水煤氣帶灰的原因及改造措施

王德勝　丁盼盼

寧波中金石化有限公司（浙江寧波　277527）

工作研究

水煤氣帶灰的原因及改造措施

王德勝丁盼盼

寧波中金石化有限公司（浙江寧波277527）

水煤氣帶灰是煤氣化裝置常見的問題之一，會對系統(tǒng)穩(wěn)定運行造成嚴(yán)重影響。針對這一不良工況，從原料、工藝操作和設(shè)備缺陷三個方面對水煤氣帶灰原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了相應(yīng)的技術(shù)改造措施，從而較好地解決了問題。

水煤氣帶灰堵塞和結(jié)垢石油焦水質(zhì)霧化解決措施文丘里管入口下傾角

0　引言

寧波中金石化有限公司的焦氣化裝置，采用華東理工大學(xué)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的對置式多噴嘴水煤漿加壓氣化工藝，將原料水焦?jié){（由石油焦、原煤和水按一定比例制成）和純氧投入氣化爐中進(jìn)行不完全燃燒，制得合格水煤氣送往芳烴裝置。與傳統(tǒng)的合成氨或制氫裝置相比，本裝置沒有變換和低溫甲醇洗單元，而是采用了成本低，流程簡單的熱回收（由廢鍋、換熱器、水分離器等組成）和甲基二乙醇胺（MDEA）脫硫單元。運行一段時間后，焦氣化裝置出現(xiàn)水煤氣帶灰的問題，這不利于系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行。因此，工藝人員分析了問題產(chǎn)生的原因，并對水煤氣除塵和渣水處理單元做出較大改造。

1　水煤氣帶灰的影響

（1）水煤氣帶灰容易造成水煤氣管道堵塞和設(shè)備結(jié)垢。特別是對于水洗塔，帶灰會堵塞浮閥塔盤的浮閥孔，這一方面降低了水洗塔的除灰效率，另一方面造成塔內(nèi)氣體流速加快，加重水煤氣帶灰，從而形成惡性循環(huán)。（2）由于MDEA在脫硫過程中和水煤氣直接接觸，水煤氣中的部分煤灰會進(jìn)入胺液循環(huán)系統(tǒng)中。固體顆?？梢苑€(wěn)定脫硫再生塔產(chǎn)生的胺液氣泡，使之不易被破壞，從而造成塔盤壓差增大、胺液損失、攔液沖塔等問題，為了避免這些問題，需要添加消泡劑，進(jìn)而增加了成本。（3）對于后續(xù)用氣單元，水煤氣帶灰一方面會頻繁堵塞過濾器，使水煤氣流量波動大，從而造成芳烴裝置加熱爐爐溫和壓力的較大波動；另一方面，煤灰中的Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3等物質(zhì)無法除去，被帶入芳烴裝置造成二次污染。

2　水煤氣帶灰的原因探討

2.1水焦?jié){霧化效果差，氣化渣含碳量高

（1）石油焦氣化活性較低。寧波中金石化有限公司采用的石油焦與原煤按照1∶1的比例摻燒。根據(jù)研究，石油焦主要由重油中的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)的高度聚合物，少量低分子有機物及微量無機物組成，不利于反應(yīng)的進(jìn)行；石油焦內(nèi)表面光滑、孔隙結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)，反應(yīng)面積較??；煤中的很多礦物質(zhì)對氣化反應(yīng)有著良好的催化作用，而石油焦的灰分低于0.6%，其對氣化反應(yīng)的催化作用相對較弱。總之，石油焦的反應(yīng)活性及可燃性相對較差，其反應(yīng)后生成的氣化渣含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）高達(dá)70%左右，從而增加了系統(tǒng)的灰渣量。由于水煤漿供應(yīng)比較緊張，摻燒的石油焦質(zhì)量分?jǐn)?shù)有時會達(dá)到90%，造成工況進(jìn)一步惡化，氣化渣含碳量一度達(dá)到80%。（2）分析發(fā)現(xiàn)，寧波中金石化有限公司的水焦?jié){粒度分布不合理。通過對各個廠家及設(shè)計值煤漿粒度進(jìn)行對比（見表1），可以看出公司的煤漿粒度偏細(xì)很多。煤漿粒度細(xì)可以增強霧化效果，增加反應(yīng)物的接觸面積，有利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行。但是如果粒度過細(xì)，會造成反應(yīng)物未完全反應(yīng)就被水煤氣帶走。而寧波中金石化有限公司的氣化爐壓力只有1.5MPa,水煤氣在爐內(nèi)停留時間相對較短，會加重這種夾帶作用。（3）燒嘴壓差低，氧閥開度低。公司4個燒嘴壓差均在0.35MPa左右，氧閥開度普遍為55%（負(fù)荷為90%），這就造成了煤漿和氧氣流速低，外環(huán)氧不足以形成良好的霧化角度，從而改變了流場的結(jié)構(gòu)。通過觀察氣化爐運行一個月后的情況，發(fā)現(xiàn)燒嘴平面基本完好如初，沒有大的磨損和燒蝕。這也證明氣化爐內(nèi)撞擊流股能量小，在燒嘴周圍回流區(qū)不明顯，霧化效果差。

