2012年4月大氨腦第35卷第2期_Large Scale Nitrogenous Fetilizer Industryvol.35No.2影響水煤漿氣化爐單爐長(zhǎng)周期運(yùn)行因素的分析粱志聰(中國(guó)石化茂名分公司,廣東茂名525011)摘要:從原料煤性質(zhì)、工藝操作、工藝燒嘴、水質(zhì)等角度分析了影響水煤漿氣化爐單爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的因素,提出了延長(zhǎng)水煤漿氣化爐單爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的措施。關(guān)鍵詞:水煤漿氣化爐 長(zhǎng)周期1概述行成本。通常用灰熔點(diǎn)控制:1100C≤T4≤1350C,中國(guó)石化茂名分公司煤制氫裝置采用GE公司灰熔點(diǎn)高,則氣化爐操作溫度高,操作溫度每提高水煤漿加壓氣化技術(shù)，氣化壓力為6.5MPa，三系100C,單位產(chǎn)品合成氣氧耗增加6%~7%,煤耗相列,兩開一備,利用外購(gòu)煤和煉廠副產(chǎn)的高硫石油應(yīng)增加,同時(shí)耐火磚壽命縮短。焦為原料,有效合成氣量為21104m2/h。粗合成氣2.1.2灰渣 黏溫特性的影響經(jīng)耐硫變換、低溫甲醇洗和甲烷化單元制取滿足熔融灰渣的黏度是熔渣的物理特性，- -旦煤煉廠需要的工業(yè)氫氣。的灰分組成確定,黏度主要受操作溫度的影響。水GE公司水煤漿氣化技術(shù)的工藝流程主要包括煤漿氣化采用液態(tài)排渣，操作溫度升高,灰渣黏度磨煤制漿、水煤漿加壓氣化、氣化爐排渣系統(tǒng)、粗降低,有利于灰渣的流動(dòng),但灰渣黏度太低,爐磚合成氣洗滌及黑水閃蒸、黑水處理等單元,采用水侵蝕剝落加快。溫度偏低灰渣黏度升高,渣流動(dòng)不激冷流程。水煤漿加壓氣化技術(shù)雖然工業(yè)應(yīng)用多暢,容易堵塞渣口。只有在最佳操作溫度下操作才年,但目前氣化裝置單爐運(yùn)行周期仍然較短,通常能保證在爐磚表面形成-定厚度的灰渣保護(hù)層，氣化爐投料開工后,在2~3個(gè)月后需按計(jì)劃停爐更既延長(zhǎng)爐磚壽命又不堵塞渣口。液態(tài)排渣氣化爐換燒嘴,4~6個(gè)月后需按計(jì)劃停爐檢修，同時(shí)受到最佳操作溫度視灰渣黏溫特性而定，操作溫度一其他非計(jì)劃停爐因素的影響，制約了氣化爐單爐般高于灰熔點(diǎn)50以上,熔渣黏度宜小于25Pa.s,的長(zhǎng)周期運(yùn)行。否則渣口容易堵塞。煤種不同,灰渣的黏溫特性差異較大,黏溫特2影晌水煤漿 氣化爐單爐長(zhǎng)周期運(yùn)行因素分析性差的煤,則對(duì)應(yīng)的氣化操作溫度區(qū)間窄,當(dāng)操作2.1原料煤性質(zhì)對(duì)氣化爐單爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的影響，溫度偏離最佳值時(shí),灰渣的黏度變化大,容易影響水煤漿氣化工藝通常要求原料煤的灰熔點(diǎn)適爐壁掛渣及渣口的正常運(yùn)行,當(dāng)操作溫度低時(shí),容中、灰渣黏溫特性好、低灰、低內(nèi)水、高發(fā)熱值、高易使渣口局部堵塞。揮發(fā)分和煤的成漿性好等。其中原料煤的灰熔點(diǎn)、2.1.3灰渣 的黏結(jié)特性的影響灰渣黏溫特性和灰含量對(duì)氣化裝置的安全長(zhǎng)周期水煤漿氣化爐的排渣采用水激冷液態(tài)排渣,運(yùn)行影響較大,重點(diǎn)對(duì)其分析?