GSP干煤粉气化技术的应用及优化

第40卷第21期2012年11月s.Chemical Industry州化工Vol 40 No 21November 2012生产技术GSP干煤粉气化技术的应用及优化陈鹏程,王婷(神华宁夏煤业集团有限责任公司煤炭化学工业分公司,宁夏银川750001)摘要:主要论述了CSP气化技术在试车以来出现的诸多工艺问题,通过三个阶段的不断技术改造和优化,解决了气化烧嘴点火故障、煤粉流量波动、管道设备磨损及粗煤气带灰含大等一系列问题,逐渐使气化装置实现了满负荷、长周期稳定运行。关键词:GSP气化技术;试车;改造中图分类号:TQ5462文献标识码:B文章编号:1001-9677(2012)21-0136-03Application and Optimization of Dry PulverizedCoal Gasification Technology for GsPCHEN Peng-cheng, WANG TingShenhua Ningxia Coal Industry Group Co., Ltd., Ningxia Yinchuan 750001, China)Abstract Some process problems of GsP gasification technology since commission were discussed. After three stagescontinuous modification and optimization, most of problems such as failure of pilot burner ignition, coal mass flow fluctua-tion, piping and equipment erosion and dust entrainment in raw syngas were solved. Currently, the gasification systemgradually achieved full load and stable operation situationKey words: GSP gasification technology; commissioning; modification神华宁夏煤业集团50万吨/年煤基烯烃项目釆用我国乃至(3)开、停车操作方便,且时间短:从冷态到满负荷约2h世界上第一套商业化运行的GSP干粉煤加压气化流程,该项目(4)操作弹性大:负荷70%~110%,设备使用寿命长和于2008年开工建设,2010年9月30日机械竣工,2010年底五维护费用低。台气化炉全部投料试车成功。(5)自动化水平高:整个系统操作简单,安全可靠由于GSP气化技术首次工业化应用,试车以来出现了很多(6)对环境影响小:无有害气体排放,污水排放量小,炉工艺问题,经过三个阶段的技术改造优化,相关问题已得以解渣不含有害物质,可做建筑原料。决,装置实现满负荷稳定运行。CSP气化技术首套大规模气化1.2GSP气化装置运行情况项目示范装置运行成功,标志着洁净煤气化技术在国内又多了2010年10月~12月原始试车期间,气化炉单炉连续运行一条成功的技术路线。时间最长不超过2小时,直到2010年年底最长运行63h。主要1GSP气化技术应用情况问题是煤粉流量波动大、点火系统不灵敏等,系统不稳定。2011年上半年技改消缺后,气化装置运行逐步趋于稳定1.1GSP气化技术特点从2011年4月15日装置开工起,单炉运行时间稳步提升,截GSP气化技术采用干粉进煤的方式,具有很强的煤种适应止2011年底单炉最长连续运行76小时。单炉最低投料负荷达性,从较差的褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤到石油焦均可使75%,最高运行负荷已达到10%,系统基本保持3台炉运行。用。由此,在煤气化过程中,炭转化率得到很大提高,达到系统之所以运行周期短,主要问题是由于合成气含尘量超标造98%~99%,合成气中有效成分CO和H2含量高达90%以上成变换原料气预热器堵和文丘里洗涤系统阀门磨损,被迫停车并且降低了氧气的消耗量,因此CSP气化技术将是煤化工发展检修的主要选择之一山2012年6~7月份停车改造后,实现了四台炉稳定运行,GSP气化技术的特点有2-4:总负荷达到系统负荷的110%。单炉有效气产能达到15.5万(1)煤种适应性强:可以气化高灰熔点的煤,对煤种的适Nm3/h(设计值13万Nm/h);粗煤气有效气含量为90%应性更为广泛,从较差的褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤到石油中国煤化工土古炉(75%-80%)焦均可气化,也可以用多种煤掺烧和四喷嘴炉CNMHG2)技术指标优越:温度1350-1750℃,碳转化率9%,2存在的问题及技术优化改造CH4<0.05%(V),CO+H2>90%,不含重烃,冷煤气效率达80%(依煤种有所不同)以上,氧耗低,煤耗低从原始开车至2012年7月,气化装置已完成三个阶段的技方搪陈鹏程(1982-),男,工学学士学位,助理工程师,主要从事煤化工气化工艺技术及管理工作。