影响水煤浆气化炉单炉长周期运行因素的分析

2012年4月大氨脑第35卷第2期_Large Scale Nitrogenous Fetilizer Industryvol.35No.2影响水煤浆气化炉单炉长周期运行因素的分析粱志聪(中国石化茂名分公司,广东茂名525011)摘要:从原料煤性质、工艺操作、工艺烧嘴、水质等角度分析了影响水煤浆气化炉单炉长周期运行的因素,提出了延长水煤浆气化炉单炉长周期运行的措施。关键词:水煤浆气化炉 长周期1概述行成本。通常用灰熔点控制:1100C≤T4≤1350C,中国石化茂名分公司煤制氢装置采用GE公司灰熔点高,则气化炉操作温度高,操作温度每提高水煤浆加压气化技术，气化压力为6.5MPa，三系100C,单位产品合成气氧耗增加6%~7%,煤耗相列,两开一备,利用外购煤和炼厂副产的高硫石油应增加,同时耐火砖寿命缩短。焦为原料,有效合成气量为21104m2/h。粗合成气2.1.2灰渣 黏温特性的影响经耐硫变换、低温甲醇洗和甲烷化单元制取满足熔融灰渣的黏度是熔渣的物理特性，- -旦煤炼厂需要的工业氢气。的灰分组成确定,黏度主要受操作温度的影响。水GE公司水煤浆气化技术的工艺流程主要包括煤浆气化采用液态排渣，操作温度升高,灰渣黏度磨煤制浆、水煤浆加压气化、气化炉排渣系统、粗降低,有利于灰渣的流动,但灰渣黏度太低,炉砖合成气洗涤及黑水闪蒸、黑水处理等单元,采用水侵蚀剥落加快。温度偏低灰渣黏度升高,渣流动不激冷流程。水煤浆加压气化技术虽然工业应用多畅,容易堵塞渣口。只有在最佳操作温度下操作才年,但目前气化装置单炉运行周期仍然较短,通常能保证在炉砖表面形成-定厚度的灰渣保护层，气化炉投料开工后,在2~3个月后需按计划停炉更既延长炉砖寿命又不堵塞渣口。液态排渣气化炉换烧嘴,4~6个月后需按计划停炉检修，同时受到最佳操作温度视灰渣黏温特性而定，操作温度一其他非计划停炉因素的影响，制约了气化炉单炉般高于灰熔点50以上,熔渣黏度宜小于25Pa.s,的长周期运行。否则渣口容易堵塞。煤种不同,灰渣的黏温特性差异较大,黏温特2影晌水煤浆 气化炉单炉长周期运行因素分析性差的煤,则对应的气化操作温度区间窄,当操作2.1原料煤性质对气化炉单炉长周期运行的影响，温度偏离最佳值时,灰渣的黏度变化大,容易影响水煤浆气化工艺通常要求原料煤的灰熔点适炉壁挂渣及渣口的正常运行,当操作温度低时,容中、灰渣黏温特性好、低灰、低内水、高发热值、高易使渣口局部堵塞。挥发分和煤的成浆性好等。其中原料煤的灰熔点、2.1.3灰渣 的黏结特性的影响灰渣黏温特性和灰含量对气化装置的安全长周期水煤浆气化炉的排渣采用水激冷液态排渣,运行影响较大,重点对其分析。灰渣进人激冷室遇水凝固后利用重力流分离排2.1.1灰熔点的影响灰熔点高，对于液态排渣的气化炉要求操作收稿日期:2012-01-10;收到修改稿日期:2012- -03-19。温度高,使氧耗.煤耗增加;同时高温下操作会缩作者简介:梁志中国煤化工，2007年茂短烧嘴及耐火砖的使用寿命;使用高灰熔点煤,为名学院化学工程与YHE:茂名分公司煤制氢装置筹备组。cNMHGaghiog了降低气化炉操作温度,必须添加助熔剂,增加运.mmsh@sinopec.com。.1302012年第35卷放。灰渣凝结性好,则黑水中的细灰颗粒少,反之，全 长周期生产极其重要。则黑水中的细灰颗粒含量高,加重下游设备管线、2.2.2氧碳 比的影响仪表阀门的磨蚀与结垢。水煤浆气化工艺中，氧煤比是气化工艺的重2.1.4灰分 含量的影响要参数。控制合理的氧碳比的目的是控制气化炉将一定量的煤样在800 C的条件下完全燃烧,的反应温度,氧碳比的控制与煤种、排渣状况、合残余物即灰分，表明了煤中矿物质含量的大小。灰成气中有效气含量等因素密切相关，气化过程的分不直接参加气化反应，但却要消耗煤在氧化反氧碳原子比理论上约等于1.0。