E-GAS氣化技術(shù)水煤漿制備及給料系統(tǒng)淺析

靳明亮，周建欣

(中海油惠州石化有限公司， 廣東惠州 516086)

1 概述

中海油惠州石化有限公司(簡(jiǎn)稱惠州石化)煤制氫氣化裝置采用E-Gas氣化技術(shù)，氣化爐為上流式兩段式水煤漿氣化爐。氣化爐一段通過(guò)2個(gè)一段煤漿噴嘴注入煤漿與高壓氧氣發(fā)生部分氧化反應(yīng)，反應(yīng)中生成的高溫合成氣和熔融灰渣分離，高溫合成氣向上流動(dòng)進(jìn)入氣化爐二段。氣化爐二段中通過(guò)2個(gè)二段煤漿噴嘴注入煤漿和高壓合成氣，對(duì)一段進(jìn)入的高溫合成氣進(jìn)行冷卻。冷卻后的合成氣進(jìn)入氣化爐停留段，進(jìn)一步分解合成中的焦油，在停留段通過(guò)冷凝液進(jìn)一步降低合成氣溫度至740～780 ℃。降溫后的合成氣進(jìn)入合成氣冷卻器，在回收余熱的同時(shí)產(chǎn)生超高壓飽和蒸汽，然后通過(guò)焦過(guò)濾器除去合成氣中夾帶的固體顆粒，焦過(guò)濾器過(guò)濾下來(lái)的固體顆粒使用高壓合成氣輸送到氣化爐一段繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。除去固體顆粒的合成氣經(jīng)過(guò)水洗后大部分送入下游裝置，少部分經(jīng)壓縮機(jī)循環(huán)返回氣化爐回用。氣化爐一段產(chǎn)生的熔融灰渣向下流經(jīng)下降管后進(jìn)入激冷室，經(jīng)過(guò)破渣機(jī)破碎后通過(guò)減壓組件降壓后送至渣水分離系統(tǒng)。氣化裝置的流程示意簡(jiǎn)圖見圖1。

1—煤漿罐； 2—?dú)饣癄t； 3—停留段； 4—合成氣冷卻器； 5—汽包； 6—焦過(guò)濾器； 7—氯洗塔； 8—煤漿進(jìn)料泵; 9—煤漿循環(huán)泵。

2 水煤漿制備及給料系統(tǒng)

煤漿的制備在棒磨機(jī)中完成。來(lái)自固體循環(huán)罐的固體循環(huán)水、棒磨機(jī)工藝水和補(bǔ)充新鮮水，以及來(lái)自皮帶稱重給料機(jī)的煤(石油焦)，按照一定的比例進(jìn)入棒磨機(jī)的入口溜槽。通過(guò)控制棒磨機(jī)入口的水煤比來(lái)保持煤漿濃度，棒磨機(jī)中的煤漿以溢流的方式經(jīng)過(guò)棒磨機(jī)出口的滾筒篩過(guò)濾，然后進(jìn)入煤漿混合罐。煤漿混合罐的煤漿通過(guò)煤漿輸送泵送到煤漿給料分流器，分別送往3個(gè)煤漿儲(chǔ)槽，煤漿給料分流器可以改變煤漿的流向，將煤獎(jiǎng)送到任意1臺(tái)煤漿儲(chǔ)槽中。

來(lái)自煤漿儲(chǔ)槽的煤漿經(jīng)煤漿循環(huán)泵送出，經(jīng)過(guò)一段爐進(jìn)料煤漿泵和二段爐進(jìn)料煤漿泵入口后循環(huán)回煤漿儲(chǔ)槽。氣化爐一段進(jìn)料煤漿泵和二段進(jìn)料煤漿泵從煤漿循環(huán)管線上引出，以一定的流量向氣化爐供應(yīng)煤漿，分別向氣化爐的一段煤漿噴嘴和二段煤漿噴嘴供應(yīng)煤漿。

3 E-GAS氣化技術(shù)煤漿系統(tǒng)特點(diǎn)

3.1 固體循環(huán)水的回用

現(xiàn)行水煤漿氣化工藝中，含細(xì)渣的沉降槽底水(即固體循環(huán)水)一般是通過(guò)泵送至真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾處理，處理后的水返回作為磨煤機(jī)制漿補(bǔ)充水，壓濾后的細(xì)渣進(jìn)行外送處理[1-2]。E-GAS氣化技術(shù)將固體循環(huán)水通過(guò)變頻泵送至固體循環(huán)槽進(jìn)行儲(chǔ)存，再通過(guò)固體循環(huán)泵將細(xì)渣水送至磨煤機(jī)制備水煤漿，同時(shí)磨煤機(jī)還有備用新鮮水流程。氣化裝置煤漿管線沖洗水、煤漿制備/煤漿備料區(qū)域排放收集水也返回固體循環(huán)槽回用。

固體循環(huán)水直接回用有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 改善現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境。

