中煤圖克項目BGL氣化爐階段性運行分析

劉立強

（中煤鄂爾多斯能源化工有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017317）

引 言

中煤鄂爾多斯能源化工有限公司圖克項目一期于2011年6月開工建設(shè)，設(shè)計年產(chǎn)100萬t合成氨、175萬t尿素、同時副產(chǎn)10萬t LNG及油品等，項目于2014年2月打通全流程，產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)尿素。氣化裝置采用上海澤瑪克敏達(dá)機械設(shè)備有限公司的碎煤加壓液態(tài)排渣氣化技術(shù)（簡稱BGL氣化爐），原設(shè)計為5開2備，2016年又建成3臺BGL氣化爐（8#爐～10#爐），截至目前共計建成10臺BGL氣化爐。自2014年投運以來，氣化爐攪拌器漏水、高壓冷卻水系統(tǒng)漏水、含塵焦油的處理等問題一直是造成氣化爐停車的主要因素，筆者通過對BGL氣化爐運行情況的階段性總結(jié)、分析，探討提高BGL氣化爐長期穩(wěn)定運行的方法。

1 BGL氣化工藝流程

圖克項目以當(dāng)?shù)孛悍N作為原料煤。粒徑6 mm～50 mm的原料煤經(jīng)輸煤皮帶進入煤倉緩存，每臺氣化爐設(shè)有2臺煤鎖，交替操作，間斷地將原料煤加入爐內(nèi)，通過爐內(nèi)攪拌器將煤均勻分布在氣化爐的橫截面上，由上至下依次經(jīng)過干燥層、干餾層、氣化層、燃燒層和熔渣層。在此過程中，煤與蒸汽氧氣混合物進行一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)生的液態(tài)渣儲存在渣池內(nèi)，通過下渣口間斷排入激冷室和渣鎖，渣鎖間斷地把激冷后的玻璃渣排入渣溝，通過水力作用沖入渣池，由橋式抓斗起重機撈出晾干后，運至渣場。產(chǎn)生的粗煤氣與爐內(nèi)原料煤逆流接觸，降溫至550℃±50℃，經(jīng)洗滌冷卻器、廢熱鍋爐洗滌冷卻后，進入粗煤氣總管，送至下游裝置，煤氣水送至煤氣水分離裝置，經(jīng)預(yù)處理后送至酚氨回收裝置。

2 BGL氣化爐運行情況分析

2.1 原料煤使用情況

原設(shè)計中需要在原料煤中添加石灰石，用于調(diào)節(jié)氣化爐內(nèi)熔渣的流動性及熔融溫度。圖克項目BGL氣化爐原設(shè)計煤種性質(zhì)見表1。

表1 BGL氣化爐原設(shè)計煤種性質(zhì)

后經(jīng)對比周邊煤礦煤種與原設(shè)計煤種性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)采用不同煤礦煤種配煤的方式，也可以達(dá)到調(diào)節(jié)熔渣的灰熔融性溫度和黏度的目的。圖克項目實際生產(chǎn)中采用的周邊煤礦煤種的性質(zhì)見表2。

表2 周邊煤礦煤種的性質(zhì)

總結(jié)實際生產(chǎn)過程中各煤礦原料煤配比情況，發(fā)現(xiàn)E礦煤與其他礦煤配比（質(zhì)量比）在3∶1～5∶1時，氣化爐工況較為穩(wěn)定。

2.2 粗煤氣組分對比

圖克項目采用混煤為原料（E礦煤與其他礦煤按灰中SiO2與CaO質(zhì)量比1∶1配煤）得到的氣化爐粗煤氣組分與設(shè)計值對比見表3。由表2、3可知，以混煤為原料煤的品質(zhì)優(yōu)于設(shè)計煤質(zhì)，灰分相對較低，灰熔融性溫度由1 329℃降至1 140℃左右，可取消助熔劑的加入，氣化爐運行穩(wěn)定。采用混煤為原料，粗煤氣有效氣（CO+H2）體積分?jǐn)?shù)達(dá)到了85.94%，高于設(shè)計值2.24個百分點。