；以M(jìn)人激冷室遇水凝固后利用重力流分離排2.1.1灰熔點(diǎn)的影響灰熔點(diǎn)高，對(duì)于液態(tài)排渣的氣化爐要求操作收稿日期:2012-01-10;收到修改稿日期:2012- -03-19。溫度高,使氧耗.煤耗增加;同時(shí)高溫下操作會(huì)縮作者簡(jiǎn)介:梁志中國(guó)煤化工，2007年茂短燒嘴及耐火磚的使用壽命;使用高灰熔點(diǎn)煤,為名學(xué)院化學(xué)工程與YHE:茂名分公司煤制氫裝置籌備組。cNMHGaghiog了降低氣化爐操作溫度,必須添加助熔劑,增加運(yùn).mmsh@sinopec.com。.1302012年第35卷放。灰渣凝結(jié)性好,則黑水中的細(xì)灰顆粒少,反之，全 長(zhǎng)周期生產(chǎn)極其重要。則黑水中的細(xì)灰顆粒含量高,加重下游設(shè)備管線、2.2.2氧碳 比的影響儀表閥門的磨蝕與結(jié)垢。水煤漿氣化工藝中，氧煤比是氣化工藝的重2.1.4灰分 含量的影響要參數(shù)?？刂坪侠淼难跆急鹊哪康氖强刂茪饣癄t將一定量的煤樣在800 C的條件下完全燃燒,的反應(yīng)溫度,氧碳比的控制與煤種、排渣狀況、合殘余物即灰分，表明了煤中礦物質(zhì)含量的大小?；页蓺庵杏行夂康纫蛩孛芮邢嚓P(guān)，氣化過程的分不直接參加氣化反應(yīng)，但卻要消耗煤在氧化反氧碳原子比理論上約等于1.0。氧煤比與氣化溫度應(yīng)中所產(chǎn)生的熱,用于灰分的升溫、熔化及轉(zhuǎn)化，呈線性關(guān)系，氣化溫度隨著氧煤比的提高而快速氧耗、煤耗增加。煤的灰分含量高,煤的總發(fā)熱量上升。實(shí)際生產(chǎn)中，氧氣流量或煤漿流量的波動(dòng)均就越低?；曳值拇罅吭黾?不可避免地增加了爐渣會(huì)影響氧煤比和氣化溫度的波動(dòng)，直接影響到耐的外運(yùn)量;隨爐渣排出的碳損耗量也必然增加,合火襯里和渣口的運(yùn)行狀況。成氣產(chǎn)量降低;對(duì)耐火磚的侵蝕和磨損增加,還會(huì)2.3關(guān)鍵設(shè)備對(duì)氣化爐單爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的影響使黑水中固含量增加,加重黑水對(duì)管道、閥門、設(shè)2.3.1氣化爐燒嘴的影響備的磨損;容易造成結(jié)垢堵塞現(xiàn)象。水煤漿氣化爐燒嘴采用三通道氣化燒嘴,中2.1.5煤中雜質(zhì)的影響間通道走水煤漿,內(nèi)部通道為一次氧氣通道,外部1)氯含量的影響。煤中氯元素經(jīng)氣化反應(yīng)后，通道為二次氧氣通道，燒嘴頭外部采用水冷盤管主要轉(zhuǎn)移至水系統(tǒng)中，氣化系統(tǒng)的氯離子對(duì)設(shè)備進(jìn)行冷 卻保護(hù)。管道,特別是不銹鋼材質(zhì)的設(shè)備管道造成腐蝕,因目前,燒嘴頭的水冷盤管大多采用Inconel600此通過外排灰水量控制水系統(tǒng)的氣離子不超過設(shè)鎳一鉻-鐵基固溶強(qiáng)化合金，具有良好的耐高溫備管道的設(shè)計(jì)要求。從防止電化學(xué)防腐的角度考腐蝕和抗氧化性能;當(dāng)燒嘴結(jié)構(gòu)形式定型后,選用慮,要重點(diǎn)控制水系統(tǒng)的氯離子含量和pH值。通常碳化鎢、硬質(zhì)合金，如UMCo50和Hayness188等高原料煤中氯元素的質(zhì)量含量不超過150x10*。強(qiáng)度耐磨材料,可以適當(dāng)延長(zhǎng)燒嘴使用壽命。2)氮含量的影響。煤種的氮含量主要影響合影響燒嘴壽命的主要原因:燒嘴頭暴露在燃成氣、水系統(tǒng)的氨含量和水系統(tǒng)的pH值。水系統(tǒng)的燒室中,高溫?zé)彷椛涫篃飚a(chǎn)生熱疲勞,金屬?gòu)?qiáng)度氨含量高,黑水的pH值高,可減輕設(shè)備腐蝕,但管下降。