有別于采用壓濾機(jī)處理細(xì)渣水流程，采用固體循環(huán)水直接回收流程，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)采用通用壓濾機(jī)流程時(shí)產(chǎn)生的酸性氣，也無(wú)細(xì)渣產(chǎn)生，改善了裝置現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，同時(shí)也節(jié)省了細(xì)渣處理費(fèi)用[3-4]。

(2) 提高碳轉(zhuǎn)化率。

固體循環(huán)水中含有的碳(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%)全部送回磨煤機(jī)回用，增加了裝置整體碳轉(zhuǎn)化率，降低了能耗。

(3) 有助于煤漿提濃。

固體循環(huán)水中細(xì)渣的粒度細(xì)，在回用固體循環(huán)水進(jìn)行制備煤漿后，在保持其他操作條件穩(wěn)定的情況下，通過(guò)分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，煤漿粒度分布有所改變，煤漿中粒徑小于0.25 mm的顆粒逐漸增加，大于0.25 mm的顆粒逐漸減少，煤漿平均濃度略有提高。

3.2 煤漿系統(tǒng)放空氣集中處理

在現(xiàn)有水煤漿氣化工藝中，水煤漿制備都會(huì)回用沉降槽底部細(xì)渣水。渣水中含有酸性氣，會(huì)在磨煤機(jī)廠房?jī)?nèi)溢出，影響現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境。有的裝置通過(guò)在磨煤機(jī)滾筒篩處增加管線，將制漿廢氣直接引至磨煤機(jī)廠房外高點(diǎn)放空；有的裝置在放空氣管線上配套軸流風(fēng)機(jī)，通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)將制漿廢氣排放至磨煤機(jī)廠房外，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境有所改善，但煤漿槽等設(shè)備均沒(méi)有配套放空系統(tǒng)。E-GAS氣化技術(shù)在各磨煤機(jī)滾筒篩處增加引風(fēng)管，將磨煤機(jī)中釋放氣體送至加熱爐燃燒；同時(shí)，煤漿儲(chǔ)槽、固體循環(huán)槽等儲(chǔ)槽配有氮封和放空氣風(fēng)機(jī)，制漿廢氣通過(guò)風(fēng)機(jī)送至加熱爐燃燒，裝置現(xiàn)場(chǎng)無(wú)酸性氣排放。

3.3 煤漿儲(chǔ)槽倒料流程及防沉降裝置

E-GAS氣化裝置3臺(tái)氣化爐配備3臺(tái)煤漿儲(chǔ)槽，進(jìn)料由2臺(tái)進(jìn)料分料器進(jìn)行切換，為方便煤漿儲(chǔ)槽檢修倒料，每臺(tái)煤漿槽配備1臺(tái)倒料泵，可將任意1個(gè)煤漿儲(chǔ)槽內(nèi)煤漿倒至另外2個(gè)煤漿儲(chǔ)罐中；同時(shí)，為避免煤漿儲(chǔ)槽攪拌器故障導(dǎo)致煤漿沉降，在每個(gè)煤漿儲(chǔ)槽底部設(shè)8個(gè)吹氣防沉降裝置，攪拌器故障時(shí)可將氮?dú)夤芫€通入防沉降裝置內(nèi)，避免煤漿迅速沉降，給檢修爭(zhēng)取時(shí)間。

3.4 使用煤漿循環(huán)泵為煤漿進(jìn)料泵供料

國(guó)內(nèi)通用的水煤漿儲(chǔ)槽一般為架空式結(jié)構(gòu)，煤漿可以通過(guò)料位差自流式進(jìn)入煤漿進(jìn)料泵(一般為隔膜/軟管式容積泵)入口，為煤漿進(jìn)料泵提供必要的入口壓力。E-GAS氣化技術(shù)煤漿儲(chǔ)罐為落地式底平儲(chǔ)罐，每個(gè)煤漿儲(chǔ)罐配有2臺(tái)(1開1備)離心式煤漿循環(huán)泵，煤漿通過(guò)煤漿循環(huán)泵增壓后分別進(jìn)入4臺(tái)煤漿進(jìn)料泵，循環(huán)管線上在進(jìn)料泵前后分別設(shè)有煤漿流量計(jì)；為防止煤漿循環(huán)管線中煤漿流速過(guò)低導(dǎo)致煤漿沉降，煤漿循環(huán)管線設(shè)置最低流速限制，同時(shí)在非氣化爐運(yùn)行期間，循環(huán)流量設(shè)有定期脈沖沖擊功能，以防止煤漿沉降。

3.5 煤漿加熱器降低氧耗

E-GAS氣化技術(shù)每臺(tái)氣化爐有4臺(tái)煤漿噴嘴，為降低氧耗，一段煤漿進(jìn)料管線配備煤漿加熱器,2條一段煤漿進(jìn)料管線共用1臺(tái)煤漿加熱器，利用中壓蒸汽將一段進(jìn)料煤漿加熱至149 ℃左右，降低系統(tǒng)氧耗；通過(guò)操作參數(shù)對(duì)比可知，投用煤漿加熱器不僅可以降低氧耗，而且可以提高合成中有效氣(CO+H2)含量(見圖2)。

