1、華魯恒生多元料漿氣化裝置的運行及問題探討李玉成（山東華魯恒升化工股份有限公司，山東德州253024）日期：2008-10-241概述多元料漿氣化是山東華魯恒升化工股份有限公司首例實現(xiàn)的、國內首套大化肥裝置，即采用 部分重油或高熱值物質以及含可燃介質的化工廢液，如：甲醇殘液、精餾高沸點烷烴、機泵潤滑 廢油等，甚至對大部分的化工廢液進行回收利用，代替制漿中的水分，使料漿有效含量大幅度提 高，克服水煤漿在加壓氣化過程中因水分較高而產生的缺點，屬于潔凈煤氣化工程技術，同時又 是一項有效的節(jié)能減排措施。山東華魯恒升化工股份有限公司多元料漿氣化裝置由中國華陸工程公司、華東理工大學、國 家水煤漿氣化與煤化工

2、工程研究中心共同研究設計，是具有自主知識產權的大氮肥裝置。該裝置 Jr.Jr 包括一期（年生產能力300 kt合成氨，單爐生產能力150 kt）和二期（年生產能力230 kt）2套 大型氣化裝置，其中一期有2004年10月26日開車投產的2臺92800 mm頂置單噴嘴氣化爐和 12月16日一次開車成功的國內首套多噴嘴水平對置式氣化爐（爐體直徑92800 mm，以下簡稱 多噴嘴氣化爐），單噴嘴穩(wěn)定連續(xù)運行達45 d；多噴嘴連續(xù)運行至今，累計運行已經(jīng)超過18500 h；If 1 Z二期包括92800 mm和93200 mm頂置單噴嘴氣化爐各1臺，分別于2007年2月5日和12日一 次投產成功，并且

3、在首次運行中大燒嘴創(chuàng)下連續(xù)穩(wěn)定運行62 d的記錄。由于投產初期出現(xiàn)了多 種令人意想不到的情況，該文比較全面地介紹自開車以來出現(xiàn)的具有代表性的各種問題，并提出 具有建議性的解決措施和方案。2多元料漿流程簡介多元料漿氣化是西北化工研究院在多年氣流床煤氣化技術研究的基礎上開發(fā)的一種氣流床加 壓氣化技術，是第二代煤氣化技術中比較先進的一種合成氣生產工藝。華魯恒升大化肥裝置是以1 /來自煤漿制備工序的水煤漿為主，同時還加有來自其他工序的甲醇殘液、高沸點烷烴、廢油等原 料混合進入氣化爐，同來自空分裝置高純度的氣態(tài)氧氣在高溫高壓下的爐內進行部分氧化反應， 生成以co+h2為主要成分的粗煤氣。生成的粗煤氣和熔

4、融態(tài)的灰渣經(jīng)氣化爐下渣口、下降管進 入水冷式激冷室，下降管上端連接有激冷環(huán)，激冷環(huán)以環(huán)形射流方式對粗煤氣和液態(tài)渣進行噴淋 冷卻，下降管下部浸入激冷水中，合成氣經(jīng)下降管和上升管之間的環(huán)隙并經(jīng)氣化爐工藝氣出口擋 液板擋去部分細灰和水汽，再經(jīng)文丘里洗滌器洗滌進入水洗塔再次洗滌降溫后送往變換工序。水 洗塔內部裝有導氣管，上部裝有固閥塔盤、旋流板和除沫器。原料煤采用國內神華集閉神府煤，主要來自大柳塔煤礦和活雞兔煤礦，原料煤的主要成分有碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水分等成分，在制漿工序和一次水、甲醇殘液、高沸點烷烴、廢油 等在磨機內研磨形成料漿后，由小煤漿泵送到中間儲槽，再經(jīng)高壓煤漿泵加壓后送往氣化爐，在

5、爐內與氧氣反應生成合成氣。在實際運行中，由于料漿成分的復雜性，給氣化裝置的運行帶來諸多不穩(wěn)定因素，曾多次出 現(xiàn)影響裝置安全穩(wěn)定運行的問題，現(xiàn)分類匯總如下，以便總結經(jīng)驗，優(yōu)化操作。3裝置運行問題探討3.1料漿穩(wěn)定性的影響因素3.1.1料漿制備相關物料的影響煤漿流變性是影響煤漿霧化和燃燒特性的重要性質。優(yōu)質水煤漿不僅有較高的濃度，還有良 好的剪切稀化效應，以保證漿體具有良好的泵送和霧化特性，降低煤漿輸送能牦，提高煤漿燃燒 效率。從華魯恒升大化肥的料漿情況看，料漿穩(wěn)定性不好，靜置12 h就會發(fā)生分層，因此運行中 就容易出現(xiàn)料漿管道沉淀、料漿泵入口堵塞等事故。2005年4月就發(fā)生過因煤漿槽攪拌器故障1

