作者简介：靳明亮(１９８３ )ꎬ男ꎬ工程师ꎬ从事气化生产技术管理工作ꎻｚｈｏｕｊｘ２＠ｃｎｏｏｃ.ｃｏｍ.ｃｎ 靳明亮ꎬ周建欣
(中海油惠州石化有限公司ꎬ广东惠州㊀５１６０８６)
㊀㊀摘㊀要：介绍了中海油惠州石化有限公司煤制氢气化装置水煤浆制备及给料系统的工艺流程及特点ꎬ分析
了制浆系统生产中出现的主要问题ꎬ并提出优化措施ꎮ
㊀㊀关键词：气化ꎻ水煤浆ꎻ煤浆加热器ꎻ放空气
㊀㊀中图分类号:ＴＱ５４５㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:２０９６￣３５４８(２０２１)０４￣００４２￣０３㊀㊀ＤＯＩ:１０.１９９１０/ｊ.ｃｎｋｉ.ＩＳＳＮ２０９６￣３５４８.２０２１.０４.０１４
１㊀概述
中海油惠州石化有限公司(简称惠州石化)煤制氢气化装置采用Ｅ￣Ｇａｓ气化技术ꎬ气化炉为上流式两段式水煤浆气化炉ꎮ气化炉一段通过
２个一段煤浆喷嘴注入煤浆与高压氧气发生部分氧化反应ꎬ反应中生成的高温合成气和熔融灰渣分离ꎬ高温合成气向上流动进入气化炉二段ꎮ气化炉二段中通过２个二段煤浆喷嘴注入煤浆和高压合成气ꎬ对一段进入的高温合成气进行冷却ꎮ冷却后的合成气进入气化炉停留段ꎬ进一步分解合成中的焦油ꎬ在停留段通过冷凝液进一步降低合成气温度至７４０~７８０ħꎮ降温后的合成气进入合成气冷却器ꎬ在回收余热的同时产生超高压饱和蒸汽ꎬ然后通过焦过滤器除去合成气中夹带的固体颗粒ꎬ焦过滤器过滤下来的固体颗粒使用高压合成气输送到气化炉一段继续进行反应ꎮ除去固体颗粒的合成气经过水洗后大部分送入下游装置ꎬ少部分经压缩机循环返回气化炉回用ꎮ气化炉一段产生的熔融灰渣向下流经下降管后进入激冷室ꎬ经过破渣机破碎后通过减压组件降压后送至渣水分离系统ꎮ气化装置的流程示意简图见图 １ꎮ
１ 煤浆罐ꎻ２ 气化炉ꎻ３ 停留段ꎻ４ 合成气冷却器ꎻ５ 汽包ꎻ６ 焦过滤器ꎻ７ 氯洗塔ꎻ８ 煤浆进料泵ꎻ９ 煤浆循环泵ꎮ
超高压软管图１㊀气化装置流程简图
２㊀水煤浆制备及给料系统
煤浆的制备在棒磨机中完成ꎮ来自固体循环罐的固体循环水㊁棒磨机工艺水和补充新鲜水ꎬ以及来自皮带称重给料机的煤(石油焦)ꎬ按照一定
的比例进入棒磨机的入口溜槽ꎮ通过控制棒磨机入口的水煤比来保持煤浆浓度ꎬ棒磨机中的煤浆以溢流的方式经过棒磨机出口的滚筒筛过滤ꎬ然后进入煤浆混合罐ꎮ煤浆混合罐的煤浆通过煤浆输送泵送到煤浆给料分流器ꎬ分别送往３个煤浆
储槽ꎬ煤浆给料分流器可以改变煤浆的流向ꎬ将煤奖送到任意１台煤浆储槽中ꎮ
来自煤浆储槽的煤浆经煤浆循环泵送出ꎬ经过一段炉进料煤浆泵和二段炉进料煤浆泵入口后循环回煤浆储槽ꎮ气化炉一段进料煤浆泵和二段进料煤浆泵从煤浆循环管线上引出ꎬ以一定的流量向气化炉供应煤浆ꎬ分别向气化炉的一段煤浆喷嘴和二段煤浆喷嘴供应煤浆ꎮ ３㊀Ｅ￣ＧＡＳ气化技术煤浆系统特点
３.１㊀固体循环水的回用
现行水煤浆气化工艺中ꎬ含细渣的沉降槽底水(即固体循环水)一般是通过泵送至真空过滤机进行过滤处理ꎬ处理后的水返回作为磨煤机制浆补充水ꎬ压滤后的细渣进行外送处理[１￣２]ꎮＥ￣ＧＡＳ气化技术将固体循环水通过变频泵送至固体循环槽进行储存ꎬ再通过固体循环泵将细渣水送至磨煤机制备水煤浆ꎬ同时磨煤机还有备用新鲜水流程ꎮ气化装置煤浆管线冲洗水㊁煤浆制备/煤浆备料区域排放收集水也返回固体循环槽回用ꎮ固体循环水直接回用有以下优点: (１)改善现场作业环境ꎮ