氧煤比与气化温度应中所产生的热,用于灰分的升温、熔化及转化，呈线性关系，气化温度随着氧煤比的提高而快速氧耗、煤耗增加。煤的灰分含量高,煤的总发热量上升。实际生产中，氧气流量或煤浆流量的波动均就越低。灰分的大量增加,不可避免地增加了炉渣会影响氧煤比和气化温度的波动，直接影响到耐的外运量;随炉渣排出的碳损耗量也必然增加,合火衬里和渣口的运行状况。成气产量降低;对耐火砖的侵蚀和磨损增加,还会2.3关键设备对气化炉单炉长周期运行的影响使黑水中固含量增加,加重黑水对管道、阀门、设2.3.1气化炉烧嘴的影响备的磨损;容易造成结垢堵塞现象。水煤浆气化炉烧嘴采用三通道气化烧嘴,中2.1.5煤中杂质的影响间通道走水煤浆,内部通道为一次氧气通道,外部1)氯含量的影响。煤中氯元素经气化反应后，通道为二次氧气通道，烧嘴头外部采用水冷盘管主要转移至水系统中，气化系统的氯离子对设备进行冷 却保护。管道,特别是不锈钢材质的设备管道造成腐蚀,因目前,烧嘴头的水冷盘管大多采用Inconel600此通过外排灰水量控制水系统的氣离子不超过设镍一铬-铁基固溶强化合金，具有良好的耐高温备管道的设计要求。从防止电化学防腐的角度考腐蚀和抗氧化性能;当烧嘴结构形式定型后,选用虑,要重点控制水系统的氯离子含量和pH值。通常碳化钨、硬质合金，如UMCo50和Hayness188等高原料煤中氯元素的质量含量不超过150x10*。强度耐磨材料,可以适当延长烧嘴使用寿命。2)氮含量的影响。煤种的氮含量主要影响合影响烧嘴寿命的主要原因:烧嘴头暴露在燃成气、水系统的氨含量和水系统的pH值。水系统的烧室中,高温热辐射使烧嘴产生热疲劳,金属强度氨含量高,黑水的pH值高,可减轻设备腐蚀,但管下降。水煤浆与氧气的混合物以较高的速度离开线结垢堵塞严重。可通过注碱提高水煤浆的pH值，烧嘴头部,线速度高达30~40m/s,高压及高速气流在pH值低的第一真空闪蒸罐 前注人氨含量高的补对烧嘴产生 冲刷磨蚀。气化炉内高温合成气中硫和充水,但要综合考虑灰水的pH值及灰水外排量。氢对烧嘴产生晶间腐蚀”。在上述因素的作用下，2.2 工艺操作对气化炉单炉长周期运行的影响烧嘴喷头部位容易出现喷头磨偏、龟裂现象。因2.2.1气化温 度的影响此,烧嘴是气化炉中最易损坏的部件,通常每隔2~气化反应温度是气化过程一个关键工艺参.3个月需停炉对烧嘴进行更换。图1是某气化装置数,气化操作温度的选择依据灰渣的黏温特性、耐烧嘴运行65 d后拆检的图片,从图1中可以看见烧火砖的性能、原料煤反应活性及冷煤气效率综合嘴的喷头部位出现龟裂现象。考虑。气化温度上限受到气化炉耐火材料的限制,下限受到灰熔点的限制。反应温度高,气化反应速度快,同时焦碳与水蒸气转化反应属于吸热反应,提高反应温度对其化学平衡有利。但反应温度过高,会极大地缩短气化炉内衬耐火砖的使用寿命,影响气化装置的长周期运行。通常水煤浆气化温图1某气化装 置烧嘴运行65 d后拆检图片度比煤的灰熔点温度高50C以上,当温度过低时,延长烧嘴使用寿命的主要措施:①烧嘴喷涂灰的流动性下降,严重时会引起气化炉渣口堵塞,耐磨中国煤化工5烧嘴高温耐磨性;通常水煤浆气化温度控制在1300~1400%。因此,②合玛YHCNMH G.粒度，选择过滤精维持煤质稳定并及时调整气化温度对气化装置安度合适的滚简筛,防止大颗粒对烧嘴的磨蚀;③气中国煤化工YHCNMH G132大氛肥2012年第35卷高。碳酸钙属微溶性盐,其溶解度不像--般盐类那2)选用灰熔点适中、灰渣黏温特性好、低灰的样,随着温度升高而升高,而是随着温度的升高而原料煤。降低。一旦光滑的表面上沉积了垢物,就会加速其3)尽量维持煤质稳定,原料煤定矿供应。进厂沉积,产生恶性循环,最后堵塞设备管线。在装置煤做好采样分析,分类堆放,做好标识,防止非预检修清堵中发现在黑水管线等高温部位出现大量期混煤。