表3 混煤為原料得到的氣化爐粗煤氣組分與設(shè)計值對比

2.3 氣化爐總體運行情況

BGL氣化爐自運行以來，一直處在高負(fù)荷穩(wěn)定運行狀態(tài)，2019年氣化爐保持在6開3備1檢修狀態(tài)，10臺氣化爐全年共計運行2 049 d。配合后系統(tǒng)完成了單系列檢修2次；挖爐檢修12次，其中因工藝操作問題停車1次、計劃檢修3次、其余8次為設(shè)備問題，設(shè)備問題主要集中在氣化爐攪拌器漏水和高壓冷卻水系統(tǒng)漏水；發(fā)生熱備停車23次，其中因設(shè)備問題熱備停車10次、配合后系統(tǒng)檢修計劃熱備停車10次、因公用系統(tǒng)問題熱備停車3次。

因此，氣化爐攪拌器漏水和高壓冷卻水系統(tǒng)漏水是造成BGL氣化爐停車的主要因素之一。

3 存在的問題及解決思路

3.1 氣化爐攪拌器漏水

氣化爐設(shè)計煤種為弱黏結(jié)性煤，故設(shè)置有攪拌器，主要作用為破黏和均勻布煤。攪拌器循環(huán)系統(tǒng)的主要設(shè)備有：攪拌器補水緩沖罐、攪拌器循環(huán)泵、攪拌器、空冷器。攪拌器循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計壓力為4.0 MPa，攪拌器設(shè)計最大轉(zhuǎn)速12 r/h。開車前，由中壓鍋爐水將攪拌器補水緩沖罐液位建立完成，通過緩沖罐底部一開一備的機泵加壓將中壓鍋爐水送至攪拌器中進行強制冷卻，攪拌器出水經(jīng)過空冷器由187℃降至140℃，鍋爐水循環(huán)回攪拌器補水緩沖罐內(nèi)。

試車初期，攪拌器一直處在轉(zhuǎn)動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍6 r/h～12 r/h，運行一段時間后就會出現(xiàn)攪拌器漏水現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為攪拌器補水緩沖罐液位下降，氣化爐出口溫度降低。為了減少漏水量，將攪拌器系統(tǒng)循環(huán)量降低，以降低攪拌器進出口壓差。氣化爐檢修時，發(fā)現(xiàn)漏點主要在攪拌器槳葉端頭，進行修補或更換后可再次開車。對漏點位置進行分析，發(fā)現(xiàn)攪拌器槳葉端頭為線速度最大位置，與原料煤的摩擦最為頻繁，最容易發(fā)生泄漏。

2016年圖克項目8#氣化爐投運后發(fā)現(xiàn)攪拌器不能啟動，但氣化爐仍可正常運行，原料煤可正常加入，未出現(xiàn)因加煤不暢導(dǎo)致的氣化爐出口溫度高的現(xiàn)象，由此判斷原料煤仍可正常分布。基于此，結(jié)合使用的原料煤大部分為不黏結(jié)性煤，自2016年9月份開始，圖克項目逐漸轉(zhuǎn)變攪拌器的操作觀念，正常工況下開始逐步降低攪拌器轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到了攪拌器停運的目的。攪拌器停運后，槳葉端頭不再與原料煤摩擦，沒有再發(fā)生過攪拌器槳葉端頭泄漏的情況。此項操作執(zhí)行后，2017年氣化爐平均運行時間較2016年增加57 d，檢修次數(shù)減少6次，氣化爐單爐單次運行時間顯著提升。但是，攪拌器漏水現(xiàn)象依然存在，分析原因主要為試車初期在攪拌器漏水的情況下，為了減少漏水量而降低攪拌器系統(tǒng)循環(huán)量，可能造成罐體金屬晶相結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在高溫環(huán)境下罐體開裂造成漏水。

解決攪拌器漏水主要方向：（1）逐步對漏水的攪拌器進行更換；（2）攪拌器循環(huán)量嚴(yán)格按照設(shè)計值進行操作；（3）繼續(xù)執(zhí)行工況不佳時（氣化爐出口溫度高、床層壓差增加）轉(zhuǎn)動攪拌器，其余情況下攪拌器停運的操作原則。

