多噴嘴對置式水煤漿氣化爐節(jié)能增效改造探討

孔德升

(新能鳳凰〔滕州〕能源有限公司 山東滕州 277527)

新能鳳凰(滕州)能源有限公司720 kt/a甲醇項目采用多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化工藝生產(chǎn)原料氣，氣化裝置配置投煤量1 500 t/d的四噴嘴氣化爐3臺，2開1備。氣化裝置自投運以來，酸性氣量大且酸性氣中有效氣(CO+H2)含量高，送至火炬系統(tǒng)燃燒造成了資源的嚴重浪費。因此，實現(xiàn)酸性氣的回收利用是企業(yè)節(jié)能增產(chǎn)的重要途徑之一。

1 工藝流程

多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化工藝以煤、工藝水(系統(tǒng)灰水、壓濾機濾液和甲醇精餾廢液)和氧氣為原料，采用濕法研磨制備的高濃度水煤漿由高壓煤漿泵加壓后與來自空分裝置的高壓氧氣(體積分數(shù)≥96%)通過預(yù)膜式工藝燒嘴混合、霧化噴入氣化爐燃燒室發(fā)生部分氧化還原反應(yīng)，生成以CO和H2為主要成分的合成氣。夾帶熔渣的高溫合成氣首先由下降管導(dǎo)入激冷室水浴，熔渣急冷、固化、破碎后依靠重力和慣性進入鎖斗間歇外排；合成氣經(jīng)降溫、增濕后出激冷室，經(jīng)混合器對細灰增濕、旋風(fēng)分離器粗分細灰和洗滌塔精洗后，水氣比為1.4、灰塵質(zhì)量濃度≤1 mg/m3的合成氣被送往后工序作為系統(tǒng)生產(chǎn)的原料氣。氣化裝置中配備有系統(tǒng)水循環(huán)，用以洗滌合成氣、置換設(shè)備內(nèi)水質(zhì)和移出系統(tǒng)內(nèi)灰渣，含渣量較高的黑水進入由蒸發(fā)熱水塔、低壓閃蒸和真空閃蒸組成的三級閃蒸系統(tǒng)，實現(xiàn)黑水濃縮降溫、熱量回收和酸性氣解析，再經(jīng)絮凝沉降處理，較清潔的灰水返回系統(tǒng)循環(huán)利用。

2 運行概況

2.1 酸性氣量大

氣化爐下降管底端與氣化爐黑水出口距離較近(約2.5 m)，合成氣出下降管后必然有部分有效氣(CO+H2)氣泡夾雜在黑水中，隨氣化爐黑水排入蒸發(fā)熱水塔，減壓閃蒸后隨閃蒸氣經(jīng)熱水室、酸性氣冷凝器換熱，絕大部分水蒸氣得到冷凝，而以CO和H2為主要成分的不凝氣則送火炬系統(tǒng)燃燒或經(jīng)汽提塔汽提解析后送鍋爐燃燒。經(jīng)測定，酸性氣主要成分：φ(CO2)39.11%，φ(CO+H2)51.62%，φ(NH3)5.72%，φ(H2S)3.30%，其他成分體積分數(shù)在0.25%。原設(shè)計中單系統(tǒng)酸性氣量僅為291 m3/h(標態(tài)，下同)，但實際運行中高達2 000 m3/h。按50 ℃下水蒸氣的飽和蒸汽壓為0.012 MPa、酸性氣中水氣比為0.016計，單系統(tǒng)酸性氣中CO和H2的量為1 969 m3/h。以2 100 m3/h有效氣(CO+H2)可生產(chǎn)1 t精甲醇、2套系統(tǒng)年運行330 d、精甲醇售價2 400 元/t計，回收酸性氣年可增產(chǎn)精甲醇7 664 t，則年可增加收益1 840萬元，回收價值可觀。