6、 1 TIL x時間較長，料漿沉淀堵塞高壓煤漿泵入口造成氣化系統(tǒng)跳車事故。影響料漿穩(wěn)定性的因素較多， 特別是煤的內水含量、粒度分布、添加劑的性質及其用量，以及其他原料影響。1） 煤質的影響/ y/首先是煤的內水含量。即與煤的親水性有關，內水含量高，親水性就差，料漿的穩(wěn)定性較低，/ / .但從分析數(shù)據(jù)看神府煤的內水含量一直較低，其親水性和，穩(wěn)定性應該較好。其次在制漿過程中，煤的粒度分布是決定水煤漿濃度和流動性的重要因素。粗粒子所占比例 較大時，料漿濃度較高，但料漿易分層、穩(wěn)定性較差，相反，當細粒子比例大時，濃度會降低，、L 但穩(wěn)定性較好些。I 再者與煤的灰分和灰熔點也有很大關系，灰分高，煤漿濃度

7、高但發(fā)氣量較低，且影響到成本 的上升；而灰熔點將直接決定氣化爐爐溫的高低和比氧耗，同時對于氣化爐耐火磚的壽命有直接 關系。2）添加劑的影響根據(jù)添加劑親水基所解離的離子電荷符號，添加劑分為陰離子系、陽離子系、非離子系及兩 性系添加劑。另外為了脫硫、脫氮等還要補加少量無機鹽類添加劑。添加劑的性能是為了降低煤 粒表面的荷電量，減少表面張力，使其親水性更強，穩(wěn)定性更好，直接影響到水煤漿的濃度、黏 度、穩(wěn)定性等技術參數(shù)。所以添加劑對于料漿的穩(wěn)定性起著決定性的作用。而華魯恒升大化肥所用添加劑直接由渭河運來，缺少相應的檢測和控制。同時添加劑用量應隨著煤質變化做出相應的調整，而不是一成不變的。3）其他物質的影

8、響華魯恒升大化肥制漿工序在原始試開車期間，單純用煤和一次水做原料制漿時，其濃度可達 62%，最高到過63%，后來采用甲醇殘液、高沸點烷烴、廢油時，濃度開始降低，而且跑漿嚴 重，特別是高沸點烷烴、廢油出現(xiàn)了與煤中帶電粒子發(fā)生團聚現(xiàn)象，從而引起料漿的穩(wěn)定性和濃 度變差。后來經(jīng)過改造這種情況有所好轉，但煤漿濃度還是經(jīng)常性地波動，給生產帶來一定影響。 3.1.2磨機加棒量H期14(1粕掃H0I.200 H325目20點瞞不99,7S93.7452,104T1.7D31.572999.7693.S763 J 24l.Hl)JL5Rg率-湖灑一咫91.9562-W41-4432, J020058-3 E隊

9、】462.4641.23訴引99.7556 9447.53吃糊91.825&.1642.275599.7189.9559.003.2230.97苴源-就職91.7556.5327.M622.03仙仙93崩62.8140,713攻99.7&9!.6159.9239.3!32.54表1粒度分析散據(jù)%華魯恒升大化肥磨機加棒量是參考其他廠家的棒料配比，這方面做的專業(yè)性工作不多，因此 實際生產中的料漿粒度不是很理想，見表1。正是因為粒度原因曾多次造成料漿泵打量不穩(wěn)定，引起工藝燒嘴壓差的波動，而且也加快了 燒嘴的磨損，縮短了氣化運行周期。尤其對于華東理工大學研制的多噴嘴對置式氣化爐更加嚴重， 在開車初期由

10、于料漿粒度原因曾使煤漿泵打量不穩(wěn)定，造成燒嘴壓差大幅度波動，停車檢查發(fā)現(xiàn) 燒嘴中間環(huán)隙磨損嚴重，頭部出現(xiàn)嚴重龜裂現(xiàn)象。由此可見多噴嘴更適合爐型大一些的工業(yè)氣化 1 1爐，同時也說明適量多加一些鋼棒對于提高料漿濃度和穩(wěn)定性是有利的，因為鋼棒數(shù)量多，料漿 中的小粒子所占比例就越大，料漿黏度大，穩(wěn)定性就好。尤其是采用橡膠襯板的磨機，由于襯板 和磨棒的彈性沖擊，研磨效果較差，多加鋼棒效果會明顯改善。后來根據(jù)實際生產情況，在正常運行中，采取定期分析料漿粒度分布和定期檢查磨機鋼棒磨 損情況并定期加棒的方法，情況有所好轉。故建議采用橡膠襯板的磨機應34個月加棒1次， 每次加棒23 t，最好加75 mm的大號

11、鋼棒，并將磨損嚴重的棒和斷棒及時清出。3.2氣化運行影響因素在近4a運行中因各種原因造成非正常停車多次，僅2005年累計停車次數(shù)達53次，2006年停 車次數(shù)累計為37次，2007年截止6月31日共有18次。原因有電氣儀表、管道閥門堵塞和泄漏、以及設備方面的各種原因等。后來經(jīng)過不斷地改進和完善，逐漸使系統(tǒng)運行趨于穩(wěn)定。2005年至2007年上半年的停車情況見表2。由表2可以看出，除了正常計劃停車外，電氣儀表、工藝、設備等方面是影響氣化爐正常運 行的主要因素。A3.2.1氣化爐溫度眾所周知，氣化爐溫度是氣化操作的關鍵，爐溫的控制原則就是保證氣化爐在液態(tài)排渣的情 況下盡可能控制較低一些。正常情況下

