神華寧煤400萬t/a煤炭間接液化示范項目煤氣化裝置存在的問題及對策

(中國寰球工程有限公司北京分公司，北京 100012)

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)400萬t/a煤炭間接液化示范項目的煤氣化裝置，于2016年10月26日實(shí)現(xiàn)第一臺氣化爐投料成功，2017年11月3日最后一臺氣化爐投料試車成功并產(chǎn)出合格粗煤氣。經(jīng)歷了一年調(diào)試運(yùn)行，于2017年12月17日實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行。該項目共設(shè)置28臺氣化爐，4個系列低溫甲醇洗，8臺費(fèi)托反應(yīng)器，處理氣量為280萬Nm3/h。到目前為止，28臺氣化爐最長運(yùn)行周期為：A類運(yùn)行157天；B類運(yùn)行250天；其中，6臺氣化爐B類運(yùn)行天數(shù)均達(dá)200天以上。

1 煤氣化裝置概況

神華寧煤400萬t/a煤制油項目煤氣化裝置采用了粉煤下行激冷氣化工藝，該裝置包括28臺粉煤氣化爐，其中，24臺氣化爐由中國寰球工程公司負(fù)責(zé)設(shè)計，另外4臺由中國五環(huán)工程有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計。每4臺氣化爐共用一個氣化框架，共設(shè)置7個氣化框架。

煤氣化裝置的相關(guān)數(shù)據(jù)如下：合成氣產(chǎn)量為318.0×104Nm3/h(CO+H2)，粉煤消耗量為2 228t/h，其中，24臺氣化爐單爐產(chǎn)氣能力為132 500Nm3/h(CO+H2)，4臺神寧爐單爐產(chǎn)氣量為130 000～140 000Nm3/h(CO+H2)。

煤氣化裝置包括粉煤加壓輸送、氣化、除渣、合成氣體洗滌、黑水閃蒸、黑水處理、氣化介質(zhì)供應(yīng)及配套的公用工程等單元。煤氣化流程見圖1。

圖1 煤氣化流程

(1)粉煤加壓輸送。該單元采用1個常壓粉倉、2個鎖斗、1個給料罐的系統(tǒng)設(shè)計。其中，24臺氣化爐采用4根煤線下出料、通氣錐形式的輸送方式設(shè)計，4臺神寧爐采用4根側(cè)出料、點(diǎn)式流化器形式的輸送方式設(shè)計。煤粉管線上均設(shè)置煤粉流量調(diào)節(jié)閥，切實(shí)保證了輸送系統(tǒng)煤粉平穩(wěn)供料。

(2)氣化單元。24臺氣化爐是在西門子原有氣化爐基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造，上半部分保留了原有西門子反應(yīng)室水冷壁結(jié)構(gòu)外殼帶水加套的設(shè)計，下部激冷室由原有的噴淋結(jié)構(gòu)改為激冷環(huán)加下降筒和破泡盤結(jié)構(gòu)形式；4臺神寧爐為新設(shè)計的氣化爐，也采用水冷壁的結(jié)構(gòu)設(shè)計，無水夾套。激冷室結(jié)構(gòu)與24臺氣化爐結(jié)構(gòu)相似，采用了下降筒加破泡盤結(jié)構(gòu)設(shè)計。氣化爐產(chǎn)氣能力較24臺氣化爐大。

(3)合成氣洗滌單元。合成氣洗滌單元原SFGT流程采用了鼓泡塔加一級文丘里、一級分離器、高壓噴頭、聚結(jié)器和原料氣分離罐的洗滌工藝；改后28個系列工藝為：來自氣化爐的粗合成氣經(jīng)一級文丘里、一級分離器、二級文丘里、洗滌塔洗滌后進(jìn)入下游變換裝置。二級文丘里采用可調(diào)式，根據(jù)裝置負(fù)荷調(diào)節(jié)喉頭位置，洗滌塔采用板式塔形式。

(4)黑水閃蒸單元。SFGT原工藝采用兩級閃蒸工藝，一級閃蒸壓力為0.55MPa，二級閃蒸壓力為0.03MPa，閃蒸氣采用換熱器間接換熱冷卻工藝；改造后28個系列工藝為：采用三級閃蒸工藝，閃蒸壓力分別為0.8MPa、0.3MPa和0.03MPa。閃蒸氣采用加濕塔的直接接觸換熱冷卻工藝。

(5)黑水處理單元。該單元采用澄清槽加真空過濾機(jī)的工藝。

2 煤氣化裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)

煤氣化裝置設(shè)計滿負(fù)荷運(yùn)行時，24臺氣化爐在線，4臺備用。

單臺氣化爐運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。

表1 單臺氣化爐運(yùn)行數(shù)據(jù)

續(xù)表

3 運(yùn)行中常見問題及解決方案

3.1 激冷環(huán)磨蝕及下降筒損壞

運(yùn)行約半年，1#、2#、5#爐停爐檢修時發(fā)現(xiàn)激冷環(huán)外環(huán)管件出現(xiàn)裂縫，下降管局部出現(xiàn)磨損，主要損壞部位集中在下降管從上往下約1 400mm處，出現(xiàn)不同程度的鼓包和變形。主要原因是在下行激冷流程的粉煤氣化工藝中，合成氣中粉塵含量高，激冷水中固含量相對水煤漿氣化工藝偏高，激冷環(huán)設(shè)計中通過分配管到環(huán)隙的流速偏高，造成分配管附近水流通過布水孔時對激冷環(huán)外環(huán)的沖刷。

