'焦煤漿氣化裝置原始開車存在的問題探討

楊 路

(寧波中金石化有限公司 浙江鎮(zhèn)海 315203)

'焦煤漿氣化裝置原始開車存在的問題探討

楊 路

(寧波中金石化有限公司 浙江鎮(zhèn)海 315203)

多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置利用延遲焦化副產(chǎn)的石油焦進(jìn)行制漿，同時(shí)外購部分水煤漿，兩者按一定的比例進(jìn)行摻燒，在運(yùn)行初期出現(xiàn)了煤漿泵故障率高、煤漿質(zhì)量差的問題。通過原因分析并采取相應(yīng)的措施，使存在的問題得到逐一解決，氣化裝置的運(yùn)行周期大幅延長(zhǎng)，為擬采用石油焦為原料的氣化裝置提供了可借鑒的依據(jù)。

焦煤漿；煤氣化；煤漿泵

寧波中金石化有限公司(以下簡(jiǎn)稱中金石化公司)多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置在開車初期按照w(石油焦)∶w(煤)=1∶1摻燒石油焦，但在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了諸多問題，如渣中殘?zhí)己枯^高、氣化裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性下降、比氧耗和比煤耗升高等。同時(shí)，由于摻燒石油焦的比例波動(dòng)較大，導(dǎo)致渣中殘?zhí)己坎▌?dòng)較大，對(duì)系統(tǒng)的水質(zhì)產(chǎn)生了一定的影響，水煤氣管道結(jié)垢嚴(yán)重，影響了系統(tǒng)的長(zhǎng)周期運(yùn)行。為保證氣化裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)存在的問題進(jìn)行了原因分析并采取了相應(yīng)的改造措施。

1 煤漿泵故障率高

煤漿泵作為輸送焦煤漿的重要設(shè)備，其運(yùn)行周期決定了氣化裝置運(yùn)行周期的長(zhǎng)短。中金石化公司氣化裝置選用的煤漿泵由德國(guó)艾默里奇公司生產(chǎn)，為雙缸雙作用隔膜泵。該泵采用較為可靠的機(jī)械式補(bǔ)油方式，但泵本體自我保護(hù)聯(lián)鎖過多，運(yùn)行2個(gè)月共計(jì)造成氣化裝置跳車達(dá)6次之多，嚴(yán)重制約了氣化裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

經(jīng)梳理發(fā)現(xiàn)，該煤漿泵共有聯(lián)鎖點(diǎn)17個(gè)，其中：溫度點(diǎn)6個(gè)，分別為齒輪箱1頂溫、齒輪箱1底溫、齒輪箱1溫度、齒輪箱2頂溫、齒輪箱2底溫以及齒輪箱2溫度；壓力點(diǎn)2個(gè)，分別為排氣壓力1和排氣壓力2；電機(jī)聯(lián)鎖點(diǎn)4個(gè)，分別為電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)扭矩和電機(jī)溫度；4個(gè)開關(guān)量聯(lián)鎖，用于判斷煤漿泵隔膜是否泄漏。不難看出，該泵在設(shè)計(jì)過程中不能規(guī)避儀表誤指示造成的裝置停車，這給氣化裝置的運(yùn)行帶來極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。與其他同類型裝置對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該聯(lián)鎖設(shè)計(jì)是不合理的，故在大修期間對(duì)煤漿泵聯(lián)鎖進(jìn)行了改造：取消原有溫度以及壓力顯示點(diǎn)跳車聯(lián)鎖，僅作為顯示信號(hào)進(jìn)入DCS系統(tǒng)；保留判斷煤漿泵隔膜是否破裂的4個(gè)開關(guān)量聯(lián)鎖，同時(shí)增設(shè)30 min延時(shí)再觸發(fā)聯(lián)鎖停車和旁路按鈕。改造后，有效避免了因儀表誤指示造成的裝置停車。

