航天爐粉煤氣化運行總結(jié)

孫　建

(滄州正元化肥有限公司　河北滄州061108 )

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航天爐粉煤氣化運行總結(jié)

孫建

(滄州正元化肥有限公司河北滄州061108 )

0前言

滄州正元化肥有限公司是河北陽煤正元化工集團公司根據(jù)陽煤集團總體發(fā)展戰(zhàn)略及規(guī)劃投資新建的大型煤化工企業(yè)，一期工程生產(chǎn)規(guī)模是合成氨600 kt/a、尿素800 kt/a。采用航天(HT-L)粉煤加壓氣化技術(shù)，配置2套(A套和B套)Φ3 200 mm/Φ3 800 mm航天爐系統(tǒng)，單爐設(shè)計日投煤量均為1 500 t 、合成氣產(chǎn)能(干氣)為99 982 m3/h(標(biāo)態(tài))，設(shè)計煤種為神華煤∶陽煤煤為1∶1；但試車至今仍采用神華煤，該煤種較為優(yōu)良，同時渣水系統(tǒng)補水全部采用脫鹽水，對于改善渣水系統(tǒng)水質(zhì)具有明顯的優(yōu)勢。航天爐粉煤氣化系統(tǒng)共分為5個單元，分別為磨煤與干燥單元、粉煤加壓與輸送單元、氣化與合成氣洗滌單元、渣及灰水單元、公用工程單元。其中，磨煤與干燥單元將粒度20～30 mm的塊煤碾磨至5～90 μm的粉煤，并干燥至粉煤中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)<2%；粉煤加壓與輸送單元利用粉煤鎖斗充壓、卸壓過程，將粉煤從常壓的粉煤貯罐輸送至穩(wěn)壓的粉煤給料罐中，粉煤給料罐與氣化爐保持穩(wěn)定壓差，從而將粉煤穩(wěn)定地輸送至氣化爐中；氣化與合成氣洗滌單元將粉煤與純氧發(fā)生氣化反應(yīng)所生成粗煤氣送至洗滌塔中，經(jīng)洗滌后相對干凈的粗煤氣送至變換系統(tǒng)；渣及灰水單元對氣化爐及洗滌塔產(chǎn)生的黑水進(jìn)行絮凝沉降，產(chǎn)生相對干凈的灰水經(jīng)分散處理后循環(huán)利用。

1氣化爐運行情況

A套航天爐2015年3月7日23:50點火成功，3月8日03:52投煤成功。B套航天爐4月11日22:20點火試驗成功，4月12日00:39 投煤成功。2套航天爐投料成功后經(jīng)過6～8 h穩(wěn)定掛渣后逐漸趨于穩(wěn)定，目前爐況比較穩(wěn)定，單爐日投煤量為1 200 t左右，干氣產(chǎn)量為90 000～95 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，粗煤氣中有效氣體(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)為84%～89%，CH4體積分?jǐn)?shù)為(400～700)×10-6。從開車至今，2套氣化爐運行情況(數(shù)據(jù)統(tǒng)計時間從2015年3月8日至6月9日為止，A套氣化爐最后開車時間是2015年5月8 日15:50、B套氣化爐最后開車時間2015年5月20日21:45)見表1。

表1　2套氣化爐運行情況

從表1可看出:2套氣化爐共停車9次,6次為外部原因，其中因為二氧化碳壓縮機原因造成的停車有5次；氣化爐本身造成的停車有3次，全部都是因為灰水硬度高而造成連鎖反應(yīng)。

經(jīng)過對2套氣化爐系統(tǒng)的氧煤比調(diào)整和灰水系統(tǒng)的改進(jìn)，目前灰水有關(guān)指標(biāo)(硬度、pH等)得到了有效控制，排水量由原來的150 m3/h降至100 m3/h，渣水系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

