延長水煤漿氣化水系統(tǒng)運(yùn)行周期方法探討

賈 喆，潘進(jìn)平，許 明，胡 楠

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

延長水煤漿氣化水系統(tǒng)運(yùn)行周期方法探討

賈 喆，潘進(jìn)平，許 明，胡 楠

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

針對中海石油華鶴煤化有限公司GE水煤漿氣化系統(tǒng)用煤的特殊性，以及灰石添加對水系統(tǒng)的影響，對水系統(tǒng)進(jìn)行改造和工藝調(diào)整，制定合理的工藝控制指標(biāo)。就水系統(tǒng)的優(yōu)化，延長生產(chǎn)長周期的方法進(jìn)行分析與研究。

石灰石；硬度；工藝改造；工藝調(diào)整；水源分配；結(jié)垢

中海石油華鶴煤化有限公司30萬t合成氨52萬t大顆粒尿素項(xiàng)目選擇美國GE能源水煤漿加壓氣化技術(shù)，氣化壓力6.5MPa（G），四級閃蒸流程。設(shè)計(jì)為三臺(tái)氣化爐，兩開一備，另外一臺(tái)氣化爐在運(yùn)行爐出現(xiàn)故障時(shí)可以及時(shí)投入使用，保證生產(chǎn)連續(xù)性。鶴崗地區(qū)煤質(zhì)具有優(yōu)異的成漿性能，為水煤漿加壓氣化技術(shù)提供了有力的支撐，煤漿濃度正常運(yùn)行時(shí)濃度為65wt%，氣化有效氣（CO+H2）達(dá)到85%，CO含量47%，H2含量38%，均達(dá)到為同行業(yè)較高水平。其中比氧耗401，比煤耗599，噸煤產(chǎn)變換氣2.86km3（標(biāo)）。GE水煤漿加壓氣化技術(shù)操作壓力高，為后系統(tǒng)系統(tǒng)壓縮工段節(jié)約了大量能量。使用雙軟管式高壓煤漿泵進(jìn)料，與粉煤氣化氣力輸送相比，高壓煤漿泵運(yùn)行更穩(wěn)定，性能更可靠，輸送壓力更高，穩(wěn)定的給料系統(tǒng)也是GE水煤漿加壓氣化技術(shù)運(yùn)行可靠的主要因素。中海石油華鶴煤化有限公司自投料生產(chǎn)以來，經(jīng)過不斷的工藝優(yōu)化，雙爐在線運(yùn)行率達(dá)80%，日產(chǎn)合成氨1 100t，GE水煤漿氣化效率高，運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)明顯，為公司滿負(fù)荷穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠的保證。同時(shí)使用煤質(zhì)灰分高（約12%-14%），助溶劑石灰石添加3%，水系統(tǒng)的結(jié)垢，是目前制約本公司氣化裝置長周期運(yùn)行的主要原因。本文就優(yōu)化水系統(tǒng)的操作，針對系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行工藝改造，延長水系統(tǒng)運(yùn)行周期進(jìn)行探討與分析。

1 運(yùn)行情況描述

1）本單位由于使用的原料煤的灰熔點(diǎn)較高，需要添加石灰石，石灰石添加量為原料煤質(zhì)量的3%，系統(tǒng)水質(zhì)硬度在1 200mg/L到1 600mg/L，水系統(tǒng)結(jié)垢趨勢很強(qiáng)，平均2 000h就進(jìn)行一次物理清洗。根據(jù)運(yùn)行中的摸索，本文對延緩水系統(tǒng)結(jié)垢趨勢，延長水系統(tǒng)運(yùn)行周期到4 000h方法進(jìn)行探討。

2）原料煤灰熔點(diǎn)與粘溫特性曲線如表1、表2所示。

表1　

根據(jù)粘溫特性曲線分析，氣化爐使用原料煤需要添加石灰石為原料煤質(zhì)量的3%適合操作，石灰石的添加與原煤中灰分含量較高，引起系統(tǒng)水質(zhì)惡化是本公司亟須解決的問題。

表2　

圖1　石灰石添加3%的灰渣粘溫特性曲線

2 水系統(tǒng)存在的主要問題

1）系統(tǒng)水質(zhì)指標(biāo)總堿度與總硬度均處于高位運(yùn)行，水系統(tǒng)結(jié)垢趨勢嚴(yán)重。

2）系統(tǒng)結(jié)垢，嚴(yán)重制約了系統(tǒng)長周期運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行2000h后，激冷水管線結(jié)垢流通面積變小，激冷水過濾器內(nèi)部大量積灰，激冷水泵進(jìn)口堵塞導(dǎo)致吸入能力不足，引起激冷水泵氣蝕。氣化爐激冷室內(nèi)積灰結(jié)垢嚴(yán)重，上升管與下降管堵塞，合成氣偏流，影響氣化爐的正常運(yùn)行。

3）嚴(yán)重制約了系統(tǒng)長周期運(yùn)行，清洗備爐的工作量較大且次數(shù)頻繁。

3 重新優(yōu)化工藝技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，為延長氣化裝置的運(yùn)行周期，計(jì)劃將水系統(tǒng)運(yùn)行周期延長到4 000h。

