粉煤气化技术用于500 kt／a合成氨项目总结

化工设计通讯第40卷第2期，34●Chemical Engineering Design Communications2014年4月粉煤气化技术用于500kt/a合成氨项目总结宋玉国，张庆忠(兖矿新疆煤化工有限公司，新疆乌鲁木齐830011)摘要:介绍贵州开阳 500 kt/a合成氨装置气化技术的特点，工艺流程，以及装置的开车及试生产情况。关键词: 500kt/a 合成氨;顶喷式干煤粉气化;运行中图分类号: TQ113. 26文献标志码: B文章编号: 1003-6490(2014 )02-0034-04Operation of Dry Pulverized Coal Gasification Process in the 500 kt Ammonia PlantSONG Yu-guo ,ZHA NG Qing-zhong( Y ancon Xinjiang Coal Chemical Industry Co .,Ltd .. Urumqi Xinjang 830011 ,China)Abstract :Describe the gasification technology features , process，the unit start-up and trialproduction in Kaiyang 500 kt/a ammonia plant .Key words 500 kt/a ammonia ; top spraying dry pulverized coal gasification ; operation贵州开阳500 kt/a合成氨项目是大型煤化工占地2136亩，于2010年底开工建设，2012年6项目。该项目由兖矿集团与贵州开磷集团共同投月完成建设安装，进入试运行阶段。资建设，是国家批准的贵阳煤磷化工(国家)生态本项目由中国天辰化学工程公司负责总体设工业示范基地重点项目，总投资43亿元人民币，计， 多家化建公司参与建设。由于地质条件和原收稿日期: 2014-01-08作者简介:宋玉国(1971-)， 男，山东滕州人，助理工程师，现从事生产技术管理工作。响热井液位。由于疏水系统属于负压区,若磁翻板液位计(2)对冷凝水泵出口调节阀气源、阀位开关法兰密封面存在泄漏，空气会吸人，会影响磁翻情况进行检查，确认正常,排除了冷凝水泵出口板液位计的浮子正常位置，造成液位计显示波调节阀故障影响热井液位。动，热井液位随之波动，而一旦法兰面密封效果(3)联系调度检查冷凝液管网管路是否畅不好又不容易发现。知道了问题的原因，立即停通，阀门开度是否到达要求，出水量是否正常。掉备用运行的冷凝水泵，进、回水液位改为手动确认运行正常，排除了冷凝液管网压力过高或不控制 ;对液位计法兰面进行紧固，并涂抹黄油密畅通影响热井液位。封，直至10 :.00液位稳定正常。(4)对液位变送器进行检查。本热井设置两3结语个液位计，磁翻板液位计和玻璃板液位计，热井液位测定由磁翻板液位计传输信号至主控室，正本次对汽轮机调速系统和冷凝系统消缺优化常情况下玻璃板液位计显示水位应该和磁翻板液后。压缩机可以满负荷运行，汽轮机运行转数稳位计显示-致。但是巡检人员到达现场对比两个欠中国煤化工，一个小小的杂质就液位计，发现玻璃板液位计液位持续下降，磁翻THCNMH法兰面泄漏就会引起液板液位计剧烈波动。因此造成液位剧烈波动的根位的波动。化工生产的特殊性要求我们防微杜本原因是磁翻板液位计失灵，而当备用冷凝水泵渐，细节决定成败。