2 煤漿質(zhì)量差

2.1 渣中殘?zhí)己扛?/h3>

只有合適的焦煤漿粒度分布才能獲得理想的霧化效果，霧化效果好體現(xiàn)在能耗低、渣樣分布均勻及發(fā)氣量大。如果粗顆粒在焦煤漿中所占的比例過多，則氧氣與焦煤漿接觸面積較小，導(dǎo)致粗渣中殘?zhí)己窟^高；同時(shí)，粗顆粒因重力作用在氣化爐內(nèi)停留時(shí)間相對(duì)較短，外加燒嘴處氧煤比不合適，導(dǎo)致燒嘴處容易超溫。如果細(xì)顆粒在焦煤漿中所占比例過多，則氧氣與焦煤漿接觸面積較大，便于氧氣與焦煤漿反應(yīng)，可獲得較高的氣化效率；另一方面，細(xì)顆粒容易被水煤氣夾帶，導(dǎo)致未反應(yīng)完全便離開氣化爐，雖然氣化反應(yīng)時(shí)間較短，但是較低的系統(tǒng)壓力會(huì)將此現(xiàn)象放大，即單位時(shí)間內(nèi)離開氣化爐內(nèi)的細(xì)顆粒增多。因此，適宜的焦煤漿粒度分布有利于獲得較高的氣化效率。不同企業(yè)實(shí)際控制的煤漿粒度分布情況見表1。

表1 不同企業(yè)實(shí)際控制的煤漿粒度分布情況(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

從燒嘴往下，細(xì)灰含量逐漸增大，細(xì)粒子越多則離開氣化爐的細(xì)灰就越多。氣化爐內(nèi)存在一次反應(yīng)區(qū)和二次反應(yīng)區(qū)，一次反應(yīng)區(qū)主要以生成二氧化碳為主，屬于放熱反應(yīng)；水煤氣的生成主要在二次反應(yīng)區(qū)。一般一次反應(yīng)區(qū)和二次反應(yīng)區(qū)是特定的，燒嘴霧化效果差以及燒嘴物料不平衡均會(huì)改變反應(yīng)區(qū)。焦煤漿中的石油焦反應(yīng)活性低，很難著火，不利于氣化反應(yīng)，故一次反應(yīng)區(qū)將大幅增加，即火焰變得更長(zhǎng)；由于二次反應(yīng)區(qū)空間減少，故渣中殘?zhí)己可?。通過前期運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，在相同負(fù)荷下增加石油焦的摻燒比例，渣中殘?zhí)己可摺⒃吭龆?，也證明了這一點(diǎn)。正常情況下，氣化爐靠近渣口處屬于二次反應(yīng)區(qū)的末端，而運(yùn)行中該處溫度波動(dòng)大且低，證明二次反應(yīng)劇烈。

因此，無論是從燒嘴霧化效果來說還是從細(xì)粒子對(duì)反應(yīng)區(qū)的影響來說，均對(duì)渣中殘?zhí)己可咂鸬搅藳Q定性作用。

2.2 系統(tǒng)水質(zhì)差

在設(shè)計(jì)時(shí)，氣化裝置的氣化爐、旋風(fēng)分離器和水洗塔出口黑水含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.5%，1.5%和1.0%，實(shí)際水洗塔出口黑水中含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.31%。由于未對(duì)旋風(fēng)分離器出口黑水含固量進(jìn)行分析，通過現(xiàn)場(chǎng)取樣對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其值是水洗塔出口黑水含固量的1.5～2.0倍，即旋風(fēng)分離器和水洗塔的除塵效果是較好的，水煤氣中夾帶的細(xì)灰不是因洗滌效果差所致。通過對(duì)旋分分離器混合器拆檢發(fā)現(xiàn)，其結(jié)垢原因并不是因?yàn)橄到y(tǒng)的堿度和硬度過高所導(dǎo)致的堿性結(jié)垢。

中金石化公司氣化裝置結(jié)垢原因是系統(tǒng)帶灰量較大，灰顆粒在流速較低處附著在管壁上形成集聚。由于未反應(yīng)的殘?zhí)拣ざ容^大，特別是在摻燒石油焦的情況下會(huì)增大灰顆粒在管道粘接的概率，導(dǎo)致管道結(jié)垢。對(duì)于水煤漿氣化裝置而言，氣相是很少存在結(jié)垢現(xiàn)象的，主要原因在于氣相流速較快。而對(duì)中金石化公司氣化裝置進(jìn)行拆檢發(fā)現(xiàn)，氣相管道中有大量灰渣集聚，細(xì)灰在管壁上附著后形成參差不齊的漩渦，漩渦處流速低，運(yùn)行周期越長(zhǎng)，灰渣集聚越多。通過前期運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，摻燒石油焦比例增大后，混合器壓差以1.5 kPa/d的速率增加。