為防止煤漿加熱器堵塞，對(duì)煤漿加熱器的投用條件由裝置開停工順控進(jìn)行限制：在煤漿燒嘴運(yùn)行后可以投用煤漿加熱器；在煤漿燒嘴跳停后自動(dòng)停用煤漿加熱器。在投用煤漿加熱時(shí)需注意煤漿進(jìn)料管線溫度的改變對(duì)燒嘴應(yīng)力的影響。

圖2 煤漿溫度和合成氣中CO2含量及氧氣消耗的關(guān)系

3.6 煤漿管線停工自沖洗流程

E-GAS氣化技術(shù)水煤漿進(jìn)料流程中在煤漿循環(huán)管線設(shè)置自動(dòng)沖洗流程，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷是否進(jìn)行煤漿循環(huán)管線沖洗：當(dāng)煤漿進(jìn)料泵停運(yùn)后，煤漿循環(huán)管線上沖洗水閥自動(dòng)打開進(jìn)行煤漿循環(huán)管線沖洗，沖洗完畢后系統(tǒng)自動(dòng)停止；煤漿燒嘴進(jìn)料成功后，系統(tǒng)也會(huì)對(duì)煤漿進(jìn)料循環(huán)管線進(jìn)行自動(dòng)沖洗。

4 運(yùn)行情況

惠州石化煤制氫氣化裝置制漿系統(tǒng)于2018年2月開始試運(yùn)行。在優(yōu)化工藝流程的過(guò)程中，充分利用煤漿儲(chǔ)槽出口循環(huán)線、煤漿儲(chǔ)槽出口至固體循環(huán)槽管線、煤漿循環(huán)泵出口至固體循環(huán)槽沖洗水管線，歷時(shí)2 d順利完成從首臺(tái)磨煤機(jī)啟動(dòng)至煤漿儲(chǔ)槽建立正常液位，未有廢煤漿排放，初期濃度較低的煤漿全部返回固體循環(huán)槽回用，在節(jié)省了資源的同時(shí)也避免了對(duì)環(huán)境的污染。制備的水煤漿在煤漿儲(chǔ)槽中存儲(chǔ)至2018年8月，供氣化爐開工使用。

自2018年2月進(jìn)行首次水煤漿制備以來(lái)，在水煤漿制備過(guò)程中未使用添加劑，目前系統(tǒng)運(yùn)行基本正常。

在氣化裝置中，磨煤機(jī)筒體螺栓斷裂、脫落的情況比較普遍。當(dāng)需要更換筒體螺栓時(shí)，不僅需要將磨煤機(jī)進(jìn)行沖洗置換，從而產(chǎn)生廢煤漿；而且進(jìn)入磨煤機(jī)內(nèi)進(jìn)行受限空間作業(yè)也會(huì)帶來(lái)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。目前通過(guò)優(yōu)化檢修流程和規(guī)程，實(shí)現(xiàn)了不進(jìn)入磨煤機(jī)進(jìn)行磨煤機(jī)筒體螺栓更換的作業(yè)流程。

由于E-GAS氣化技術(shù)煤漿儲(chǔ)罐為落地式底平儲(chǔ)罐，并設(shè)有煤漿循環(huán)泵。為避免煤漿沉降，煤漿循環(huán)泵需連續(xù)運(yùn)行，在長(zhǎng)期的運(yùn)行中，通過(guò)管線測(cè)厚發(fā)現(xiàn)煤漿循環(huán)管線彎頭處(3D半徑彎頭)磨損嚴(yán)重。發(fā)現(xiàn)磨損后，優(yōu)化煤漿流速，既避免流速過(guò)低導(dǎo)致煤漿沉降，又防止流速過(guò)高導(dǎo)致磨損嚴(yán)重；同時(shí)對(duì)磨損部位做更換為大半徑彎頭處理。

在2018年4月運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)三系列煤漿儲(chǔ)罐攪拌器振動(dòng)異常，將三系列煤漿儲(chǔ)罐內(nèi)煤漿倒至其他煤漿儲(chǔ)罐后進(jìn)人檢查發(fā)現(xiàn)煤漿儲(chǔ)罐內(nèi)壁折流板部分脫落。分析原因?yàn)檎哿靼逯螐?qiáng)度不夠，后陸續(xù)將3臺(tái)煤漿儲(chǔ)罐折流板進(jìn)行加固，運(yùn)行至今未發(fā)現(xiàn)異常。

5 結(jié)語(yǔ)

E-GAS氣化技術(shù)的水煤漿制備及給料系統(tǒng)特點(diǎn)突出。部分流程的配置，不論是通過(guò)回用固體循環(huán)水直接作為煤漿制備用水、減少直至杜絕廢煤漿的產(chǎn)生排放，還是制漿放空氣回收集中處理、煤漿加熱器降低氧耗等，對(duì)于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境都有積極影響。目前水煤漿制備及給料系統(tǒng)運(yùn)行基本正常，在以后的運(yùn)行中還需繼續(xù)摸索，在提高煤漿濃度、熱煤漿對(duì)系統(tǒng)的影響等方面進(jìn)行探索，優(yōu)化裝置運(yùn)行。