的块状垢物。4)适当增加外排水量,降低水系统的总硬度3.2 水煤浆气化装置水系统的离子平衡和氨氮浓度。在确保正常运行的前提下,减少仪表:表1某气化装置外排灰水与水质分析数据冲洗水量及机泵密封冲洗水量，系统补水宜选在时1气化负外排灰Ca2(以总硬度/氨氮/灰水除氧槽,改善除氧器及激冷水系统的水质。荷,% .水量/ CaCO,计)/(ug"g) (ug*g*)5)做好气化炉衬里制造安装质量的监控及检(t-h1) (ug"g')2010-01-12 82.050.0 1079.1 1 221.2 318.8查验收;生产中平稳控制氧碳比,做好壁温监控。2011-02-09 81.575.0736.3 845.9 261.36)加强高压煤浆泵的操作维护,合理设计滚灰水中钙镁离子、氮含量在水循环中处于动筒筛过滤精度以降低粗颗粒对隔膜软管磨损。态平衡状态,离子平衡主要由原料煤杂质含量、出7)对于氧阀、锁渣阀、合成气放空阀、黑水减装置的灰渣及合成气中杂质含量、助熔剂的加入压阀、煤浆电磁流量计等关键仪表，宜采购高质量量、各种补充水的杂质含量、外排灰水的流量等决的阀门,提高仪表运行的可靠性。定，调节循环灰水离子平衡最常用的方法是调节8)优化公用系统的操作。烧嘴冷却水换热器灰水外排量，增大外排灰水量有利于降低灰水的增加旁路;除氧器设置合理的防涡器以防垢物堵硬度、氨氮含量和pH值,从而降低水系统的结垢速塞防涡器;参照锅炉的排污原理,灰水除氧槽增加率。表1为某气化装置外排灰水量与水质分析数定期排污管,每天排污一次。据,从表1可以看出,该装置在煤种和生产负荷接9)新装置设计建设时,合理设计平面布置及近的情况下,外排灰水量由35 t/h提至50t/h,灰水配管。尽量避免管线出现液袋;合理布置激冷水泵的总硬度和氨氮含量下降明显，从两个时间段的的安装位置，减少激冷水管道的弯头数量及管线装置检修清堵情况看,2011年由于水质改善,管线长度;合理布置水系统备用设备的出人口管道及阀结垢程度减轻，激冷水过滤器和激冷环结垢堵塞门,减轻备用设备管线的积垢;在管线盲端或备用程度减轻，设备管线的结垢堵塞对装置长周期运管道上设置冲洗水线或排污线,定期冲洗或排污。行的影响程度下降。参考文献[1] 朱宏,孙卓庆,杨树青,等.新型气化炉工艺烧嘴使用经验总结[J]大氮肥,2007 ,30(4):277.4结论与建议1)针对烧嘴开展技术攻关，喷涂耐磨材料,提[2]邢晓凯,马重芳,陈永昌,等.溶液pH值对碳酸钙结垢的影响[].石油化工设备,2004,33(5):11.高喷头高温耐磨性;合理设计磨煤机及滚筒筛以[3] 林海波,罗玉梅,李建明，等.换热器的结垢和清洗[J].四川降低煤浆粒度。理工学院学报,2006, 19(1):11.ANALYSIS ON FACTORS AFFECTING A LONG- -CYCLE RUNNINGOF SINGLE CWS GASIFIERLiang Zhicong(SINOPEC Maoming Branch , Maoming 525011)Abstract:The factors affecting a long - cycle running of single CWS gasifier are analyzed from theangles of the nature of feed coal , process operation , process burners and water quality and measures forextending a long- ecycle running of single CWS gasifier put forw中国煤化工Key words :coal-water slury ;gasifer ;long- -cycle runnI YHCNM HG.