另外，密切结合现场实际，自启动后水位迅速下降，玻璃板液位计显示的才多方面、多专业、多角度考虑问题，只有多增进是真实的热井液位。学科间的融合才能更好地解决各种故障和难题。第2期宋玉国等:粉煤气化技术用于500kt/a合成氨项目总结●35●始地貌复杂，场平、地基处理、基础与框架施工和设计改造，最终确定设计方案。装置于2010难度大，增加了项目投资，对工程项目的进展影年底开工建设，2012 年6月完成建设安装。设响较大。整个厂区生产装置分布在三个台阶上，计年操作时间8000h,设计单台气化炉满负荷运第一台阶为空分、热电，标高1 178m，第二个行有效气产量为7X10' m3 /h。台阶布置气化、净化、合成，标高1170m,第该气化装置包括磨煤干燥、煤粉供料、气三个台阶为公用工程及生产辅助设施，标高化、合成气初步净化、含渣水处理等工序。粉煤1157 m。制备为常规成熟技术;煤粉供料系统采用兖矿集空分装置由法液空成套提供，供氧能力6X团干煤粉中试技术;开阳气化炉的上半部分，即10* m3 /h,气化采用引进科林气化技术基础上再气化室，采用科林技术并加以创新改造;气化炉经过开发创新的开阳炉(3+ 1顶喷式干煤粉加压的下半部分，即激冷室及其后面的粗合成气初步气流床气化技术)、合成气净化采用耐硫变换、净化和渣水处理工序为成熟的自主产权技术。大连理工大学低温甲醇洗,合成气精制采用杭州在设备加工制造方面，气化装置的国产化率中泰的液氮洗工艺，氨合成采用瑞士卡萨利中压很高;除烧嘴为国外制造(现已国产化),其余设氨合成技术。硫回收采用荷兰荷丰超级克劳斯工备均国产化。艺。在煤气化技术的选择上，贵州开阳进行了多2工艺流程方调研。为适应贵州煤灰分高、灰熔点高、煤矿工艺流程如图1。由磨煤干燥单元制备的合小而分布广的煤种特点，同时也为自主知识产权格煤粉存于常压粉仓。粉仓内的煤粉通过三个煤粉煤气化技术工业示范项目积累工程经验，确定粉锁斗向- 一个发料罐供料。发料罐设有三路煤粉引进原德国科林公司的粉煤气化技术燃烧室部分管线，分别对应于气化炉顶部的三个工艺烧嘴,并进行创新，在引进合同中约定所有创新技术归向气化炉供料。在气化炉顶部中心位置还设有一兖矿集团拥有。在技术调研评估期间，认识到若个具有点火、开工及长明火功能的烧嘴。该烧嘴采用科林气化技术的合成气激冷洗涤及渣水处理的点火开工原料为LPG和纯氧，在三个工艺烧嘴单元风险过高，因此选择了具有自主知识产权、投用后该烧嘴原料适当减量，但始终保持运行。已在多喷嘴对置水煤浆气化技术上应用成熟的合高温合成气与熔融灰渣经气化炉渣口进人激成气初步净化，及含渣水处理技术。冷室洗涤冷却;其中粗渣经锁斗排出气化炉，合成气则进人初步净化单元进- -步洗涤除尘后送至1干 煤粉气化技术合成界区。洗涤除尘后的渣水在渣水处理单元内煤气化装置是合成氨项目的龙头。2007 年8实现渣水分离及灰水的循环利用，同时回收热月引进德国科林气化技术，兖矿集团和设计单量。闪蒸后的黑水进人澄清槽沉淀后送人压滤位、科研院校经过长达两年多时间的调研、实验机， 以滤饼形式排出界区。水燕气、煤彬布袋除尘器合成气料仓混合器-冷凝液原煤中国煤化工一灰水干燥气十给料罐YHCNMHC磨煤机锁斗图1贵州开阳气化炉装 置流程示意图，36●化工设计通讯第40卷合成气初步净化工序采用了“分级净化”流.有青龙煤、大宏煤、回归与玖圆混配煤等。由于程。经洗涤激冷室流出的合成气携带着细灰首先贵州煤矿较小，分布广泛，如何获得煤质稳定的进人混合器和旋风分离器，进行“粗分”。分离煤一直是开阳公司面临的-一个难题。了相对较大颗粒的合成气再进人水洗塔进行“精采用贵州当地煤为原料，由于灰熔点较高，分”，将大部分细颗粒脱除，从而保证洗涤塔洗根据煤质的不同，加入不同的助熔剂以降低灰熔涤后的合成气灰含量在1 mg/m°以下。