带水现象。因为煤质差，煤中灰分高，导致激冷室、碳洗塔水质差，含固量高，工艺气夹带的灰分在塔盘上沉积，堵塞塔盘孔，使工艺气穿孔速度增加，达到液泛速度，这样造成大量带水。因此，尽可能保证煤质。如果煤质差，尽可能加大循环水量，改善水质，提高洗涤效果。2.4黑、灰水管线腐蚀及改进

8、气化炉及碳洗塔排出的灰水固体颗粒较多，当水在管内流动压力不发生变化时，流体流速在设计范围内（13m/s）对管线磨损及冲刷不严重，常常是压力突然降低时造成水汽化，流速增大，磨损和冲刷就非常严重，主要磨损部位在减压阀后及泵出口大小头处，处理漏点有一定难度。因为液体温度高，闪蒸的气体常常分析不合格，严重时需停车或减负荷切水处理。因此对一个装置，如何延长管线磨漏周期，是一个关键问题。为此，我们近几年做了以下工作。在可减少流速的地方加限流孔板，如锁斗循环泵，起到了很好的作用。 将减压阀后易磨损弯头改为三通。易冲刷的一侧改为衬陶瓷的防冲板，大大延长了寿命。如中压到低压闪蒸罐减压阀后，改选后寿命从20d延长

9、到60d。管线易磨损弯头，改为可更换的弯头，内衬陶瓷，可大大延长寿命。低压闪蒸罐到真空闪蒸罐减压阀后的弯头，改用后寿命可达68个月。定期检查测厚，对弯头或易磨损件有机会就应检查测厚。如文丘里管线及几个调节阀后，通过检测，做到预知更换。尽可能减少减压阀后与容器间的距离，鉴于原设计的高压减压阀（6.01.0MPa）阀门直接与闪蒸容器相连，不会出现严重磨损问题，只是容器内防冲板冲刷问题，只要加厚防冲板就可以。为此，我们将高压、低压闪蒸罐的减压阀直接与低压闪蒸罐相连，这样就解决了问题，可保证68个月。但一定要加强防冲板，否则，灰水会冲坏防冲板，直冲闪蒸罐壁，导致容器损坏。加强闪蒸罐内防冲板的厚度，并改

10、进连接方式，有的单位已经采用螺栓固定代替焊接，这样更换更方便。总之，磨损和冲刷问题已基本解决，现在已不再制约长周期稳定运行。2.5黑、灰水管线的结垢及改进黑、灰水系统能否长周期运行，如何控制、减少和及时清理结垢是关键。该系统由于受工艺的影响，黑灰水是清洗工艺气的灰水，经闪蒸回收热量，这样水中固含量增加，灰渣容易沉降。另外，水中钙、镁离子多，水呈碱性，虽有利于保护设备免遭腐蚀，但该水易形成钙镁垢层。再之，为了减少新鲜水的消耗，水经沉降处理还要返回系统使用，沉降效果及分散剂使用情况也严重影响结垢情况。 近几年我们采取了以下措施：针对气化炉排水管线，我们增加短节以及高压水清洗，通过排水压差、阀位判断

11、结垢情况，然后找机会清洗，一般一年清洗一次。针对真空系统管线结垢，我们在管线上增加了盲法兰，以便清洗、冲洗。针对换热器结垢影响换热的问题，我们增加了换热器前后阀，以便在线隔离清洗。对分散剂不断研究改进，制定了严格的使用规程，确保分散剂浓度和加入的稳定性。控制好加入点不同分散剂的量。对絮凝剂的选择，要严把质量关，严格控制温度，控制好絮凝剂的浓度并充分混合。确保沉降效果，使沉浆槽顶部出水固含量小于30mg/m3。通过以上措施，再未因结垢而影响装置稳定运行，至少可保证7个月的连续、满负荷运行。2.6 废水回收 气化系统产生部分废水，我公司原有23.8m3/h的生化处理装置，但能力太小，再之，变换产生

12、高NH3-N废水（NH3-N高达1000010-6），若这些废水排放将严重影响环境，另外甲醇洗系统有部分甲醇废水原就地排放，使我公司废水排放难以达标。为此，我们经过认真分析，认为制浆所用的水完全可用废水代替。这样不但可以处理废水，而且可以节约大量新鲜水。2000年大修期间，将所有废水送入一水槽，用专用泵经计量送入磨机，经过3年的使用证明，不会对装置运行造成大的影响。 另外煤气化装置现场环境差，地面冲洗水、压滤机排放水以及捞渣机捞渣夹带的水，过去直接排入地沟，流入渭河，使我厂排水固含量严重超标。为此，我们建立了沉渣池，让这些水经沉降回收利用，每月沉渣100t以上，使排放水固含量完全达标。经过3年

