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水煤漿氣化裝置運行中的問題探討

文檔作者：王勇文檔來源：中國石化金陵分公司煤化工運行部		點擊數：	更新時間： 2025年05月14日
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上一篇：水煤漿氣化技術安全聯鎖系統的應用

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2011年 8月第 34卷第 4期 LargeScaleNitrog象enous儆FertilizerIndustryAug．2011Vol-34 No．4水煤漿氣化裝置運行中的問題探討王 勇(中國石化金陵分公司煤化工運行部 ，江蘇南京 210033)摘要 ：造成燒 嘴煤漿壓 差低 停車聯鎖動作 的因素除了煤漿流量降低 以外 ，氧氣對燒嘴煤漿壓差 的大小也有影響 ，對該聯鎖增加一判斷條件 ：當氧氣支管壓力不低于 5．3MPa時聯鎖 自動投用 ，當氧氣支 管壓力小 于 5．3MPa時聯鎖 自動切 除，這樣 可以避免發生供氧不足時燒嘴煤漿壓差低聯鎖無謂停車 ，延長操作人員 的處理時間。造成氣化爐摻焦運行時煤耗上升 ，碳 轉化率下降 的原 因是 由于石油焦的反應活性差引起 的 ．雖然適 當提 高氣 化爐的操作溫度、盡可能提高水煤漿濃度等措施 ，可以在一定程度 上緩解摻 焦帶來 的不利影 響 ，但起決定作用的還是原料的反應活性 ．水煤漿摻燒石油焦并不經濟。關鍵詞 ：氣化爐 燒嘴煤漿壓差 水煤漿 石油焦 碳轉化率中 國石 化 金 陵分 公 司煤 化工 運 行部 水 煤 漿氣化裝置采用美國 GE公司水煤漿氣化技術 ，以煤和石油焦為原料 ，用于制取氫氣 。氫氣 主要供給煉油裝置和制取合成氨。氣化裝置配置 3臺氣化爐 ，正常生產時兩開一備 。氣化爐／激冷室直徑為 3200／3800mm，屬 國內首 次應 用 ，操 作 壓 力 4．0MPa、溫度 1400oC。水 煤漿 氣 化裝 置 于 2005年 9月 底 投入 運 行 ，通過 幾 年運 行 經驗 的積 累 ，針 對 運行 中存 在 的一些 問題 ．進行 不 斷 的改 進 和優 化 ，氣化 裝 置 的運行逐步穩定。為了進一步提高氣化裝置的安全 、穩定和經 濟 性 ，下 面就 運行 中的 一些 問題 加 以分 析 和探 討1 燒 嘴煤 漿壓 差低停 車聯 鎖分 析13 存 在 問題由于進 氣化 爐煤 漿 流 量低 停 車聯 鎖 的局 限性和滯后性 ，若氣化爐發生嚴重過氧 ，會因該聯鎖不能及時動作而導致后果進一步擴大 ，給裝置的安全生產帶來很大的隱患。對此增加 了燒嘴煤漿壓差低停車聯鎖 。該聯鎖通過監測進氣化爐燒 嘴前煤漿管線壓力 和氣化爐燃燒室壓力 的差值 ，來判斷進氣化爐煤漿流量的變化。無論何種原因導致進氣化爐煤漿流量下降 ，都會引起燒嘴煤漿壓差測量值變小 ，且反應靈敏 ，可 以保證該停車聯鎖能及 時動作 ，避免氣化爐發生嚴重過氧 ，保 障裝置的運 行安 全2008年 11月 7日發生 晃 電 ，隨后 2臺氣 化爐都因為燒嘴煤漿壓差低聯鎖動作而停車。經過檢查 ，有 一 條線 路 發生 晃 電 ．但 是 聯鎖 動作 發 生在 晃電后 0．5min左右，而此時線路已經恢復，且 2臺高壓煤 漿泵 分 別在 不 同 的 2條 線 路上 ，停 車 前 高壓煤漿 泵 的運 行正 常 ，其 他相 關 參數 也 未 出現煤 漿流 量不 正 常 的現象 。說 明造成 燒 嘴煤 漿 壓差 變 小的原 因并非煤漿流量降低 ，而是還有其他影響因素 ，說 明燒 嘴煤 漿 壓差 低停 車 聯鎖 自身還 存 在有缺陷。