与引进点。煤质分析如表1所示。可见，有的煤种灰分技术相比，不仅系统的压力损失小，而且洗涤能.含量超过25%，并经常波动到29%，最高人炉力强，操作弹性大，合成气中带灰量很低，无需灰分含量达到36. 77%。同时灰熔点FT超过预变换可直接进人变换工段。1400 °C。另外,贵州煤的- - 个普遍特点是,挥发分低、氧元素少,属于典型的无烟煤,气化活性也较3煤质数据差。在国内同类气化装置中(合成气激冷流程),装置运行以来，先后气化了很多煤种，主要尚没有以如此高灰、高灰熔点的煤为原料。表1原料煤煤质分析数据工业分析(ad)/%元素分析(ad)/%弹筒发热(Qna)/灰熔点(FT)/煤种.MAFCst0MJ/kg青龙煤3.52 21.32 12.77 62. 3969.35 2.29 1.02 2.39 0. 1125.91 488/1 3490大宏煤1.04 28.52 7.98 62. 4665.48 2.46 0.94 4.51 0. 3822.321 352回归煤1.45 21.05 9.14 68. 3672.09 2.60 1.06 0.38 1.3726. 81 404/1 3690玖圆煤1.97 21.67 6.24 70. 1268.36 2.30 0.96 4.10 0. 6426.71 382/1 3310注:①为添加助熔剂数据。2012年6月转入联动试车阶段，期间主要4装 置运行情况解决了磨机震动、煤粉流量调控、煤粉流动不2012年10月气化炉首次点火开工，2013年畅、 固体质量流量计标定、逻辑顺控及安全联锁1月21日打通整个合成氨流程。由于该气化装 优化等问题，为后期的化工投料顺利开展奠定了置燃烧室部分采用科林气化技术并首次在国内工良 好的基础。业生产装置应用，投料开车时正值科林公司宣布4.2投料试车破产之际，在没有得到任何技术拥有方的指导和2012年10月，气化炉转人投料试车阶段。支持下，兖矿集团召集公司内外煤气化专家和技10月25日气化炉点火成功; 31日气化炉成功投术骨干,组成顾问组进行现场指导。贵州开阳化煤。11月3日，A#气化炉连续运行8h后，手工公司在兖矿干煤粉中试气化炉试车的基础上结动停车，检查水冷壁挂渣情况。2013 年1月21合现场实际情况，同时借鉴兄弟工厂在粉煤气化日，A#炉连续运行109h,打通全流程，顺利产技术方面的经验，完成了包括煤粉供料系统、气出产品合 成氨。化炉点火开工系统、气化炉烧嘴改造、气化炉渣该阶段主要解决点火开工烧嘴的点火成功率口衔接、气化炉下降管改造和气化炉水冷壁环隙过低、 气化炉压力调控、气化炉渣口不合理和气密封防串气等多项技术难题攻关。特别针对出气化炉水冷壁环隙串气， 灰 水水质差等问题。中国煤化工化炉合成气细灰含量大的问题,分别对合成气初步净化单元及设备进行了优化和改造，取得了突HY HCNMH G破性进展。这也是目前国内唯一一套处理高灰 分气化装置于2013年2月转人试生产阶段。含量煤种(约26% )的初步净化系统。试车具体由于对该气化炉能够承受的温度还处于摸索之情况简介如下。中，担心烧损水冷壁，因此操作氧煤比值偏低，4.1联动试车热通量约3.5MW，说明水冷壁渣层较厚，同时第2期宋玉国等:粉煤气化技术用于500kt/a合成氨项目总结●37●渣口压差也明显有增大趋势，表明操作炉温偏对混合器、旋风分离器和洗涤塔的内件结构尺寸低，碳转化率低，导致灰渣比较高，达到7 : 3，进行了优化和改造，全面强化除尘能力，充分发相关运行参数如表2所示。