通過對(duì)混合器處積灰的殘?zhí)己窟M(jìn)行分析，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為86%(也可以通過對(duì)混合器積灰采樣作進(jìn)一步的元素分析，因?yàn)槊褐谢曳衷诟鱾€(gè)部位有不同的分布)。這就說明沒有霧化或者大部分沒有霧化反應(yīng)的焦煤漿細(xì)顆粒與燃燒后的細(xì)灰粒度接近或更細(xì)，從而造成夾帶。該處集聚的并不是質(zhì)量相對(duì)較輕的細(xì)灰，而是燃燒不完全的殘?zhí)肌Ｓ捎诹６冗^小，燃燒后的煤顆粒不容易團(tuán)聚形成較大的灰顆粒形成沉淀，所以導(dǎo)致黑水中含固量升高。殘?zhí)己扛叩募?xì)灰很難進(jìn)行沉降分離，在水中處于懸浮狀態(tài)，由于黑水循環(huán)泵的進(jìn)口高于水洗塔的黑水出口，這相當(dāng)于水洗塔內(nèi)的細(xì)灰又返回至氣化爐內(nèi)。目前氣化裝置負(fù)荷較低，如果運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到100%，采用粒度分布過細(xì)的焦煤漿將會(huì)造成氣化爐帶水，即氣化爐的液位會(huì)逐漸下降，后期會(huì)導(dǎo)致氣化爐的液位難以控制。氣化爐液位過低將導(dǎo)致氣化爐激冷室的黑水濃度增大，單位時(shí)間內(nèi)帶出氣化爐的細(xì)灰會(huì)增加很多。由于黑水是返回利用的，所以氣化爐內(nèi)的黑水水質(zhì)越來越差，最終會(huì)因氣化爐帶水而造成系統(tǒng)停車。

碳轉(zhuǎn)化率偏低，從氣化爐燃燒室排出的渣中可燃物含量高，造成水系統(tǒng)中含有較多的細(xì)煤顆粒；由于煤本身具有黏性，黑水黏度增大，在管道內(nèi)流速過低，加重了管道內(nèi)壁的結(jié)垢。過多的細(xì)粒子燃燒后形成的超細(xì)灰也更多，對(duì)于旋風(fēng)分離器來說，水煤氣中夾帶的超細(xì)灰是無法脫除的，加劇了水煤氣帶灰。

系統(tǒng)水質(zhì)的控制是一個(gè)長(zhǎng)線工作，控制好水質(zhì)須從源頭上解決問題。過多的細(xì)粒子在積灰的過程中相當(dāng)于起“源”的作用，在石油焦摻燒比例較大時(shí)，細(xì)粒子會(huì)集聚在管壁上，長(zhǎng)此以往，積灰速率會(huì)成倍增大，從而制約裝置運(yùn)行。因此，如果不調(diào)整焦煤漿的粒度分布，氣化裝置很難實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 處理措施

利用停車機(jī)會(huì)，通過多方面的努力，徹底解決了焦煤漿質(zhì)量差的問題：①加強(qiáng)對(duì)原料煤的認(rèn)識(shí)，將原有特低灰煤種改為水煤漿氣化裝置最常用的煙煤；②控制好原料煤與石油焦的摻燒比例，并由專人負(fù)責(zé)，嚴(yán)禁私自變更原料煤與石油焦的摻燒比例；③優(yōu)化焦煤漿的粒度分布，使其符合工藝包的要求，同時(shí)建立相應(yīng)的處罰機(jī)制。

通過采取相應(yīng)的措施，基本上解決了焦煤漿質(zhì)量差導(dǎo)致的渣中殘?zhí)己扛咭约跋到y(tǒng)水質(zhì)差的問題。

3 結(jié)語

通過對(duì)氣化裝置出現(xiàn)的問題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，存在的問題逐一得到解決，氣化裝置的運(yùn)行周期大幅延長(zhǎng)，為長(zhǎng)周期運(yùn)行打下了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也為擬采用石油焦為原料的氣化裝置提供了可借鑒的依據(jù)。

AnalysisofInitialStart-UpProblemsofGasificationDeviceforCokingCoalSlurryUnit

YANG Lu

(Ningbo Zhongjin Petrochemical Co., Ltd., Zhenhai 315203, China)

The slurry made from petroleum coke which was the by-product of delayed coking production and coal-water slurry which was purchased in the market were burned together in the opposed multi- nozzle coal- water slurry gasifier in definite proportion. In the early operating days of the unit, the main problems occured were high failure rate of the coal slurry pumps and poor quality of the coal-water slurry. Through the reason analysis and adopting corresponding measures, the existing problems are solved one by one. The operation time of gasification unit is greatly extended, which provides a referable basis for the unit with petroleum coke as raw material.

coking coal slurry; coal gasification; coal slurry pump

楊路(1989—)，男，助理工程師，技師，從事水煤漿氣化生產(chǎn)工作；13863252062@163.com

TQ545

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1006- 7779(2017)05- 0048- 03

2015- 12- 03)