1．2 原 因分 析經檢 查 ．發 現氧 泵 在晃 電線 路 上 ，晃 電導 致 氧泵無法正常運轉但也未停運 ，因此備用泵也無法自啟 ，造成 進 氣化 爐燒 嘴 氧氣 流 量不 斷下 降 ，而 燒嘴煤漿壓差也隨之不斷減小 ，直至 2臺氣化爐因燒嘴煤漿壓差低聯鎖動作而停車 。氣化爐工藝燒嘴是三流式預混燒嘴，煤漿和氧氣在燒嘴頭部預混室充分混合后再噴 出，這樣氧氣會對煤漿產生一 定 的 阻力 ，因此斷 定 ，氧氣 對 燒 嘴煤漿 壓 差 的大收稿 日期 ：2010—12—19；收到修改稿 日期 ：2011-04-27。作 者簡介 ：王 勇 ，男 ，工程師 。1998年 7月畢業 于浙江大學金屬材料熱加 工專業 ，現在 中國石化金陵分公司煤化lT運行部 T作 。聯系電話 ：025—58972679；E—mail：wangyO02．jlsh@sinopec m。萬方數據第 4期 王 勇 ．水煤漿 氣化裝置運行 中的問題探討 283小也 有 影 響 ，而 這 次停 車 正 是 由于 氧 氣流 量 不 斷下降導致該聯鎖動作 。氧 氣 對燒 嘴 煤漿 壓 差 大 小 的影 響 取決 于氧 氣出燒 嘴 時 的流速 ．在參 數 上 表 現 為燒 嘴 的氧 氣 壓差 ，如 表 1所示 。表 1 開 工 中 燒 嘴煤 漿壓 差 變化 MPa注 ：開 工 中煤 漿 流量 28m3／h，氧 氣 流 量 13500m ／h。從表 1可 以看出．在煤漿和氧氣流量都不變的情況下 ，燒嘴煤漿壓差隨燒嘴氧氣壓差 的減少而 減少 。這 次停 車 正 是 因進 燒 嘴氧 氣 流量 迅 速 減少 ，而系統壓力下降比較緩慢 ，因而使燒 嘴氧氣壓差不斷降低 ，最終引起燒嘴煤漿壓差低聯鎖動作停 車 。 由此說 明氧 氣對 煤 漿 壓差 的影 響是 不 能 忽視 的 。設 計燒 嘴煤 漿壓 差 低停 車聯 鎖 的 目的是 當發生進氣化爐煤漿流量大幅降低時 ，能及 時聯鎖停車 。保障氣化爐運行安全 ，氧氣流量下降并不在其考慮范圍之 內。氧氣流量下降一般只會引起爐溫降低 、工 藝氣 組 分 發生 變 化 ，不會 引起嚴 重 的安 全問題 ，且本 身還 有氧 氣流 量低 停車 聯鎖 。為 避免 今后發生類似情況 ，應對該聯鎖作相關改進。1．3 改 進措 施由 于 要 找 出 氧 氣 對 煤 漿 的 阻 力 關 系 比較 困難 ，每 個 燒 嘴之 間 有差 異 ，生 產 中也 不 允許 做 相 關的試驗 ，因此 決 定 對該 聯 鎖增 加 一 判 斷條 件 ：當氧氣 支管 壓 力不 低 于 5．3MPa時 聯鎖 自動 投 用 ．當氧氣 支管 壓力 小 于 5．3MPa時聯 鎖 自動切 除 這樣 可以避免發生供氧不足時燒嘴煤漿壓差低聯鎖無謂停 車 ，延 長操 作 人員 的處 理 時間 。2 氣 化 爐低 負 荷運行 分析2．1 存 在 問題氣化 裝 置受 到煉 油需 氫 量 的 限制 ，經 常在 低負荷運行。2008年 12月 17日至 19日，氣化爐單爐 運 行 ．且負 荷 不 到 70％，凈 化 變換 工 序 發 生低 變出 口 CO含 量 超過 0．8％(正常 在 0．3％左 右 )，變 換率降低超過 1％，同時伴隨各變換爐的熱點溫度升高 ，還導致后工序 甲烷化爐超溫 ，不但氫氣產量減少約 2．25％左 右 ，還使氫氣純度降低 ，降低 了資源的有 效利 用 。如 表 2所 示 。