表1　各廠家煤漿粒度分布%

2.2系統(tǒng)水質(zhì)差

在原來的設(shè)計中，渣水單元沒有設(shè)置用于處理黑水的壓濾機，沉降槽的黑水排到動力站。但在實際運行中，動力站無法接受黑水，只能新配一條去一聯(lián)合焦池管線。由于黑水固含量高、管線長，多次出現(xiàn)管線堵塞現(xiàn)象，使黑水無法排出進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)水質(zhì)惡化。裝置灰水外排到四聯(lián)合，由于受到處理量和灰水過濾器堵塞的影響，灰水體積流量一直在15 Nm3/h左右，遠(yuǎn)低于設(shè)計的40Nm3/h。由于整個裝置外排水量少，為保持系統(tǒng)水平衡，補水量受到嚴(yán)重限制。由于水煤氣洗滌水采用系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的工藝水，因此水煤氣洗滌效果差。隨著時間的延長，系統(tǒng)水質(zhì)會持續(xù)惡化，從而使水煤氣帶灰情況越來越嚴(yán)重。

2.3設(shè)備和工藝操作

設(shè)備施工時有一定缺陷。在A爐運行期間，氣化框架6樓會聽到明顯的晃動及沖擊鋼板的聲音，初步判斷原因為氣化爐破泡條脫落。檢修時，拆開人孔后發(fā)現(xiàn)氣化爐有3層破泡條脫落，同時還發(fā)現(xiàn)水洗塔最底層浮閥塔盤脫落。有缺陷的設(shè)備嚴(yán)重影響了水煤氣洗滌效果，極易造成氣化爐和水洗塔帶水帶灰。在工藝操作中存在較多問題。一方面，因工藝條件不穩(wěn)定，操作人員不能嚴(yán)格按照多噴嘴氣化爐操作條件（見表2）進(jìn)行操作。焦氣化裝置生產(chǎn)的水煤氣通過管徑為DN800的工藝管道，專供芳烴部加熱爐使用，由于水煤氣熱值較低，加熱爐會摻燒一部分液化氣。因此，由于加熱爐溫度，液化氣管網(wǎng)壓力和焦氣化自身狀況（如水焦?jié){濃度、氣體成分等）這幾個方面的原因，造成氣化爐壓力不穩(wěn)定。當(dāng)氣化爐壓力低時，氧氣流速過快，進(jìn)而導(dǎo)致拱頂易超溫；當(dāng)氣化爐壓力高時，氧氣流速慢，導(dǎo)致煤漿霧化效果不好，氣化渣殘?zhí)己扛?。另一方面，工藝操作人員經(jīng)驗不足，操作水平不高。特別是在提爐溫降爐渣殘?zhí)己繒r，由于系統(tǒng)熱負(fù)荷高，氣化爐容易帶水帶灰，若激冷水量、黑水排量和氣化爐液位調(diào)整不到位，會加劇工況帶灰程度。