另外，由于激冷水溫度高，堿金屬離子含量高，造成激冷環(huán)內(nèi)部結(jié)垢，激冷水布水孔局部堵塞，也是造成水流速度過大的一個原因。

適當(dāng)調(diào)低激冷環(huán)的進(jìn)水量；在原有設(shè)計的基礎(chǔ)上，孔數(shù)量不變，加大了孔的面積。另外，改變了激冷環(huán)與下降筒之間的環(huán)縫大小，確保在下降筒上形成均布液膜的同時，減少對下降筒的磨蝕。

3.2 激冷水過濾器堵塞

激冷水過濾器結(jié)構(gòu)為籃式過濾器，為了實(shí)現(xiàn)在線反沖洗，激冷水原設(shè)計為外進(jìn)內(nèi)出。實(shí)際運(yùn)行中因激冷水過濾器進(jìn)口閥門內(nèi)漏，激冷水過濾器切換困難，很難實(shí)現(xiàn)在線反沖洗。由于過濾器進(jìn)水水質(zhì)差，造成了激冷水過濾器濾芯嚴(yán)重變形，濾芯前后差壓大導(dǎo)致濾芯整體被頂起。激冷水經(jīng)濾芯法蘭邊短路流通，未經(jīng)過濾器的激冷水直接加壓后送到激冷環(huán)組件，造成下游激冷環(huán)磨蝕。

考慮到籃式過濾器無法實(shí)現(xiàn)在線反沖洗，為了保護(hù)下游激冷環(huán)部件，將籃式過濾器的內(nèi)部體積增加，改為“里進(jìn)外出”結(jié)構(gòu)形式，避免激冷水走短路，延長了激冷水過濾器的使用壽命。

另外，原設(shè)計為“一用一備”的過濾器，目前正常運(yùn)行時采用兩臺過濾器同時投用，停車時再對兩臺過濾器進(jìn)行清洗。

3.3 激冷水泵打不上量

煤氣化裝置中總的激冷水量原設(shè)計為576m3/h，激冷水泵設(shè)置3臺，2開1備，單臺泵的流量為288m3/h(正常)/315m3/h(最大)；激冷水泵前設(shè)置籃式過濾器，從洗滌塔底部經(jīng)激冷水過濾器過濾后的水進(jìn)入激冷水泵入口，經(jīng)激冷水泵加壓后送氣化爐激冷環(huán)使用。激冷水設(shè)置流量低自啟動備泵，低低跳車的連鎖。

由于激冷水質(zhì)差，籃式過濾器堵塞造成泵入打量不足，在啟動備泵過程中造成流量低低連鎖跳車。

分析后發(fā)現(xiàn)，造成如上問題的原因有以下幾個方面：①激冷水質(zhì)差；②激冷水泵入口配管造成遠(yuǎn)端泵實(shí)際打量與設(shè)計流量相差較大；③激冷水源頭是洗滌塔的下部，入水口距離塔底較近。

解決辦法：①改善激冷水水質(zhì)，主要增加外補(bǔ)水質(zhì)量控制和系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)水質(zhì)量控制；②該泵入口管內(nèi)激冷水壓力高、溫度高，應(yīng)力管道在配管時有嚴(yán)格要求，建議以后配管時優(yōu)化入口管道的布置，進(jìn)入三個泵的入口阻力降盡量相當(dāng)；③抬高洗滌塔激冷水的出口高度。

3.4 文丘里喉頭部位磨蝕及支撐斷裂

改造措施：①改善激冷水質(zhì)；②洗滌塔底部走開路排放，送出一路黑水去黑水處理單元；③由于二級文丘里具有調(diào)節(jié)功能，根據(jù)負(fù)荷大小來調(diào)試調(diào)節(jié)桿，達(dá)到調(diào)節(jié)流通面積的目的。由于二級文丘里差壓大，造成震動大，所以在布置時要考慮選擇合適的支撐方式消減震動，減少對調(diào)節(jié)桿的損壞。

4 結(jié)語

作為煤氣化裝置的核心設(shè)備——?dú)饣癄t，其運(yùn)行好壞直接關(guān)系到裝置的長周期、穩(wěn)定運(yùn)行。該項目煤氣化裝置采用國產(chǎn)化的下行激冷粉煤氣化工藝，在短時間內(nèi)達(dá)到了滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，煤耗低、氧耗低，合成氣中有效氣含量高達(dá)91%～93%，高于同類型的粉煤氣化工藝，出氣化合成氣中粉塵含量控制在1mg/Nm3。該氣化工藝技術(shù)在第一次工業(yè)化應(yīng)用中遇到了一些問題，經(jīng)過對問題的分析研究，實(shí)施了一系列的優(yōu)化改進(jìn)措施，使得煤氣化裝置得以滿負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行周期不斷加長。

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)400萬t/a煤炭間接液化示范項目是世界上迄今為止規(guī)模最大的、以煤為原料的煤制油項目，其成功示范為我國“富煤、貧油、少氣”的資源狀況提供了新的思路。該項目國產(chǎn)化率高，煤氣化技術(shù)、費(fèi)托合成技術(shù)均采用國內(nèi)自主研發(fā)的工藝，在短時間內(nèi)完成了裝置的成功示范。尤其是采用自主研發(fā)的煤氣化工藝，在短短一年時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了滿負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行，在節(jié)約時間的同時，為項目節(jié)省了更多費(fèi)用。