水煤漿與氧氣的混合物以較高的速度離開線結(jié)垢堵塞嚴(yán)重?？赏ㄟ^注堿提高水煤漿的pH值，燒嘴頭部,線速度高達(dá)30~40m/s,高壓及高速氣流在pH值低的第一真空閃蒸罐 前注人氨含量高的補(bǔ)對(duì)燒嘴產(chǎn)生 沖刷磨蝕。氣化爐內(nèi)高溫合成氣中硫和充水,但要綜合考慮灰水的pH值及灰水外排量。氫對(duì)燒嘴產(chǎn)生晶間腐蝕”。在上述因素的作用下，2.2 工藝操作對(duì)氣化爐單爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的影響燒嘴噴頭部位容易出現(xiàn)噴頭磨偏、龜裂現(xiàn)象。因2.2.1氣化溫 度的影響此,燒嘴是氣化爐中最易損壞的部件,通常每隔2~氣化反應(yīng)溫度是氣化過程一個(gè)關(guān)鍵工藝參.3個(gè)月需停爐對(duì)燒嘴進(jìn)行更換。圖1是某氣化裝置數(shù),氣化操作溫度的選擇依據(jù)灰渣的黏溫特性、耐燒嘴運(yùn)行65 d后拆檢的圖片,從圖1中可以看見燒火磚的性能、原料煤反應(yīng)活性及冷煤氣效率綜合嘴的噴頭部位出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象。考慮。氣化溫度上限受到氣化爐耐火材料的限制,下限受到灰熔點(diǎn)的限制。反應(yīng)溫度高,氣化反應(yīng)速度快,同時(shí)焦碳與水蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng),提高反應(yīng)溫度對(duì)其化學(xué)平衡有利。但反應(yīng)溫度過高,會(huì)極大地縮短氣化爐內(nèi)襯耐火磚的使用壽命,影響氣化裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。通常水煤漿氣化溫圖1某氣化裝 置燒嘴運(yùn)行65 d后拆檢圖片度比煤的灰熔點(diǎn)溫度高50C以上,當(dāng)溫度過低時(shí),延長(zhǎng)燒嘴使用壽命的主要措施:①燒嘴噴涂灰的流動(dòng)性下降,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起氣化爐渣口堵塞,耐磨中國(guó)煤化工5燒嘴高溫耐磨性;通常水煤漿氣化溫度控制在1300~1400%。因此,②合瑪YHCNMH G.粒度，選擇過濾精維持煤質(zhì)穩(wěn)定并及時(shí)調(diào)整氣化溫度對(duì)氣化裝置安度合適的滾簡(jiǎn)篩,防止大顆粒對(duì)燒嘴的磨蝕;③氣中國(guó)煤化工YHCNMH G132大氛肥2012年第35卷高。碳酸鈣屬微溶性鹽,其溶解度不像--般鹽類那2)選用灰熔點(diǎn)適中、灰渣黏溫特性好、低灰的樣,隨著溫度升高而升高,而是隨著溫度的升高而原料煤。降低。一旦光滑的表面上沉積了垢物,就會(huì)加速其3)盡量維持煤質(zhì)穩(wěn)定,原料煤定礦供應(yīng)。進(jìn)廠沉積,產(chǎn)生惡性循環(huán),最后堵塞設(shè)備管線。在裝置煤做好采樣分析,分類堆放,做好標(biāo)識(shí),防止非預(yù)檢修清堵中發(fā)現(xiàn)在黑水管線等高溫部位出現(xiàn)大量期混煤。的塊狀垢物。4)適當(dāng)增加外排水量,降低水系統(tǒng)的總硬度3.2 水煤漿氣化裝置水系統(tǒng)的離子平衡和氨氮濃度。在確保正常運(yùn)行的前提下,減少儀表:表1某氣化裝置外排灰水與水質(zhì)分析數(shù)據(jù)沖洗水量及機(jī)泵密封沖洗水量，系統(tǒng)補(bǔ)水宜選在時(shí)1氣化負(fù)外排灰Ca2(以總硬度/氨氮/灰水除氧槽,改善除氧器及激冷水系統(tǒng)的水質(zhì)。