13、的运行，取得了明显的社会和经济效益。魏小明 张忠模 赵 彦(国家仪表功能材料工程技术研究中心，重庆,) 2004-08-161概述 德士古水煤浆气化技术具有水煤浆制备输送、计量控制简单、安全、可靠，设备投资少、清洁高效等优点，我国化肥工业中已引进多套德士古水煤浆气化装置。 气化炉是水煤浆气化装置中的关键设备之一，工作时炉内温度高达1500，压力38MPa，保证其正常有效的运行是极其重要的，为此，有必要时刻监测其工作状态。为防止由于砌砖的缺陷使炉砖局部脱落，或由于冲刷磨损使部分炉砖变薄，引起炉壳局部温度过高而发生重大事故，需对气化炉表面温度进行观测，通过表面温度的变化来了解气化炉是否正常。表面温

14、度越限(超过安全温度)可能出现在炉壳任意一点(实际为一个小小的区域)，若用热电偶等测点温的传感器，则要在炉壳上布置大量的测温点，整个监测系统庞大复杂。如果只设定几个测温点，则达不到预期的目的。为了实现对每一点的连续监测，采用了很多办法，如在气化炉的表面均匀地刷一层示温涂料，或每隔半小时值班人员亲临现场用红外测温仪逐点检测等。这些方法的缺点是不能做到远距离监视，在控制室中无法通过表面温度观测到气化炉的运行情况，工作人员必须亲赴现场观察，增加了劳动强度和危险性。 测温电缆能够测量一条连续路径上存在的最高温度，给大面积温度的连续监测带来极大的便利测温电缆作感温元件的分布式温度监测与过温报警系统已在国

15、内一些化肥企业应用，其中的测温电缆已实现国产化。 整个系统由3部分组成：温度检测部分、数据采集系统、DCS系统，如图1所示。 2 温度检测部分1 2.1结构与原理 温度检测传感器采用高温型测温电缆，该电缆使用温度范围可达100600，主体结构示意图见图2。 当测温电缆沿线任何一点的温度T1，超过其余部分的温度时，该点热电极间NTC热敏材料的电阻就会降低，从而在T1点形成一个“临时热端”，根据塞贝克效应，热电极产生一个和“临时热端”温度T1对应的热电动势。如果测温电缆沿线又出现一个更高的温度点T2(T2T1)，则T2点热敏材料的电阻就会降得比T1点还要低，两热电极间产生了更为有效的电连接，从而在

16、T2点形成了一个新的“临时热端”，这时热电极产生的更大的热电动势和温度T2对应。由此可知，热电极产生的热电动势总是和“临时热端”的温度，即测温电缆沿线上存在的最高温度相对应。 如果把测温电缆合理地铺在气化炉表面，那么它反映出来的温度可以认为是气化炉存在的最高温度，这就是测温电缆可以用于气化炉表面温度监测的原理。 2.2 性能 测温电缆长度一般为318m，当长度不合适时，两支测温电缆可通过端部连接件连接起来。铠装结构使测温电缆具有较好的挠性，弯曲半径可达50mm。由于测温电缆热容量较大，响应时间较长，但适当地减小横截面尺寸，便可制造出响应时间满足要求的测温电缆。 图3中的实线是以镍铬镍硅作热电极

17、的测温电缆的热电特性曲线，虚线是以同种热电极材料制成的K型热电偶热电特性曲线。可见，在同一温度下，测温电缆的热电动势总比热电偶的要低一些，且各点均低一个常数。 2.3 气化炉上的应用 测温电缆应用在气化炉上时，它是缠绕在气化炉炉壳外表面上的。缠绕布线设计原则是：每一支测温电缆所测区域内的温度分布基本均匀；任何一处温度越限均能探测到，即布线密度要足够大。一般气化炉的布线密度在100150mm之间，即保证每一块耐火砖上都有一支测温电缆经过。气化炉的主体结构中间为圆柱体，上下为近似半球面。根据实际温度分布，半球面可采用同心圆形布线，炉身圆柱体可采用分块往返布线。图4是某厂气化炉的布线方法。 测温电缆

18、的安装固定借助专门的压板和压紧装置来实现。安装时要注意：测温电缆的弯曲半径不应小于性能指标给出的值；安装操作最好采用手工完成，因为测温电缆受到较大的外力可能产生潜在故障。 3 数据采集系统 测温电缆检测气化炉表面温度输出一个mV量级的热电动势信号。数据采集系统对多支测温电缆的输出信号进行预处理，并转换成数字信号，依次送入DCS系统。数据采集系统为分布式网络结构，其测控节点现场就地安装，从而可节省大量的补偿导线。3.1 网络连接方案 网络连接有以下几种方案可供选择。 1)485直接连接 将所有的数据采集节点用一对485通信线连接起来，通信线再直接连接到DCS。这种连接方案，如果节点太多及考虑到通信的可靠性，需在网中配置一个中继器。如图5所示。 2)采用两端口以太网485串行网关连接 这种方案采用ADAM4570两端口以太网到 485串行数据网关