表 2 凈 化 參 數 變 化參數 正 常 調整前 調整后第一 中溫變換爐熱點溫度／℃第二 中溫變換 爐熱點 溫度／℃低溫變換熱點溫度／℃甲烷 化熱點 溫度／第一中溫變換爐出 口co含 量 ，％第二中溫變換爐出 口co含量 ，％低溫變換出 口co含量 ，％甲烷化出 121H 含量 ，％410—440 450～460 428～435240—266 285—298 260—-265210—220 225～235 217～22O30o一360 380—400 328～336≤ 5．0 7．53～9．24 4．65～4．97≤ 1．O 1．59～2．22 0．76～0．95≤ 0．4 0．64～0．84 0．27—0_32≥98．4 96．9～97．8 98．4—98．52．2 原 因分析變換反應可 以看作是放熱的絕熱反應 ，在進口溫度不變 的情況下 ，變換率降低但熱點溫度升高 ．說 明反應過程 中未參與反應 的吸熱物質減少 。變換氣 可以看作是氣化爐工藝氣 (干基 )和水蒸氣的混合物 ，檢查氣化爐工藝氣 (干基 )的組分穩定 ，沒 有 明顯 的波 動 ，因此可 能是 水蒸 氣減 少 。對 氣 化 裝 置 的相 關操 作 參數 進 行 檢查 ，發 現工 藝 氣 的 水 氣 比不 到 0．9，遠 低 于設 計 值 1．3～1．4的要求 ，導致這次凈化裝置工藝參數超指標 ，如表3所示表 3 氣化參數對比注 ：工 藝 氣 水 浴 冷 卻 時 蒸 汽 不 會 完 全 飽 和 ，而 是 高 于 該 溫 度 下飽 和蒸汽壓 ，為了和設計 一致 ，蒸 汽壓采用 高于該 溫度 3℃ 的飽 和蒸 汽壓 力 。2．3 處 理措 施工 藝氣 的水 氣 比大 幅下 降 ．主 要是 氣 化 裝 置在低負荷運行 時沒有及 時調節好系統水平衡 ，氣化爐 、洗滌塔的黑水排放量過大 。黑水排放時帶出的熱量過多 ，導致進入工藝氣的水蒸氣量大幅減少。通過對氣化相應的工藝調整 ，工藝氣中水氣比提 高到 1．2以上 (見表 3)，變換 和 甲烷 化 工 藝指 標都逐漸恢復到了正常(見表 2)氣化裝置在低負荷運行時 ，要注意及時調整 ．萬方數據怠 舷 2011年第34卷保證 工 藝 氣 的水 氣 比 ，為下 游工 序 的生 產創 造 良好條 件 。3 氣化 爐摻 焦運行 分析3．1 存 在 問題氣化爐設計參數按煤 、石 油焦(干基 )各 50％作 為設 計基 礎 ，實 際 生產 中 ，也根 據 需要 按不 同 比例摻 焦 運行 。運行 中發現 實 際情 況 和設計 偏 差 較大 ，煤 耗 上 升 ，碳 轉 化 率 下 降 ，同 時伴 隨 著 氣 化 爐下渣量增加 ，特別是細渣量成倍上升 ，渣含碳量升高等 。通過相關分析認為 ，這主要是由于石油焦的反應活性差引起的，氣化爐的設計參數未充分考慮這 一情況 。3．2 采 取措施由于石油 焦 的反 應 活性 較差 ．因此在 氣 化 爐摻焦運行時，采取以下幾個相應的措施 ：1)適當提高氣化爐的操作溫度。提高爐溫的目的是加快反應速度 ，提高碳的轉化率 。但爐溫過高會減少有效氣含量 ，加速對爐磚 的侵蝕 ，因此兩者必 須有 效 結 合好 。因氣 化爐 熱 電偶 的指 示 溫 度和實 際 溫度 偏 差較 大 ， 目前 主要根 據 洗滌 塔 出 口工藝 氣 中 甲烷 含量 來調 控 氣化 爐 溫度 ．在 不 摻 焦生產 時 甲烷 含量 控制 在 0．08％左右 ，摻焦 生產 時控制在 0．05％左 右 。2)盡可能提高水煤漿濃度 。提高煤漿濃度 ，有利于氣化效率 ，降低煤耗。石油焦 內水含量很低 ，在摻焦時可 以獲得更高 的水煤漿濃度 。目前不摻焦獲得 的煤漿濃度在 61．5％左右 ，摻焦后可提高1％以 上 。3)部分 細渣 返磨 煤機 回用 。細渣 回用 的 目的是通過循環使用 ，來提高原料的利用率 。