有别于采用压滤机处理细渣水流程ꎬ采用固体循环水直接回收流程ꎬ生产现场无采用通用压滤机流程时产生的酸性气ꎬ也无细渣产生ꎬ改善了装置现场作业环境ꎬ同时也节省了细渣处理费用[３￣４]ꎮ(２)提高碳转化率ꎮ
固体循环水中含有的碳(质量分数为２０％~３０％)全部送回磨煤机回用ꎬ增加了装置整体碳转化率ꎬ降低了能耗ꎮ
(３)有助于煤浆提浓ꎮ
固体循环水中细渣的粒度细ꎬ在回用固体循环水进行制备煤浆后ꎬ在保持其他操作条件稳定的情况下ꎬ
通过分析数据发现ꎬ煤浆粒度分布有所改变ꎬ煤浆中粒径小于０.２５ｍｍ的颗粒逐渐增加ꎬ大于０.２５ｍｍ的颗粒逐渐减少ꎬ煤浆平均浓度略有提高ꎮ
３.２㊀煤浆系统放空气集中处理
在现有水煤浆气化工艺中ꎬ水煤浆制备都会回用沉降槽底部细渣水ꎮ渣水中含有酸性气ꎬ会在磨煤机厂房内溢出ꎬ影响现场作业环境ꎮ有的装置通过在磨煤机滚筒筛处增加管线ꎬ将制浆废气直接引至磨煤机厂房外高点放空ꎻ有的装置在放空气管线上配套轴流风机ꎬ通过轴流风机将制浆废气排放至磨煤机厂房外ꎬ对现场作业环境有所改善ꎬ但煤浆槽等设备均没有配套放空系统ꎮ
Ｅ￣ＧＡＳ气化技术在各磨煤机滚筒筛处增加引风管ꎬ将磨煤机中释放气体送至加热炉燃烧ꎻ同时ꎬ煤浆储槽㊁固体循环槽等储槽配有氮封和放空气风机ꎬ制浆废气通过风机送至加热炉燃烧ꎬ装置现场无酸性气排放ꎮ
３.３㊀煤浆储槽倒料流程及防沉降装置
Ｅ￣ＧＡＳ气化装置３台气化炉配备３台煤浆储槽ꎬ进料由２台进料分料器进行切换ꎬ为方便煤浆储槽检修倒料ꎬ每台煤浆槽配备１台倒料泵ꎬ可将任意１个煤浆储槽内煤浆倒至另外２个煤浆储罐中ꎻ同时ꎬ为避免煤浆储槽搅拌器故障导致煤浆沉降ꎬ在每个煤浆储槽底部设８个吹气防沉降装置ꎬ搅拌器故障时可将氮气管线通入防沉降装置内ꎬ避免煤浆迅速沉降ꎬ给检修争取时间ꎮ
３.４㊀使用煤浆循环泵为煤浆进料泵供料
国内通用的水煤浆储槽一般为架空式结构ꎬ煤浆可以通过料位差自流式进入煤浆进料泵(一般为隔膜/软管式容积泵)入口ꎬ为煤浆进料泵提供必要的入口压力ꎮＥ￣ＧＡＳ气化技术煤浆储罐为落地式底平储罐ꎬ每个煤浆储罐配有２台(１开１备)离心式煤浆循环泵ꎬ煤浆通过煤浆循环泵增压后分别进入４台煤浆进料泵ꎬ循环管线上在进料泵前后分别设有煤浆流量计ꎻ为防止煤浆循环管线中煤浆流速过低导致煤浆沉降ꎬ煤浆循环管线设置最低流速限制ꎬ同时在非气化炉运行期间ꎬ循环流量设有定期脉冲冲击功能ꎬ以防止煤浆沉降ꎮ３.５㊀煤浆加热器降低氧耗
Ｅ￣ＧＡＳ气化技术每台气化炉有４台煤浆喷嘴ꎬ为降低氧耗ꎬ一段煤浆进料管线配备煤浆加热器ꎬ２条一段煤浆进料管线共用１台煤浆加热器ꎬ利用中压蒸汽将一段进料煤浆加热至１４９ħ左右ꎬ降低系统氧耗ꎻ通过操作参数对比可知ꎬ投用煤浆加热器不仅可以降低氧耗ꎬ而且可以提高合成中有效气(ＣＯ＋Ｈ２)含量(见图２)ꎮ
㊀㊀为防止煤浆加热器堵塞ꎬ对煤浆加热器的投用条件由装置开停工顺控进行限制：在煤浆烧嘴运行后可以投用煤浆加热器ꎻ在煤浆烧嘴跳停后自动停用煤浆加热器ꎮ在投用煤浆加热时需注意
