多喷嘴对置式水煤浆气化技术应用总结

2012年12月化肥工业多喷嘴对置式水煤浆气化技术应用总结李福文,孙化祥,丰中田新能凤凰<滕州>能源有限公司山东滕州277527)摘要总结了多喷嘴对置式水煤浆气化炉从开车至今近3年的运行情况。通过加强对原料煤的管理、优化气化炉操作条件,为气化炉的长周期稳定运行奠定了基础。气化装置运行200d后,气体洗涤设备(水洗塔)、黑水处理设备(蒸发热水塔)等主要设备内件无结垢现象,仅在填料表面有轻微结垢,不影响继续生产。介绍了气化装置在运行过程中出现的闪蒸角阀后管线磨损以及运转设备中存在的问题,分析其原因并采取相应的技改措施,取得了满意的效果。关键词多喷嘴水煤浆气化炉应用总结Sum-Up of Use of Technology of Multi-NozzleOpposed Coal-Water Slurry GasificationLi Fuwen, Sun Huaxiang, Feng Zhongtian( Xinneng Fenghuang Tengzhou Energy Source Co., Ltd. Shandong Tengzhou 277527)Abstract The multi-nozzle opposed coal-water slurry gasifier has been in operation for nearl3 years since its startup, and a sum-up is made By tightening the management of feed coal andoptimizing the operating conditions of the gasifier, a foundation is laid for the long-period stableoperation of the gasifier. After the operation of the gasifier for 200 days, no scale is found in themain equipment internals like gas washing equipment (water scrubber)and black water treatmentequipment(evaporative hot water column), but only light scale has formed on the packing surfacewithout hindering continued production. In the course of operation of the gasifier, wear and tear infound in the pipeline after the flash angle valve, and problems are in the equipment in operation. Thecauses are analyzed, and relevant revamp measures are adopted, with satisfactory resultsKeywords multi-nozzle coal-water slurry gasifier use sum-up新能凤凰(滕州)能源有限公司一期360k/a200年12月17日02:20气化炉一次投料成功4h甲醇项目于2006年7月20日开工建设,配套生后生产出合格的产品,进入试生产阶段。产工序包括4200m3h空分装置1套、140t/h第3台气化炉(二期工程)于2010年10月开锅炉2套及气化、净化、合成等。制气釆用多喷嘴始施工建设,日投煤量1500t。201l年9月28日对置式水煤浆加压气化工艺,甲醇合成采用等压22:00,第3台气化炉一次投料成功。2012年低温合成工艺,净化采用低温甲醇洗工艺和部分3月28日13:00,二期工程空分装置调试完成,气变换加配气技术。气化装置自2009年12月一次化工段实现双炉运行,生产流程全线打通,装置具开车成功以来,目前已达到100%的设计负荷,单备720kta甲醇生广能力。2012年4月5日炉产气量可平均日产甲醇1070t。期工程实现了100%设计负荷运行。1装置简介2原料煤使用情况气化装置一期工程设计安装2台气化炉(1开气化装置原设计使用当地兖矿北宿煤为原1备),单炉投煤量1500td,设计压力6.5MPa料,由于装置投运后北宿煤原料紧缺,决定外购陕THCNWIHT化肥工业第39卷第6期西神木和内蒙古王家塔两地原料煤。为提高气化800装置的运行效率和稳定性,在华东理工大学的协700助下,对生产所用混煤的灰渣黏温特性开展了试600500验研究和分析。