鲁南化肥厂应用德士古水煤浆加压气化技术10年回顾

1、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

2、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引右的水煤浆，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 C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

3、，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 C，湿煤 气主要含有 CO、2、2、20、 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

4、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（可选用国产天山系列金 趁修补剂尚未硬化前放 。笔者用此法消除过多较困难。对此，可根据

5、泄漏处的温度选用耐温不同的金属修补剂 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， 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 处漏点，从未失败过。4 结语，切莫“头痛医头、注重把好设计关，将事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 脚痛医脚”，一定要找到问题的主要原因“对症下药”。尤其应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 %。(

6、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 196t 。 (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

7、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 C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

8、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11994-2010China Acade

9、mic JournalElectronic Publishing House. All rightsreserved.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

10、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。

11、（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194204 C，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 、

12、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

13、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

14、。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

15、 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. 34. 5. 6. 7.高压灰水泵真空闪蒸分离

16、罐8. 10.压力闪蒸分离罐1994-2010 China AcademicJournalElectronicPublishing House.All rightsreserved.小氮肥 2004年 1期第192. 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

17、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、荼系列等，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

18、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铭耐火砖用于德士古水煤浆加压气化方面运行时间已超