2存在的問題與技術(shù)改造

2.1磨煤系統(tǒng)堵煤

原料煤的品質(zhì)決定了磨煤系統(tǒng)的運行穩(wěn)定情況，原煤的粒度分布、含水量及雜質(zhì)均對原煤倉的下料穩(wěn)定性造成一定的影響。為此，嚴(yán)格把關(guān)原料煤，先后進(jìn)行一系列改進(jìn)。

(1) 原料煤皮帶輸送機增加用于除雜的耙子。從現(xiàn)場實際運行來看，原料煤在運輸過程中經(jīng)常夾雜(塑料袋、纖維繩等雜物)，這些雜物在振動料斗處堆積，造成下煤不暢，甚至堵煤，故在原料煤皮帶輸送機上增設(shè)移動式耙子，不但能有效去除原煤中雜物，而且使用方便、安全。

(2) 嚴(yán)格控制入廠原料煤中水含量。如果原料煤中含水水量超標(biāo)，在振動料斗處易發(fā)生堵煤，輕者造成氣化爐生產(chǎn)負(fù)荷降低，重者造成氣化爐斷煤、跳車，故入廠原料煤中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)嚴(yán)格控制在<10%，嚴(yán)禁將水含量不合格的原料煤送入原煤倉。

(3) 給煤機入口側(cè)增加通煤孔。為了在發(fā)生堵煤事故時能夠進(jìn)行有效疏通和減少員工的工作量，同時降低系統(tǒng)運行風(fēng)險，根據(jù)給煤機入口振動料斗內(nèi)部結(jié)構(gòu)增設(shè)了若干個通煤孔。發(fā)生堵煤時，打開通煤孔可直接進(jìn)行疏通，避免了其他現(xiàn)場被迫停磨疏通的困境。實踐證明，這些通煤孔使用效果良好。

2.2給料罐頂部過濾器濾棒損壞

在氣化系統(tǒng)開、停車過程中，發(fā)現(xiàn)粉煤給料罐處于高壓狀態(tài)下，粉煤貯罐質(zhì)量不斷上升且給料罐連續(xù)料位計緩慢下降。經(jīng)計算，粉煤貯罐的粉煤流量約為20 t/h，判斷為給料罐頂部過濾器濾棒損壞，導(dǎo)致粉煤外漏至粉煤貯罐。通過對全過程進(jìn)行分析，應(yīng)該是給料罐連續(xù)料位計測量不準(zhǔn)確導(dǎo)致給料罐內(nèi)料位過高，充壓時沒有緩沖空間所致。為防止類似事故發(fā)生，嚴(yán)格控制粉煤給料罐內(nèi)的料位(<100 t)，同時要求操作人員密切注意給料罐頂部過濾器進(jìn)、出口濾棒的壓差，一旦其壓差>2 kPa，應(yīng)立即通過人為操作降低給料罐內(nèi)料位。目前，過濾器進(jìn)、出口濾棒壓差在正常范圍(<20 kPa)內(nèi)，過濾器沒有發(fā)生類似超壓事故。

2.3粉煤管線堵塞

在氣化爐運行過程中，粉煤管線曾出現(xiàn)過幾次輕微的堵塞現(xiàn)象。3根粉煤管線投煤不均勻，對氣化爐存在很大的危害性，尤其是在氣化爐高負(fù)荷運行狀態(tài)下，因為航天爐燒嘴內(nèi)的3根粉煤管線出來的粉煤經(jīng)均勻混合后從燒嘴噴出與氧氣混合，一旦3根粉煤管線的粉煤流量偏差較大，會導(dǎo)致粉煤混合不均勻，混合不均勻的粉煤經(jīng)燒嘴噴出后會影響粉煤的流場，使燒嘴偏燒，進(jìn)而造成燒嘴頭部受損，從而影響燒嘴使用壽命，而且會引起氣化爐局部超溫，威脅氣化爐盤管運行安全，同時影響氣化爐的運行負(fù)荷。