第40卷第21期陈鹏程等:GSP干煤粉气化技术的应用及优化137术优化和改造,彻底解决了系统存在的瓶颈问题,实现了气化为25°,煤粉喷入角度从基于中心线70°改为大约50°,改变了装置安稳长满优运行。火焰形状,减小氧气和煤粉的螺旋混合强度,减缓对水冷壁上2.1第一阶段部的冲刷;③控制主烧嘴氧煤比开车值,避免主烧嘴氧煤比波主要问题动,造成系统短时间过氧;④调整气化用煤质,开车初期使用(1)点火烧嘴故障频繁。点火烧嘴点火成功率低,经常拨更利于挂渣的煤种,改善气化炉挂渣效果。点火枪进行点火试验,每次拔点火枪做点火试验需要花费4h(4)针对煤粉输送系统特殊件问题,请有经验的厂家对特左右,影响系统开车。殊元件进行测绘,更换材质,在疏松元件头部增加防护挡板(2)气化炉投煤不稳定,煤粉流量波动大。GSP原设计煤并将其长度适当加长,使其与容器内壁平齐。改造后的特殊元粉流量是利用给料容器与气化炉之间的压差进行控制,且压差件大大延长了使用寿命,降低了成本,煤粉流量更加稳定。较小,主烧嘴投料时系统压差调整太慢,在投料成功后煤粉流第一阶段改造之后,2010年12月底实现两台炉同时运行量波动很大,系统难以自己调整,主烧嘴跳车频繁63h,为全厂工艺流程打通奠定了基础。(3)水冷壁烧损。由于水冷壁捣打料强度不够,加之开车2.2第二阶段初期气化炉挂渣效果不佳、3条煤粉管线形成偏喷、烧嘴火焰2.2.1主要问题宽度偏大、系统短时间过氧等原因,曾出现过1台炉水冷壁局(1)文丘里洗涤后含固量高的洗涤水返回激冷水系统循环部盘管烧穿,抓钉大面积烧损情况使用,造成激冷水回含量不断增大,阀门短时间内出现磨损(4)煤粉输送系统特殊件脆弱。西门子原设计锁斗疏松系统因此频繁停车,201l年共发生手动阀门磨穿20余次件、给料器疏松元件、流化板采用合成树脂粘合的卵石过滤器(2)合成气含尘量高,一、二级文丘里分离罐排液不畅,材料制成,属实验工厂直接放大到大规模工业化应用,导致放合成气洗涤系统运行不佳,导致后系统堵塞严重,2011年气化大后不能满足实际生产需要,脱落的疏松件进入煤粉管线导致装置因变换系统堵塞停车抢修6次。煤粉管线堵塞。2改造措施2.1.2改造措施(1)改造文丘里洗涤系统流程,将文丘里洗涤水开路控(1)烧嘴点火问题处理。试车初期LPG热值达不到要求,制。将两级文丘里洗涤后的激冷水不再直接送往激冷水罐,而改用天然气进行点火,点火成功后切换为LPG升压,最终利用直接送至旁路闪蒸系统进行灰水闪蒸、澄清处理。处理后的文LPG点燃主烧嘴。另外对点火烧嘴结构进行了改造,点火问题丘里洗涤水由循环水泵加压送至激冷水罐。流程改造后,激冷已经解决。水水质明显改善,系统阀门、机泵使用寿命延长。(2)气化炉投煤流量波动问题处理。对煤粉进料管线进行(2)合成气含尘量高问题处理措施。改造,在3根煤粉进料管线上分别加装流量控制角阀及回流管对于合成气含尘量高的问题,进行了很多小的优化和技线,将压差控制改为流量控制。回流管线使煤粉在没有进入气改,如对激冷室液位计、文丘里分离罐液位计实施防堵改造化炉之前通过三通阀返回到低压煤粉仓,在回流装置上增加了对文丘里分离罐内件及出口管线进行改造,减缓罐底堵渣、排减压装置,同时在减压装置前增加了背压阀,在煤粉循环时提水不畅问题;对激冷室粗合成气出口挡板及喷头改造,尽量避高煤粉管线的压力和气化炉的压力相同,投料时三通阀切至气免大颗粒灰渣带入文丘里洗涤系统等等。最主要的优化措施是化炉方向即可,这样可以保证投料时煤粉不会有大的波动。增对原料气分离罐进行了改造,即去除原料气分离罐丝网除沫加回流管线的另一个目的是为了防止投料前煤粉结块造成投料器,改为在顶部增加三块泡罩塔时锁斗进料和泄料不畅通,最终煤粉给料不足导致跳车。改造后,含尘量明显降低,由改造前的10mg/m3L以上减(3)水冷壁烧损后工艺调整措施。①增加水冷壁循环水小到5mg/m3L以下,见表1。但是由于CSP炉产生的细灰远比量,由原设计的167th提高至300th;②对氧气旋风罩角度设计高,带灰渣问题没有实现根本性解决。及煤粉喷入角度进行修改优化,氧气旋风罩角度由33°最终改表1改造前后合成气含尘量对比(mg/m3L)3#炉4#炉改造前2011年8月3日~9月11日16.512.6平均值2011年9月25日-11月1日2.612.81改造后平均值2011年11月10日-11月16日2.56平均值2.3第三阶段不好,激冷室出口合成气带灰渣量较大,造成文丘里洗涤系统2.3.1主要问题洗涤分离后洗涤水中固含量高,导致排液管线堵塞、阀门磨通过前两个阶段的技术优化改造,气化装置运行逐步趋损,装置停车数次好,但以下几个瓶颈问题仍然严重制约装置满负荷、长周期、(3)黑水旁路闪蒸使用后磨损及堵塞问题突出。旁路闪蒸安全运行。