表2　多噴嘴氣化爐操作條件

3　解決措施

（1）聯(lián)系動力站煤漿制備工段，加強水煤漿質(zhì)量管理，做到焦煤比為1∶1，如果有變動要及時通知，以便及時應(yīng)對。同時調(diào)整球磨機鋼球配比和提高外購水煤漿質(zhì)量，盡量保證水焦?jié){粒度分布合理。（2）針對燒嘴壓差低的狀況，與華東理工大學(xué)和設(shè)備廠家進(jìn)行溝通，重新設(shè)計燒嘴尺寸。（3）新增兩臺離心機，用于處理沉降槽黑水，防止氣化渣在系統(tǒng)內(nèi)累積；同時加配灰水到給排水裝置的管線，保證灰水外排量正常。（4）重新安裝氣化爐破泡條及水洗塔塔盤，仔細(xì)檢查氣化爐和水洗塔內(nèi)部易脫落元件，發(fā)現(xiàn)問題要及時進(jìn)行加固處理。（5）改造水煤氣初步凈化單元的水煤氣混合器。將其內(nèi)置件改為文丘里管（見圖1），加強塵粒與液滴或塵粒之間的碰撞、凝聚，形成以塵粒為凝結(jié)核的直徑較大的含塵液滴；入混合器洗滌水噴管頭部內(nèi)部焊注弧形鋼片，增強洗滌水的湍流霧化效果，以充分與水煤氣混合；新配高溫?zé)崴玫交旌掀鞴芫€，既可解決高溫?zé)崴贸隹趬毫Ω咴斐蛇M(jìn)水洗塔儀表閥后管道磨損嚴(yán)重的問題，又可滿足混合器使用清潔水的要求，同時配一路高溫鍋爐水（2.2MPa、120℃）到混合器作為備選措施。（6）改變水煤氣入旋風(fēng)分離器的入口下傾角角度。根據(jù)研究，入口下傾角角度并不是越大越好，隨著入口截面角的增加，旋風(fēng)分離器的壓力損失降低，分離效率先升高后降低。根據(jù)計算結(jié)果，將入口截面角由60°調(diào)整為45°。調(diào)整前后接管角度見圖2。（7）在脫硫系統(tǒng)前配備兩臺過濾器，一開一備防止水煤氣中的煤灰對MDEA造成污染。（8）加強工藝人員業(yè)務(wù)培訓(xùn)，嚴(yán)格執(zhí)行工藝指標(biāo)。尤其是嚴(yán)格執(zhí)行多噴嘴氣化爐操作條件，并靠近最高負(fù)荷操作，以提高水焦?jié){的霧化效果、降低爐渣殘?zhí)己俊?/p>

圖1　改造后的混合器

圖2　入旋風(fēng)分離器接管角度

4　結(jié)語

通過對水煤氣帶灰問題進(jìn)行分析，寧波中金石化有限公司對焦氣化裝置做出了一系列的改造。改造后，水煤氣帶灰程度減輕，氣化爐灰渣含碳量由最高時的80%降至20%左右；水煤氣水分離器冷凝液明顯變清。混合器改造效果更好，在開車初期，由于旋風(fēng)分離器底部排黑水管線堵塞，為了控制其液位，進(jìn)混合器的補水體積流量保持在10Nm3/h，此時測得的出界區(qū)水煤氣含塵量（質(zhì)量濃度，下同）高達(dá)200mg/Nm3。疏通旋風(fēng)分離器排水管線后，將混合器補水體積流量增加到正常的40 Nm3/h，此時水煤氣含塵量穩(wěn)定在約10mg/Nm3，基本滿足工況的需求。

Reasons for the Containing of Ash in W ater Gas and Reformation M easures

Wang Deshen Din Panpan

The containing ofash in water gas is one of the common problems in coalgasification unit,which has a serious impacton the stableoperation ofsystem.According to thisabnormalworking condition,reasons for the containing ofash in watergaswere analyzed in detail from the pointof rawmaterial,technologicaloperation and equipmentdeficiency,and the corresponding technical transformationmeasureswere put forward to solve the problem perfectly.

The containing ofash in watergas;Blocking and scaling;Petroleum coke;Water quality;Atomization;Solution;Venturitube;Entrance inclination angle

（略）

TQ 546.5

王德勝男1991年生本科助理工程師從事水煤漿氣化方面的工作

2016年6月