荷,% .水量/ CaCO,計(jì))/(ug"g) (ug*g*)5)做好氣化爐襯里制造安裝質(zhì)量的監(jiān)控及檢(t-h1) (ug"g')2010-01-12 82.050.0 1079.1 1 221.2 318.8查驗(yàn)收;生產(chǎn)中平穩(wěn)控制氧碳比,做好壁溫監(jiān)控。2011-02-09 81.575.0736.3 845.9 261.36)加強(qiáng)高壓煤漿泵的操作維護(hù),合理設(shè)計(jì)滾灰水中鈣鎂離子、氮含量在水循環(huán)中處于動(dòng)筒篩過濾精度以降低粗顆粒對(duì)隔膜軟管磨損。態(tài)平衡狀態(tài),離子平衡主要由原料煤雜質(zhì)含量、出7)對(duì)于氧閥、鎖渣閥、合成氣放空閥、黑水減裝置的灰渣及合成氣中雜質(zhì)含量、助熔劑的加入壓閥、煤漿電磁流量計(jì)等關(guān)鍵儀表，宜采購(gòu)高質(zhì)量量、各種補(bǔ)充水的雜質(zhì)含量、外排灰水的流量等決的閥門,提高儀表運(yùn)行的可靠性。定，調(diào)節(jié)循環(huán)灰水離子平衡最常用的方法是調(diào)節(jié)8)優(yōu)化公用系統(tǒng)的操作。燒嘴冷卻水換熱器灰水外排量，增大外排灰水量有利于降低灰水的增加旁路;除氧器設(shè)置合理的防渦器以防垢物堵硬度、氨氮含量和pH值,從而降低水系統(tǒng)的結(jié)垢速塞防渦器;參照鍋爐的排污原理,灰水除氧槽增加率。表1為某氣化裝置外排灰水量與水質(zhì)分析數(shù)定期排污管,每天排污一次。據(jù),從表1可以看出,該裝置在煤種和生產(chǎn)負(fù)荷接9)新裝置設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí),合理設(shè)計(jì)平面布置及近的情況下,外排灰水量由35 t/h提至50t/h,灰水配管。盡量避免管線出現(xiàn)液袋;合理布置激冷水泵的總硬度和氨氮含量下降明顯，從兩個(gè)時(shí)間段的的安裝位置，減少激冷水管道的彎頭數(shù)量及管線裝置檢修清堵情況看,2011年由于水質(zhì)改善,管線長(zhǎng)度;合理布置水系統(tǒng)備用設(shè)備的出人口管道及閥結(jié)垢程度減輕，激冷水過濾器和激冷環(huán)結(jié)垢堵塞門,減輕備用設(shè)備管線的積垢;在管線盲端或備用程度減輕，設(shè)備管線的結(jié)垢堵塞對(duì)裝置長(zhǎng)周期運(yùn)管道上設(shè)置沖洗水線或排污線,定期沖洗或排污。行的影響程度下降。參考文獻(xiàn)[1] 朱宏,孫卓慶,楊樹青,等.新型氣化爐工藝燒嘴使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)[J]大氮肥,2007 ,30(4):277.4結(jié)論與建議1)針對(duì)燒嘴開展技術(shù)攻關(guān)，噴涂耐磨材料,提[2]邢曉凱,馬重芳,陳永昌,等.溶液pH值對(duì)碳酸鈣結(jié)垢的影響[].石油化工設(shè)備,2004,33(5):11.高噴頭高溫耐磨性;合理設(shè)計(jì)磨煤機(jī)及滾筒篩以[3] 林海波,羅玉梅,李建明，等.換熱器的結(jié)垢和清洗[J].四川降低煤漿粒度。理工學(xué)院學(xué)報(bào),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中國(guó)煤化工Key words :coal-water slury ;gasifer ;long- -cycle runnI YHCNM HG.