摻焦后細渣量成倍增加 ，碳含量很高 ，經常在 60％以上 ，具有利用價值 。一般回用 50％左右 ，這樣對降低煤耗能起到一定 的作用 ，但會使氧耗略有升高。由于 目前生產一般達不到滿負荷 ，氧氣本身富裕 ，因此分析時就暫不考慮。4)適 當提 高 中心氧 比例 。提 高 中心 氧 比例 的目的是提高煤漿的霧化效果 ，保證氣化反應快速 、充分進行 。石油焦粘結性 比煤大 ，霧化要比煤 困難 ．所以通過增加中心氧比例來保證煤漿的霧化效果。目前生產中，不摻焦操作時中心氧比例一般控制在 16％左右 ，摻焦時提高到 20％左右。3．3 數據分析通過上述措施 ，可 以在一定程度上緩解摻焦帶 來 的不 利影 響 ，但 是起 決定 作 用 的還是 原 料 的反 應 活性 。煤 、石 油焦 分 析數 據 如表 4所 示 ．生 產數 據如表 5所 示 。表 4 煤 、石 油 焦 分 析 數據 質 量 分 數 ．％注 ：氫 以純氫計算 ；不摻焦能耗是 日常統計數據 ．摻焦時計 人煤耗增加部分 ，不計其余部分 。表 5 生產 數 據假 設 煤 和石 油焦 的反 應 不相 互 影 響 ．設 噸氫煤 (焦 )耗 全煤 時 為 a，全 石 油焦 時為 b，摻 焦 比為時為 C，則 ：cx／b+cf1-x)／a=l整 理后 得 ：b=acx／(a—c(1 )) (1)將 表 5中數 據代人 公式 (1)，得 ：摻焦 25％時 ．b=8．965t摻焦 40％時 ．b=8．953t摻焦 比圖 1 煤 (焦 )耗與摻焦 比關系摻 焦比圖 2 能耗與摻焦 比關系兩 者數 據 比較 接 近 ，說 明假 設在 一 定 程度 上成立 ．全石油焦時噸氫焦耗 約 8．96t，計算此 時能耗為 367GJ。將計算結果和表 5中數據制得 圖 1、萬方數據第 4期 王 勇 ．水煤漿氣化裝置運行 中的問題探討圖 2。設碳轉化率全煤時為 a，全石油焦時為 b，摻焦 比為 時為 c，煤 含碳 量為 d，石 油焦 含碳 量 為e．則 ：(ad(1-x)+bex)／(d(1- )+e )=c整理 后得 ：b=c—d(a-c)(1 )／ex (2)將表 4、表 5中數據 代人 公式 (2)，得 ：摻焦 25％時 ，b=58．97％摻焦 40％時 ，b=58．49％從計算數據上來看也 比較接近 ，石油焦 的碳轉化率不足 60％。反應活性和煤相比相差很多。另外據 相關 資 料…介 紹 ，日本 宇 部用 石 油焦 生產 單 程轉 化 率 在 86％～90％，若 細 渣 回用 可 達 90％一95％，是 否 因石 油 焦組 分 不 同造 成 這樣 的情 況 ，需 有 機會再 進行 調 研 。按石 油焦 碳轉 化率 58．5％計 ，與 表5數據 制得 圖 3。按 2010年度 噸氫煤耗 8．795t(商 品煤 ，水分按 15％計 ．折 干基 7．476t)、能 耗 276．33GJ考 核 指標 ，全 石 油 焦 焦 耗 按 8．96t計 算 ，煤 耗 符 合 考 核 指標 的摻 焦 比例應 小 于 27．4％，能耗 符 合考 核 指標 的摻焦比例應小于 18．7％。在生產中一般認為最好不要 超過 30％。若從經濟性考慮 ，原煤和石油焦水分大致相同的情況 下 ，石油 焦價 格如 果 比原煤 價 格低 21．5％以上 ，則有效益。以 目前原煤價格 659元／t計算 ，石 油焦 價格 低 于 517元／t，摻 焦生 產具 有 一定 的經濟效益。婚謹摻 焦 比圖 3 碳轉化率和摻焦 比關系4 結 束語燒 嘴煤漿 壓差低 停 車聯鎖在 生產 中首次 使用 ，經 過 完 善 ，已經 在 生 產 中發 揮 作 用 ，保 護 了裝置 的運 行 安全 ，具有 較好 的應 用價 值 。