2.1原料煤黏温特性试验为掌握不同煤种灰渣的黏温特性,对神木煤200和王家塔煤分别进行了单独和混合分析。神木煤0和王家塔煤的煤质分析见表1,神木煤、王家塔煤12801300132013401360138014001420温度/℃以及神木煤:王家塔煤=1:1的黏温特性曲线分别图3神木煤:王家塔煤=11黏温特性曲线见图1、图2和图3时,气化温度应控制在1410℃,不宜采用。经过表1神木煤和王家塔煤的煤质分析对掺混煤种配比的调整,得到了灰渣流动性好、操项目神木煤王家塔煤作温度范围较宽(操作温度<1350℃)的神木煤全水分/%(质量分数)13.4013.4022.6021.80分析水/%(质量分数和玊家塔煤混煤。不同配比下神木煤与王家塔煤3.464.1711.7110.32灰分/%(质量分数)7.106.823.704.39混煤的灰熔点见图4挥发分/%(质量分数)35.0735.5128.7628.421300硫含量/%(质量分数0.680.660.350.461250固定碳%(质量分数)54.3753.5055.8356.87发热量/(J·g-1)54852578222125213721200灰熔点/℃1105110611401220160l100140105010001:03:13:23:32:31:30:1神木煤:王家塔煤图4不同配比下神木煤与王家塔煤混煤的灰熔点在实际操作中,根据神木煤与王家塔煤配比后的煤灰熔点数据,结合其灰渣的黏温特性曲线130013201340136013801400142014401460148015001520可确定气化炉的操作温度温度/℃图1神木煤黏温特性曲线2.2成浆试验由于王家塔煤的内水质量分数最高达13%,因此对配比后的混煤进行成浆试验。以造纸废液300需250为添加剂,用量为1.5%o(质量分数)。不同配比s200下的混煤成浆性能见表2。表2不同配比下的混煤成浆性能100神木煤:煤浆浓度/%黏度稳定性王家塔煤(质量分数)(mPa·s)中量软沉,少量析水1100115012001250130013501401450温度/℃59.10898中量软沉,少量析水图2王家塔煤黏温特性曲线2:158.801058少量软沉,中量析水从分析结果看:神木煤的灰熔点不高,适合应从表2数据可知:配煤能够提高煤浆的浓度用于气流床气化炉,但灰渣的黏温特性曲线并不有利于气化炉的运行。理想,其流动性较差;当熔渣的黏度在25Pa·s根据试验结果,在实际操作中,先采用神木中国落T2012年12月李福文等:多喷嘴对置式水煤浆气化技术应用总结煤:王家塔煤=1:1的混煤作为气化用煤。在生产100)×100,pH<8.3,灰水浊度≤50NTU(正常稳定运行阶段,对配煤比例进行了多次调整;针对情况下,控制在25NTU左右)。不同的配煤比例,操作中适时调整氧煤比,以保证气化炉能较为稳定地运行。从气化炉实际运行情4运行情况况看,在煤的黏温特性合适的情况下,气化炉用煤4.1设备内结垢情况的适应性较宽,通过配煤可以拓宽原料煤种。利用气化炉运行200d内的3次开停车机会2.3稳定控制煤浆浓度进行检查,结果发现:水洗塔内的泡罩完好,无结气化装置稳定运行的前提是煤浆浓度的稳垢现象;蒸发热水塔内填料仅有轻微的结垢现象,定,严格控制煤浆浓度的相对稳定,能为气化炉的结合近期运行数据判断,填料的热传递效率正常,稳定操作创造条件。以2012年7月为例(图5),无需处理,可继续使用。根据设备内的结垢情况,平均入炉煤浆质量分数61.01%,最高61.50%,表明对灰水水质的控制是有效的。最低60.50%,煤浆浓度控制相对稳定。4.2耐火砖使用情况最高值从开车至2012年7月,气化炉耐火砖累计运最低值行时间已达10000h,期间曾更换渣口砖1次、烧尔悔8嘴室向火面砖2次。从入炉检查情况看,筒体砖状况较完好。目前,系统运行负荷达到100%,气化炉表面温度平均约为243℃,最高260℃。实际运行情况表明:从耐火砖的使用寿命方面更能体现出多喷嘴气化炉长周期运行优势。4.3碳利用率高510日15日20日25日30日由于多喷嘴对置式气化炉的喷嘴雾化效果日期好、炉内流场配置合理,有效延长了碳在气化室的图52012年7月入炉煤浆浓度控制情况停留时间,使碳的反应时间延长,有利于提高煤的3气化炉压力及水质控制转化率。多喷嘴对置式结构能产生复杂的气化反应流场,气体间碰撞概率增大,使气化反应充分,3.1气化炉压力控制气体中CO2含量下降,合成气中有效成分增加。多喷嘴对置式水煤浆气化炉为水平对置式撞出口合成气中含有效气体积分数平均在82.8%击炉型,为了保证烧嘴有较好的雾化效果、延长拱优化控制后可达83.0%以上,吨甲醇耗原料煤顶耐火砖的使用寿命,根据烧嘴的雾化条件及燃1.41t。2012年7月气化炉平均运行数据见表3。烧室气化反应的流场特点,气化炉在不同操作压表32012年7月气化炉平均运行数据力下须有相应的负荷。