2.2 黑水角閥下緩沖筒體沖刷磨穿

蒸發(fā)熱水塔角閥后緩沖筒體的沖刷磨損問題較為突出，嚴重時每周需補焊1次，在生產(chǎn)區(qū)域頻繁補焊作業(yè)存在安全隱患，嚴重制約著系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行。通過對氣化渣和濾餅量的對比分析發(fā)現(xiàn)，濾餅細渣量所占比例過高，說明氣化爐激冷室內(nèi)部分灰渣未來得及沉降進入鎖斗便隨黑水進入渣水系統(tǒng)。因此，降低氣化爐黑水中的灰渣含量是解決角閥后緩沖筒體沖蝕磨損和改善系統(tǒng)水質(zhì)以預(yù)防結(jié)垢的重要途徑。

2.3 激冷室積渣帶灰

激冷室水浴洗滌是合成氣洗滌、除灰的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著運行負荷的提高，發(fā)現(xiàn)氣化爐帶灰日趨明顯，嚴重時造成氣化爐合成氣出口管線和混合器處積灰堵塞，壓差高達0.15 MPa。經(jīng)停爐檢查，發(fā)現(xiàn)激冷室內(nèi)壁附著較多細灰，破泡條被細灰包裹，氣泡分割能力降低。

3 酸性氣改造方案探討

由于酸性氣具有夾帶灰分、低壓、高NH3和高H2S含量且易帶水、不穩(wěn)定的特性，回收利用酸性氣不僅要考慮如何加壓并入系統(tǒng)，還要考慮除氨、除硫、除水、除灰等措施，改造繁瑣，資金投入大。因此，從源頭上減少氣化爐黑水夾帶的有效氣量具有重大意義。

3.1 改造方案

在黑水出口側(cè)激冷室底部下降管與激冷室內(nèi)壁之間安裝一弧形擋板，其法線與黑水出口平行，并且采用法蘭將其連接在靜態(tài)破渣器上以便于拆卸維修，上部用固定支架與氣化爐內(nèi)壁固定，防止運行時受合成氣沖擊震動造成固定螺栓松動脫落。弧形擋板直徑應(yīng)盡可能大，并與激冷室內(nèi)壁間保持足夠空間，避免灰渣沉積堵塞氣化爐黑水出口，同時也便于檢查和清理激冷室內(nèi)灰渣。

3.2 改造效果

安裝弧形擋板后，出下降管的合成氣受沖擊慣性會繼續(xù)向下運動，而夾雜在黑水中的有效氣體未繞過弧形隔板，在黑水阻力和自身浮力作用下改為向上運動，經(jīng)鋸齒形破泡分離擋板分割洗滌、換熱后出激冷室，其間合成氣洗滌、換熱效果不受影響。

下降管底端至黑水出口的捷徑被弧形擋板切斷后，出下降管被急冷破碎的灰渣直接排入破渣機，減少了黑水中夾帶的細灰量，對改善系統(tǒng)水質(zhì)、節(jié)省藥劑用量、減輕黑水管線結(jié)垢和磨損有重大作用。

增加弧形擋板后，激冷室內(nèi)的交換作用增強，改善了氣化爐內(nèi)水質(zhì)。下降管外圍空間減少，強化了下降管底部導(dǎo)氣管的旋流作用，有利于減輕激冷室內(nèi)壁灰渣附著和結(jié)垢。

4 結(jié)語

該改造方案簡單，資金投入少，無需增加設(shè)備、管線和用地規(guī)模。弧形擋板豎直安裝在靜態(tài)破渣器上，急冷后的灰渣直接進入破渣機，弧形擋板外側(cè)灰含量低，利于減輕激冷室、破泡條積灰和結(jié)垢，降低了氣化爐液位計堵塞的概率。安裝弧形擋板后，黑水中的固含量減少，緩解了氣化爐帶水、帶灰問題，同時有效減少了氣化爐黑水夾帶的有效氣量，有利于提高甲醇產(chǎn)量。