氣化 爐摻 焦運 行 國 內有 經 驗 的廠 家 也不 多 ，通 過 金 陵分 公 司的摻燒情況來看 ，由于耐火材料 的限制 ，不能進一步提高爐溫來提高石油焦的碳轉化率 ，水煤漿摻燒石油焦并不經濟 ，粉煤氣化操作溫度高 ，摻燒石油焦應 該 有更 好 的效果 。參 考 文 獻『1] K．Okada．宇部氨廠石油焦氣化操作運 行經驗 『J]．渭化科技 ，2000(增 刊)：103—106DISCUSSION 0N ISSUESIN RUNNING oF CoAL—SLURRYGASIFICATIoN PLANTW angYong(Coal—chemicalDept．，SINOPECJinlingBranch，Nanjing210033)Abstract：Thefactorsleadingtoashut—downinterlockactionunderalow differentialpressureofcoalslurryin burnersare，in additiontoadrop ofcoal-slurryflow，theeffectonthedifferentialpressure ofcoal—slurryinburnersbyoxygen；ajudgmentconditionisaddedtosuchinterlock：whentheoxygenbranchpres—sure isnolowerthan 5．3MPatheinterlock isautomaticallyswitch on whereaswhen the pressureislowerthan5．3MPatheinterlock iSautomaticallyswitch of．thismay avoid a shut—down interlock action underaIow differentialpressure ofcoal—-slurry in burn ersin an insufficientsupply state ofoxygen and extend the disposaltime foroperator．The reason causing a rise ofcoalconsumption and a drop ofcarbon conversion rate whengasifierisoperated with mixed cokeisa poorreaction activity ofpetrolcoke；although an appropriate rise ofgasifieroperationtemperatureand an increaseofcoal—-slurryconcentrationasfaraspossiblemaytoacertainextentalleviatetheadverseeffectbroughtaboutbythecokemix，stillthereactionactivityoffeedstockplaysadecisiveroleandthecoal—slurrymixedwithpetrolcokeasfeedstock isuneconomica1．Key words：gasifier；differentialpressureofcoal—slurryinburner；coal—slurry；petrolcoke；carbonconversjon rate1 O 0 O 0 O 0 0 O 0

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