1）嚴(yán)格執(zhí)行灰水控制工藝指標(biāo)?；宜到y(tǒng)之前的控制指標(biāo)以中南化工提供的為依據(jù)，有幾點(diǎn)需要變更，總硬度由1500mg/L更改為1 300mg/L，總堿度由1 500mg/L更改為500mg/L。具體的控制指標(biāo)見表1。灰水硬度如果高于1 300 mg/L，分散劑投入量必須按照1 503×10-6絮凝劑的添加。

2）變換汽提塔嚴(yán)格控制氣提后的低溫變換冷凝液的質(zhì)量，保證汽提塔塔底溫度不低于137℃，保證NH3-N低于150mg/L，并根據(jù)高壓灰水的運(yùn)行工況，堿度高于500mg/L時(shí)，氨氮需要控制的更低。

3）嚴(yán)格控制排水量，其中對于每生產(chǎn)1 000m3（標(biāo)）/h有效氣（CO+H2），對應(yīng)排水1t本單位雙爐滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)有效氣（CO+H2）為88 000m3（標(biāo)）/h，氣化雙爐滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)排水量應(yīng)不低于88m3/h。

4 工藝技術(shù)改造

1）除氧器在具備條件下應(yīng)配有脫鹽水管線，該設(shè)計(jì)對于優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)水質(zhì)至關(guān)重要，對于水之源相對豐富地區(qū)的煤化工企業(yè)可以連續(xù)向除氧器加水，優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)整體水質(zhì)。

2）將高堿度的真空閃蒸冷凝液由原設(shè)計(jì)到除氧器更改到澄清池，便于與澄清池內(nèi)高硬度的水進(jìn)行中和，優(yōu)化水質(zhì)。真空閃蒸冷凝的pH值約為9，在澄清池內(nèi)會(huì)發(fā)生結(jié)垢反應(yīng)，由于澄清池的容積較大，內(nèi)部設(shè)有耙料器，結(jié)垢等沉積物可以由澄清池底部進(jìn)入真空過濾機(jī)脫去。

3）對進(jìn)除氧器的低溫變換冷凝液進(jìn)行改造，將該路水分配到真閃，汽提后的低溫變換冷凝液進(jìn)入真閃再次進(jìn)行閃蒸。真空閃蒸系統(tǒng)具備處理一定量氨氮的能力，其可以解析出60m3（標(biāo)）/h氨氣，以便閃蒸系統(tǒng)對低溫變換冷凝液進(jìn)行精制處理，也有利于降低除氧器高壓灰水的總堿度，除氧器補(bǔ)水配合脫鹽水的補(bǔ)入，對工藝系統(tǒng)的水質(zhì)在源頭上進(jìn)行優(yōu)化。

5 優(yōu)化分散劑性能和對分散劑加入點(diǎn)進(jìn)行改造

1）考慮到本裝置原料和水質(zhì)的特殊性，以控制水質(zhì)指標(biāo)為前提，和供貨商做相關(guān)的測試，優(yōu)化分散劑的配方，對添加量和位置就目前水質(zhì)情況，做進(jìn)一步的深入研究，針對水質(zhì)拿出有針對性的分散劑解決方案，并使用高效低磷的分散劑，降低外排水的含磷量，分散劑性能得到優(yōu)化發(fā)熱同時(shí)，更滿足綠色環(huán)保的要求。

2）對分散劑管線進(jìn)行改造，低壓灰水和高壓灰水泵的進(jìn)口分散劑按照比例添加。低壓灰水泵進(jìn)口量與高壓灰水泵的進(jìn)口量為6：4，此處更改可以減少因低壓灰水泵持續(xù)向廢水處理排水對藥劑添加濃度的影響。正常運(yùn)行時(shí)低壓灰水流量為280m3/h，去污水處理的量為83m3，改造之前約29.3%的藥劑進(jìn)入了廢水處理，改造之后約17.7%的藥劑進(jìn)入廢水處理，減少了去水處理的磷含量，提高了分散劑的效力，更降低了系統(tǒng)的結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。

6 閃蒸系統(tǒng)的運(yùn)行管理

1）正常運(yùn)行中通過提高除氧器壓力的方法來為提高除氧器水溫，導(dǎo)致除氧器頂部壓力調(diào)節(jié)閥PV03309經(jīng)常自動(dòng)關(guān)閉，除氧器頂部無放空，導(dǎo)致氨與二氧化碳在無法解析，除氧器在回收熱量的同時(shí)無法發(fā)揮汽提作用。為此我公司低壓閃蒸罐運(yùn)行壓力由原0.21MPa（G）降低為0.19MPa（G），加大低壓閃蒸的解析量，降低真空閃蒸的負(fù)荷。低壓閃蒸壓力降低后，除氧器接收的熱源更加充足，除氧與汽提的效果更好，除氧器運(yùn)行溫度維持在112℃以上，系統(tǒng)熱量得到很好的回收利用的同時(shí)也優(yōu)化了水質(zhì)。