系统采用先冷却后闪蒸中国煤化工动力,实质(1)合成气含尘量还远未达到小于设计的1mg/m3L,导为减压过程,无法实CNMHG水开路控制致变换系统粗合成气加热器、变换保护床堵塞的问题未得到根后,借用了旁路闪蒸系玩木取是仃具,兀厅暴露出了旁本性解决。路闪蒸容易堵塞和磨损的问题。实际运行过程中,因为细灰含量大,气化炉激冷室的除渣效果米,在第二阶段改造时就开始着手论证第三阶段长期技(2)GSP气化炉激冷室采用喷嘴进行激冷降温除灰渣,在因(下转第140页)州化工2012年11月减少气液接触时间可以减少对气体组分的吸收,我们适续表9当降低了胺液人塔位置。结果显示该方法对提高湿净化气中的51311930.6837.937.6第18层2.40CO2含量有效。结果如表7和表8所示。51301920.6837.537.8第18层2.302工艺优化结果平均值131.41930.6837.537.62.55通过以上实验,我们适当提高气液比至0.68左右,将胺我们将优化后的工艺参数应用到联合装置上,应用结果如液入塔位置降低到第14层,原料气入塔温度控制在38℃左表9所示。右,胺液入二级吸收塔温度38℃左右。通过对表9进行分析,可以看出湿净化气中CO2含量由0.95%提高到了2.55%,效果显著3工艺优化结果在装置上的应用参考文献表9优化后相关工艺参数1]吴基荣,毛红艳高含硫天然气净化新工艺技术在普光气田的应用Table9 After optimization of process parameters[J].天然气工业,2011,31(5):99-102[2]原青民,苏建华,唐蒙,等,GB17820-1999,.天然气[S].中国:中国数起原料气塔胺液气液比胺液入气体人胺液二级吸收二级吸收标准出版社,2000-03-01塔出口选取点/(kNm(kNm3塔温度塔温度人塔[3]黄景梁.用胺液选择性脱硫[冂].化肥设计,1984(5):80-84A)环量A胺液)/℃℃层数O含量[4] D Law. New MDEA Design in Gas Plant Improves Sweetening, Reduces/(Uh)CO2[J]. Oil Gas,1994,92(35):83-8532 193 0. 68 37. 4 37.6 45 18H 2.81 [5] D H. Mackenzie et al. Design and Operation of A Selective Sweetening1331920.6937.537.7第18层2.73Plant[J. Using MDEA, 1987, 7(1): 31-361311910.6937.337.4第18层2.52[6]王开岳.天然气净化工艺一脱硫脱碳、脱水、硫磺回收及尾气处理[M].北京:石油工业出版社,2005:58-66(上接第137页)2.3.2改造措施远高于德士古和四喷嘴气化炉{1(1)进变换原料气预热器前增加气液分离罐,达到气液分(2)GSP气化炉从冷备到具备投煤条件时间短,仅需2h,离及除尘效果,减少原料气换热器堵塞。主烧嘴停车后30min内可实现连投;而德士古气化炉由冷备到(2)在气化炉合成气出口增加鼓泡塔,实现对合成气粗洗具备投煤条件至少需要24h,主烧嘴停车后连投最短需2h目的,对合成气中粗颗粒和灰分进行洗涤分离。)自动化程度高,全部开停车过程在中控室操作;而德(3)在现有原料气分离罐上部再增加3层塔盘,将原料气士古和四喷嘴气化炉开停车现场操作工作量较大。分离罐改为“洗涤塔”,强化精洗过程(4)GSP炉激冷流程,省去了SHFL炉废锅的高昂投资,(4)将现有洗涤水流程改为澄清处理后的高压循环水→文且密相输送系统较 SHELL更稳定5;CSP技术突出的特点在于丘里→原料气分离罐→鼓泡塔→闪蒸系统,减少系统磨损。耗氧低,有效气成份比水煤浆炉高10%以上。(5)对现有旁路闪蒸系统进行改造,采用单管程换热器,尽量避免管道袋型,防止堵塞;由于增加鼓泡塔后水量增加参考文献200t/h,配套增加了1套澄清槽。[1]任光煤制甲醇过程中煤气化技术的选取[].同煤科技,2010(2)(6)进变换原料气预热器增加静态混合器,提高冷侧合成温度,降低换热器冷热端温度差,防止换热管结垢堵塞。[2]许世森,张东亮,等.大规模煤气化技术[M].北京:化学工业出版经过改造优化后,气化炉已实现四开一备运行目标,合成社,2006:273-276气含尘量降到0.5mg/m3L以下,截至2012年8月26日不算正[3]唐宏青.CSP工艺技术[].中氮肥,2005(3):13-18常倒炉四炉连续运行673h(技改前四炉运行最长37h),日产[4]北京索斯泰克煤气化技术有限公司,GSP煤气化技术的应用[J化肥工业,2005,33(3):5-9甲醇量连续超过500td的设计产量,最高已突破日产5500t[5]沈湘林熊源泉煤粉加压密相输送实验研究[J.中国电机工程学报,2005(12):24-253GSP气化炉运行总结(Ⅰ)GSP炉气化效率、碳转化率高,粗煤气中有效气含量中国煤化工CNMHG