一般出現(xiàn)該問題時，首先應(yīng)降低入爐氧氣氣量，防止氧煤比超標(biāo)對氣化爐造成損害，然后對粉煤管線進(jìn)行正吹和反吹。整個過程要求快速完成，防止粉煤管線發(fā)生回火爆炸。

2.4灰水系統(tǒng)結(jié)垢

航天爐運行至今，因自身原因?qū)е峦＼嚨氖鹿示怯苫宜到y(tǒng)結(jié)垢造成的，可以說灰水系統(tǒng)是制約氣化爐長期運行的瓶頸。氣化爐初步投料時，因后工序沒有正常運行，輸煤采用高壓氮氣，灰水中pH較高，最高時達(dá)9.6；再加上當(dāng)時灰水中硬度偏高，最高達(dá)2 000 mg/m3，灰水系統(tǒng)很快顯現(xiàn)出結(jié)垢傾向。此結(jié)垢傾向主要體現(xiàn)在高壓灰水泵打量不足、低壓灰水至除氧器打量不足、文丘里洗滌器阻力高。現(xiàn)場運行中發(fā)現(xiàn)，一旦提高高壓灰水泵打量，高壓灰水泵進(jìn)、出口管道便出現(xiàn)劇烈的振動，據(jù)此判斷其進(jìn)口堵塞造成高壓灰水泵發(fā)生嚴(yán)重汽蝕。為此，一方面增加洗滌塔補水量、降低高壓灰水泵；另一方面從除氧水泵出口配置臨時管線至高壓灰水泵進(jìn)口處，高壓灰水泵打量恢復(fù)正常。

由于汽提塔進(jìn)水量減少，導(dǎo)致高壓閃蒸罐的閃蒸汽得不到充分冷卻，換熱器換熱負(fù)荷大，循環(huán)水管道發(fā)生振動，通過打開高壓閃蒸罐頂部安全閥副線，以降低換熱器負(fù)荷，此問題得到解決。

3結(jié)語

對于航天爐粉煤加壓氣化裝置，粉煤的粒度及含水量(外水)直接影響了粉煤輸送穩(wěn)定性及粉煤的氣化效率。一般要求粉煤含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)<2%，粒度在5～90 μm的粉煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)>90%。若粉煤含水量偏高、粉煤粒度過細(xì)，則粉煤易架橋，不利于輸送，而且粉煤粒度過細(xì)會加劇磨煤機磨輥的磨損，增加能耗；同時，粉煤燃燒后形成的煤灰難以沉降，將給渣水系統(tǒng)的處理增加難度。若粉煤含水偏低，則磨煤機的出口溫度需控制得較高，除浪費燃料氣外，一旦磨煤機給煤量出現(xiàn)大幅波動，很容易造成過濾器濾袋超溫?fù)p壞。若粉煤粒度偏大，則粉煤在氣化爐內(nèi)的燃燒效果不好，粉煤的氣化效率將降低。對于以上幾點，粉煤輸送的穩(wěn)定性加上煤質(zhì)的穩(wěn)定性保證了氣化爐爐況的穩(wěn)定性，粉煤的氣化效率直接影響了整個裝置的經(jīng)濟性，渣水系統(tǒng)的水質(zhì)控制影響了整個裝置的運行周期。

煤氣化的運行過程中存在諸多其他因素，這些因素主要來源于設(shè)備原因、儀表測量、工藝操作、原料煤變化等。設(shè)備的本身質(zhì)量和后期維護(hù)是氣化爐運行的基本要素，由于自動化程度高、安全聯(lián)鎖多，故對儀器儀表的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性提出了很高的要求，同時對儀表工也是很大的挑戰(zhàn)。工藝操作是系統(tǒng)安全、高效、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，這就需要對煤氣化工藝技術(shù)逐步加深認(rèn)識和思索；煤質(zhì)的變化需要操作人員在實踐中摸索并進(jìn)行相應(yīng)微調(diào)工藝操作。

(收到修改稿日期2015-09-10)