然而，低氧煤比操作挥该技术的分级净化功能。改造后的初步净化系虽然能更好保护水冷壁,但也直接导致气化炉排统运行及合成气变换炉压降表明，该洗涤净化技渣不畅。由于科林气化炉渣口较小，合成气流速术既解决了洗涤塔堵塞问题，又保证了优良的除高，渣口积渣时更容易发生“偏流”，影响下降灰效果，表明贵州开阳化工已掌握了高灰分煤的管的水膜均布，严重威胁下降管安全运行。合成气高效除尘技术，为贵州当地煤的高效清洁利用奠定了重要基础。表2气化炉运行指标比较随着对该气化技术认识的不断深人，依托自可燃物含量气化煤种CH4/(体积分率)/热通量/灰渣比/ (质量分率)%身在煤化工技术上的工程积累，通过大量的改造10-6MWkg/kg粗渣细渣和优化，贵州开阳化工有限公司目前已基本掌握优化前2004.3.57:38.661. 9了该气化装置的运行性能，并积累了大量工程经优化后(大宏) 1006.04.54 :61.0 35验。气化炉单炉实现112%负荷下正常运行，气优化后(青龙) 807.05.03:70.925化炉单炉运行情况下平均每小时合成氨产量35 t以上，合成氨日产量达到849.7t的好成绩，目意识到上述问题后，贵州开阳化工以原料煤前气化装置正在做开阳炉72 h性能考核工作。的粘温特性为依据，通过控制氧煤比、甲烷和二4.4 操作参数及工艺指标氧化碳含量(蒸汽煤比稳定),同时参考热通量和优化条件下操作参数及工艺指标如下:渣的形态、可燃物含量等参数，逐步提高操作炉(1)气化炉压力3. 8MPa温，甲烷含量降低50%，二氧化碳增加了3个(2)煤粉流量45t/h百分点，气化炉热通量明显增加，有效降低了灰(3)氧气流量2.3X10* m' /h渣比。为了解决渣口排渣不畅问题，从气化炉烧(4)蒸汽流量3.9t/h嘴改造人手，从而改变气化炉的流场，火焰下移(5)热通量4.8MW解决了渣口排渣不畅问题。停车后检查表明，炉(6) 合成气流量 14X10* m° /h(湿基)内挂渣情况良好，气化炉经受了较高炉温的考(7)气体成分H227.1% ; CO 61.3% ;验，对高灰熔点煤有较好的适应性。CO24.4%;N26.0%;CH458X10-";H2S(2)合成气初步净化系统优化1.1%通过提高炉温,碳转化率明显增加，细灰量5总结也显著减少，灰渣比降低到3 : 7。然而，在目前所有配套水激冷流程的煤气化装置中，原料煤贵州开阳化工有限公司从2009年底开工建的灰分几乎都在10%左右;对于灰分高达26%设到如今生产基本稳定、 达产，走过了较为艰难的原料煤，即使碳转化率达98%以上，其细灰的路程，气化炉单炉负荷到达112%，合成氨系量仍是其他同等规模气化装置的3倍左右。由于统能力达到 98%，连续运行达到65d,主要得目前所有的水激冷流程气化装置从未有过洗涤如益于兖矿集团煤化工方面的技术人员优势和中试此高细灰含量合成气的工程实践，因此，该工况基地优势，在不断吸取同类型装置经验、教训的对合成气初步净化系统是一一个全新的考验。运行同时， 通过自主创新和联合国内科研院所不断攻发现，在100h左右时，洗涤塔压降明显增大，关 优化. 其本消除了制约气化炉安全、稳定、中国煤化工带水严重，手动停车。拆检洗涤塔后发现塔盘堵因气化系统自身原因造塞严重，表明当时的工艺状况不适应高细灰含量成JMYHCN.MH运行周期不断延长，目合成气的洗涤，需要进一步优化。前气化装置各项经济技术指标较好，特别是在解综合分析现场现象和运行条件,贵州开阳化决云 贵川地区高灰分、高灰熔点煤的气化与洗涤工联合华东理工大学调整了初步净化工艺，同时净化方面， 积累了宝贵经验。