(ａ)煤浆温度和合成气中ＣＯ２体积分数的关系(ｂ)煤浆温度和单位氧耗的关系图２㊀煤浆温度和合成气中ＣＯ２含量及氧气消耗的关系
煤浆进料管线温度的改变对烧嘴应力的影响ꎮ３.６㊀煤浆管线停工自冲洗流程
Ｅ￣ＧＡＳ气化技术水煤浆进料流程中在煤浆循环管线设置自动冲洗流程ꎬ系统会自动判断是否进行煤浆循环管线冲洗：当煤浆进料泵停运后ꎬ煤浆循环管线上冲洗水阀自动打开进行煤浆循环管线冲洗ꎬ冲洗完毕后系统自动停止ꎻ煤浆烧嘴进料成功后ꎬ系统也会对煤浆进料循环管线进行自动冲洗ꎮ
４㊀运行情况
惠州石化煤制氢气化装置制浆系统于２０１８年２月开始试运行ꎮ在优化工艺流程的过程中ꎬ充分利用煤浆储槽出口循环线㊁煤浆储槽出口至固体循环槽管线㊁煤浆循环泵出口至固体循环槽冲洗水管线ꎬ历时２ｄ顺利完成从首台磨煤机启动至煤浆储槽建立正常液位ꎬ未有废煤浆排放ꎬ初期浓度较低的煤浆全部返回固体循环槽回用ꎬ在节省了资源的同时也避免了对环境的污染ꎮ制备的水煤浆在煤浆储槽中存储至２０１８年８月ꎬ供气化炉开工使用ꎮ
自２０１８年２月进行首次水煤浆制备以来ꎬ在水煤浆制备过程中未使用添加剂ꎬ目前系统运行基本正常ꎮ
在气化装置中ꎬ磨煤机筒体螺栓断裂㊁脱落的情况比较普遍ꎮ当需要更换筒体螺栓时ꎬ不仅需要将磨煤机进行冲洗置换ꎬ从而产生废煤浆ꎻ而且进入磨煤机内进行受限空间作业也会带来作业风险ꎮ目前通过
优化检修流程和规程ꎬ实现了不进入磨煤机进行磨煤机筒体螺栓更换的作业流程ꎮ由于Ｅ￣ＧＡＳ气化技术煤浆储罐为落地式底平储罐ꎬ并设有煤浆循环泵ꎮ为避免煤浆沉降ꎬ煤浆循环泵需连续运行ꎬ在长期的运行中ꎬ通过管线测厚发现煤浆循环管线弯头处(３Ｄ半径弯头)磨损严重ꎮ发现磨损后ꎬ优化煤浆流速ꎬ既避免流速过低导致煤浆沉降ꎬ又防止流速过高导致磨损严重ꎻ同时对磨损部位做更换为大半径弯头处理ꎮ在２０１８年４月运行中发现三系列煤浆储罐搅拌器振动异常ꎬ将三系列煤浆储罐内煤浆倒至其他煤浆储罐后进人检查发现煤浆储罐内壁折流板部分脱落ꎮ分析原因为折流板支撑强度不够ꎬ后陆续将３台煤浆储罐折流板进行加固ꎬ运行至今未发现异常ꎮ
５㊀结语
Ｅ￣ＧＡＳ气化技术的水煤浆制备及给料系统特点突出ꎮ部分流程的配置ꎬ不论是通过回用固体循环水直接作为煤浆制备用水㊁减少直至杜绝废煤浆的产生排放ꎬ还是制浆放空气回收集中处理㊁煤浆加热器降低氧耗等ꎬ对于经济和环境都有积极影响ꎮ目前水煤浆制备及给料系统运行基本正常ꎬ在以后的运行中还需继续摸索ꎬ在提高煤浆浓度㊁热煤浆对系统的影响等方面进行探索ꎬ优化装置运行ꎮ
参考文献
[１]㊀唐凤金ꎬ张宗飞ꎬ章卫星ꎬ等.Ｅ￣ＧＡＳ气化技术浅析[Ｊ].
化学工业ꎬ２０１６ꎬ３４(２):３１￣３７.
[２]㊀于遵宏ꎬ王辅臣.煤炭气化技术[Ｍ].北京：化学工业出版社ꎬ２０１０.
[３]㊀王勇.加压气流床煤气化单元技术及工艺选择探究[Ｊ].
化工管理ꎬ２０１９(２６):１９５￣１９６.
[４]㊀齐胜远.Ｅ￣Ｇａｓ气化技术及其应用分析[Ｊ].大氮肥ꎬ２０１３ꎬ３６(３):１４５￣１４９.
(收稿日期㊀２０２０￣０４￣０３)
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议