3.2 高壓冷卻水系統(tǒng)漏水

高壓冷卻水系統(tǒng)主要設(shè)備有高壓冷卻水緩沖罐、高壓冷卻水循環(huán)泵、氣化爐專利部件（包括下渣口、下爐膛下部、下爐膛上部、上爐膛、鼓風(fēng)口）、高壓冷卻水冷卻器。高壓冷卻水緩沖罐開車前使用脫鹽水建立液位，由緩沖罐底部高壓冷卻水循環(huán)泵加壓送至氣化爐專利部件進行強制循環(huán)換熱，再由高壓冷卻水冷卻器冷卻后，送回高壓冷卻水緩沖罐中。

該系統(tǒng)發(fā)生漏水的部位為下渣口和鼓風(fēng)口。下渣口漏水的主要原因為熔融狀態(tài)渣經(jīng)過下渣口磨損導(dǎo)致，需要在氣化爐檢修時對其進行更換。鼓風(fēng)口漏水的主要原因為鼓風(fēng)口處在氣化爐反應(yīng)的高溫區(qū)，當(dāng)燃燒中心發(fā)生偏移或鼓風(fēng)口前有障礙物時，發(fā)生局部溫度過高，使埋在鼓風(fēng)口內(nèi)部的冷卻水管逐漸裸露在高溫環(huán)境中，最終發(fā)生泄漏。

解決高壓冷卻水系統(tǒng)漏水的主要方向：（1）制定合理的氣化爐運行周期，避免發(fā)生非計劃檢修；（2）定期對下渣口進行更換，尋找制造廠家共同研發(fā)提高下渣口使用壽命的路徑；（3）穩(wěn)定工藝操作，避免氣化爐發(fā)生大幅度的加減負(fù)荷，使鼓風(fēng)口壁溫處在相對較溫和的區(qū)間；（4）檢修時對拆下的鼓風(fēng)口內(nèi)部的冷卻水管進行水壓試驗，不合格的冷卻水管進行淘汰、更換。

3.3 含塵焦油的處理

含塵焦油的處理也是影響氣化爐穩(wěn)定運行的一個重要因素。煤氣水分離裝置設(shè)置有離心機，能夠?qū)⒑瑝m焦油進行分離，純度較高的焦油外售，部分由焦油返爐系統(tǒng)注入到氣化爐內(nèi)，以達(dá)到抑制煤塵帶出并增加氣化爐產(chǎn)氣量；離心機將剩余含油煤粉送至備煤工段，與原料煤混合后部分返回至氣化爐內(nèi)。氣化爐摻燒含油煤粉后，氣化爐出口溫度高的概率較未摻燒時顯著提高，檢修時發(fā)現(xiàn)布煤盤上部出現(xiàn)大量結(jié)焦。分析原因，氣化爐夾套運行溫度為250℃左右，攪拌器及布煤盤內(nèi)部溫度約130℃，此溫度未達(dá)到大量焦油開始析出的溫度。布煤盤上部空間內(nèi)約存貯1鎖斗煤（約8 t），在此溫度下軟化的焦油會與煤粉接觸混合，形成較大的結(jié)塊，容易將布煤盤上部空間占滿，僅留下一個下煤的通道。對比未進行含油煤粉摻燒時氣化爐布煤盤上無結(jié)焦的現(xiàn)象，含油煤粉摻燒、焦油返爐是造成布煤盤上部結(jié)焦的主要原因。同時布煤盤上部結(jié)焦也加大了檢修時物料清理的難度，延長了檢修時間。

解決含塵焦油處理的主要方向：（1）重新設(shè)計合理的焦油返爐位置，以更好地利用焦油，實現(xiàn)既能增加產(chǎn)氣量、又能有效處理危廢品。（2）不再進行焦油返爐操作，尋求其他路徑解決焦油、含油煤粉處理的問題，將焦油與塵徹底分離，得到高品質(zhì)的焦油和干煤粉，焦油可外售，干煤粉返回鍋爐裝置。

4 結(jié) 語

BGL氣化爐在中煤圖克項目的應(yīng)用中有效氣含量高，裝置生產(chǎn)運行相對穩(wěn)定，但在實際生產(chǎn)中仍需要不斷努力解決攪拌器漏水、高壓冷卻水系統(tǒng)漏水及產(chǎn)生的含塵焦油處理等問題，進一步提升BGL氣化爐的運行穩(wěn)定性。