通过控制气化炉的压力、煤浆浓度/%煤浆流量/主要气体成分/%(体积分数负荷,控制烧嘴雾化时的氧气流速。针对实际运质量分数)(m3h-1)COoH2CO2CH4行情况,烧嘴的氧气流速控制在~125m/s。61.245.237.616.50.13.2系统水质控制气化反应生成的CO2溶于灰水后形成HCO5存在问题与处理和CO3;在温度较高的条件下,促使HCO3和5.1闪蒸角阀后管线磨损问题CO2与灰水中的Ca2+反应生成CaCO3;当溶液气化炉、旋风分离器、水洗塔排出的6.4MPa达到饱和状态、灰水温度降低时,CaCO3析出,在黑水经角阀减压后进入蒸发热水塔(0.8MPa),水流速度降低处形成结垢。因此,黑水的处理在压差达到5.6MPa。由于黑水的温度为215℃,激冷式水煤浆气化流程中是一个重要的环节,絮减压至0.8MPa后,黑水迅速汽化转变为蒸汽,体凝剂、阻垢剂的添加量及排污是工艺控制的主要积迅速膨大,角阀减压后的黑水流速增大,其中夹指标。目前,控制水中含阻垢剂质量分数(80(下转第5页)中国落T2012年12月李传勇等:水煤浆加压气化炉创新烘炉方式探讨的情况下,将造成气化炉检修后无烘炉原料,因(3)低温柴油预热烧嘴试烧非常成功,从常此,研发低温柴油烧嘴成为必须的课题温升至1100℃期间的温控过程良好,温度升至2.1设计思路400℃可停供液化气,液化气用量共130kg,具有柴油的熔点-18℃,相对密度0.87~0.90,很好的经济效益沸点282~338℃,闪点38℃,引燃温度257℃。2.3柴油低温预热烧嘴的意义气化炉在低温区使用柴油直接烘炉,必须在燃点(1)填补了柴油烧嘴在低温区进行烘炉的国温度和烧嘴结构两方面着手内技术空白,为气化炉增添了新的烘炉方式。(1)增加液化气伴热,使预热烧嘴雾化区温(2)直接经济收益显著。与停车期间(26d)度达到257℃以上,便于柴油点燃并燃烧。备用气化炉釆用柴油一直保持恒温(消耗柴油(2)低温柴油烧嘴釆用双通道,喷头内结构250kgh)相比,釆用低温柴油烧嘴烘炉可节省柴为旋流通道设计,喷孔设计为梯形结构,使得柴油油费用113.40万元、蒸汽费用2.68万元、动设雾化颗粒变小,增强雾化效果。备(P0704,17.4kW)运行费用0.53万元。(3)液化气管道增设防止回火的阻火器;柴(3)气化炉运行模式为2开1备,气化炉运油管道增设过滤器,防止杂质堵塞烧嘴喷头行周期2个月,在正常情况下,每月备用炉恒温时2.2低温柴油烧嘴试烧的CO用量在200-400m3/h(标态),采用低温柴(1)低温柴油烧嘴设计数据见表1油烧嘴烘炉节省的CO增产的MDⅠ折合年收益为表1低温柴油烧嘴设计数据1920万元(营业额收入)。外径/孔径/喷孔数′通道长度/腔室长度/雾化角材质3结语mmrEmimm521.305645°304侧面烘炉减轻了对封堵砖的损害,低温柴油(2)从冷态雾化试验的雾化效果看,雾化初烧嘴烘炉具有极高的经济效益和便捷的操作性,期压缩空气和柴油比例调整存在难度,后期雾化2种新的烘炉方式丰富了水煤浆加压气化炉的烘效果很好,因此,点火温控需要逐步掌握压缩空气炉手段。与柴油比例的数据。(收稿日期2012-10-12)(上接第3页)SCZ250-100×8。在运行期间,泵的振动幅度在带的细灰颗粒随之加速。快速流动的细灰颗粒在3d内从0.015mm增大至0.300mm,泵出口压动力的作用下,对角阀底部盲板造成冲击;在入热力由运行初期的8.5MPa逐步下降至70MPa,水塔的三通处,由于惯性作用,细灰颗粒对三通下泵出口流量从200m2/h降至180m3/h;随着泵的部造成冲击。为保证系统长周期运行,在角阀正振动幅度增大,机封开始泄漏,被迫倒泵检修。根下方的盲板上增设1块厚30mm的钢板,每次检据运行数据分析、判断,泵中间轴套安装在相邻的修时进行检查,发现磨损比较严重时立即更换;2个反向靠近的叶轮中间,中间套安装在吐出段通更换为耐磨材料。采取上述措施后,经1年的上,与中间轴套形成微小间隙,间隙两侧存在反向运行,未再出现磨损较大的问题。叶轮间的压差。水夹带颗粒从中间轴套间隙窜至5.2运转设备的问题低压,从而对中间轴套造成磨损,使中间轴套与泵澄清槽底流泵设计采用离心泵,在运行过程轴的间隙增大。由于泵轴中间失去支撑,在泵轴中,由于输送介质含固量较高,泵壳及叶轮磨损较硬度不足的情况下发生颤动,最终导致泵运行情快。为了减少设备损坏、延长设备运行周期,考虑况逐步恶化。为防止泵中间轴套被水流冲刷,在到是因灰水流速高带动颗粒引起磨损,在技改时中间增设高压密封水,阻止水的反串,同时提高泵将电机改为变速电机,以降低灰水流速,减少流体轴的硬度。改造后,热水泵在系统运行1年多的对泵的磨损。从运行情况看,技改效果较好。时间内未再出现类似问题。高温热水泵采用自平衡多级离心泵,型号(收稿日期2012-10-12)中国落T