2）增加高壓閃蒸分離器出口氣量，減少高壓閃蒸最終冷卻器的冷量。提高高壓灰水加熱器的流通能力，將出高壓閃蒸分離器的流量提升到1 500m3（標(biāo)）/h，高壓閃蒸最終冷卻器需要設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)副線，在正常運(yùn)行時(shí)候，副線閥門全部打開，增加氣體的流動(dòng)速度，閃蒸氣與高壓灰水加熱器的傳熱效果更好，提高高壓灰水加熱器的效率。

3）高壓閃蒸分離器頂部排放氣目前排放量較小時(shí)，高壓閃蒸最終冷凝量很大，由于降溫導(dǎo)致解析出的氨和二氧化碳重新冷凝。高壓閃蒸器氣相出口氨與二氧化碳約200m（3標(biāo)）/h，溫度降低會(huì)解析氣會(huì)再次溶解于冷凝液中，應(yīng)合理的平衡高壓閃蒸最終冷卻器循環(huán)水分配，控制高壓閃蒸分離器頂部氣量在1 500-2 000m3（標(biāo)）/h，保證氣體可以有效地解析，穩(wěn)定系統(tǒng)的水質(zhì)，防止氨氮在系統(tǒng)內(nèi)部累積。

7 制定合適的總堿度與總硬度等控制指標(biāo)

項(xiàng)目 控制指標(biāo) 分析頻次pH 6-8 24電導(dǎo)率 ≤4 700mg/L 24總?cè)芄蘐DS ≤2 000 mg/L 24濁度NTU 50 mg/L 24懸浮物SS 100 mg/L 24總硬度 1 300 mg/L 24總堿度 500 mg/L 24氯離子 500 mg/L 24 COD 500 mg/L 24 NH3-N 600 mg/L 24

8 合理平衡氣化爐與洗滌塔黑水循環(huán)量

通過合理的平衡氣化爐與洗滌塔之間的黑水的循環(huán)量，來調(diào)節(jié)激冷室黑水pH值。本單位開車初期激冷水量為220m3/h，氣化爐外排水位120m3/h，通過合成氣進(jìn)入洗滌塔水量為100 m3/h，該運(yùn)行條件下激冷水管線結(jié)垢較快，堵塞嚴(yán)重，洗滌塔排水pH為6.8，氣化爐排黑水pH為5.3，排水量過大導(dǎo)致激冷室內(nèi)部酸性高，造成激冷室內(nèi)部硅酸鹽結(jié)垢，上升管與下降管之間硅酸鹽結(jié)垢與懸浮物不斷的累計(jì)，引起堵塞。根據(jù)該情況對工藝運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整，激冷水量原220m3/h不變，氣化爐外排水由120m3/h減小到80m3/h，合成氣帶入洗滌塔水為140m3/h，使氣化爐內(nèi)pH值較低的水大量進(jìn)入洗滌塔以降低洗滌塔內(nèi)水的pH值，提高氣化爐激冷室內(nèi)的pH值，調(diào)整后洗滌塔排水pH為7.2，氣化爐排黑水pH為5.9，激冷室內(nèi)硅酸鹽結(jié)垢情況減緩，氣化爐上升管與下降管堵塞的情況消失，氣化爐運(yùn)行周期延長。

9 經(jīng)過改造后的水質(zhì)對比分析與運(yùn)行情況

表4　改造前低壓灰水?dāng)?shù)據(jù)

表5　改造后低壓灰水?dāng)?shù)據(jù)

10 結(jié)語

通過對水系統(tǒng)進(jìn)行操作的優(yōu)化，合適的排水量，優(yōu)化系統(tǒng)水源的分配，藥劑進(jìn)行科學(xué)添加，水系統(tǒng)運(yùn)行周期進(jìn)一步的優(yōu)化，中海石油華鶴煤化有限公司水系統(tǒng)運(yùn)行周期目前為4 000h，而且還有延長的空間，解決了因原料煤灰分高和石灰石的添加而引起系統(tǒng)結(jié)垢造成運(yùn)行周期短的問題，為公司長周期運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本單位通過一系列努力，克服了黑龍江鶴崗地區(qū)高寒的氣候條件，克服了黑龍江鶴崗地區(qū)原料煤高灰分高灰熔點(diǎn)的生產(chǎn)條件，以上為就本公司水系統(tǒng)的所做的相應(yīng)改造與工藝調(diào)整，望廣大同仁批評指正。

[1] 黃少烈，鄒華生.化工原理[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 叢德滋，叢梅，方圖南.化工原理詳解與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

Extend CWS Gasification Water System Methods of Operation Cycle

Jia Zhe，Pan Jin-ping，Xu Ming，Hu Nan

Sea Crane Coal Co.GE coal water slurry gasifi cation system particularity，and limestone addition on water system，water system transformation and adjustment process，develop a reasonable process control targets.In this paper，water system optimization method to extend the long production cycle of analysis and research.

limestone；hardness；technological transformation；adjustment process；water distribution；fouling

TQ546

A

1003-6490（2016）01-0011-02

2016-01-11

賈喆（1987—），男，遼寧沈陽人，助理工程師，主要從事氣化部工藝技術(shù)監(jiān)督，負(fù)責(zé)工藝技術(shù)管理工作。