12、，氧碳比越高，氣化溫度就越高，CO2就升高，工藝氣中 的有效氣體成分（H2+CO）降低，CH4含量會降低，反之，氧碳比越低，氣化溫度就越低，CO2 含量就會降低，工藝氣中的有效氣體成分就會升高，但CH4含量就會升高，碳的轉化率就會降 低，過低的氣化溫度還有可能造成氣化排渣困難，影響氣化爐正常運行。提高氣化爐的溫度，有 利于反應的進行，降低副反應的發(fā)生和工藝氣中CH4的含量，改善出口工藝氣中有效氣體的組 成，提高碳轉化率和氣化效率。但也不能無限制的提高爐溫，由于煤種煤質不同，操作溫度的控 制也不盡相同，一般在煤的灰熔點以上50100 C為宜，有經(jīng)驗的則能控制在灰熔點以上20 50 C。由于氣化爐

13、溫度與氧碳比有直接的關系，單靠提高氧氣流量來提高溫度，會使進料氧碳比發(fā) 生變化，即導致氧碳比過高，有效氣體成分下降，CO2含量升高。另外，氣化爐溫度過高，將對 耐火材料腐蝕加劇，影響或縮短耐火材料的壽命，甚至燒壞耐火襯里。據(jù)有關資料顯示，氣化爐V 1廠溫度每提高100 C。對耐火材料的侵損速率將增大4倍。華魯恒升大化肥開車初期由于對爐溫認識不足，加之料漿成分復雜，曾控制過較高的氧碳比 （體積，下同）（520左右），致使灰渣殘?zhí)己繋缀鯙榱?，結果在停車檢查時發(fā)現(xiàn)，爐磚燒蝕非 常嚴重，特別是多噴嘴氣化爐的拱頂磚平均燒蝕速率每20 h高達1 mm，僅運行了 3425 h就將 拱頂磚全部換掉，從而給生

14、產帶來較大的損失。后來由于強行提高生產負荷，控制爐溫又偏低， 導致氣化爐渣口壓差大幅波動，多次發(fā)生渣口嚴重縮小和下降管掛渣，工藝氣在下降管內回旋， 侵蝕托磚板，最終導致托磚板燒壞。為使氣化爐在一個合適的溫度下進行氣化，并保證液態(tài)排渣，通過長期的不斷摸索發(fā)現(xiàn)，集 合壓差、灰渣情況、工藝氣成分、煤質分析、煤漿濃度以及開車初期的燃燒趨勢對應關系進行綜合比較，是找出比較合適的氧煤比的行之有效的方法。經(jīng)過調整，各爐氧碳比基本穩(wěn)定在410 左右，灰渣形狀良好，運行周期加長（單爐45 d，二期62 d），爐磚燒蝕速率每45 h平均降低到 1 mm以下，但由于系統(tǒng)壓力的波動使爐溫控制難度增加，煤質的灰渣粘溫特

15、性較差些，其有效 流動控制范圍較小。3.2.2水質狀況直接影響到氣化運行氣化爐水系統(tǒng)來水主要來自灰水處理水、變換冷凝液和儀表沖洗水、料漿帶水及鍋爐給水， 出水主要有氣化爐排水、水洗塔排水以及工藝氣帶水，而系統(tǒng)自身循環(huán)水量則無法精確計量和計 算。實際生產表明，氣化爐穩(wěn)定運行時，水系統(tǒng)平衡和熱平衡就會穩(wěn)定，系統(tǒng)形成良性循環(huán)；水 質惡化時，尤其是水中總固體含量高時，會很快引起設備管道結垢，流通面積減小，造成激冷環(huán) 布水不均，供水量降低，氣化爐液位下降，系統(tǒng)被迫降低負荷，甚至停車。所以水質的控制、設 備管道的沖洗非常重要。華魯恒升大化肥因激冷水管道結垢影響生產的事故發(fā)生過多次，并出現(xiàn)過下降管掛渣燒壞、

16、 壓差升高、被迫停車事故，直到現(xiàn)在氣化爐部分管線結垢情況也很嚴重。目前國內外還沒有行之 有效的解決方法，一般采用置換法。為了減排增效，同時考慮到地下水本身總固體偏高（達800 一一3、一,一.mg/L），采取如下措施：通過采用收集補充處理后的軟水和其他工序的冷凝液；在激冷水 管線增設過濾器和水洗塔底部加集灰器的方法； 進一步尋求合適的降固方法?，F(xiàn)在通過實施 前兩種方法，效果已明顯好轉。3.2.3 設備及電氣儀表因素華魯恒升大化肥氣化裝置采用4開1備運行模式，正常倒爐只影響6h左右，但非正常停車短時 間無法恢復，且對整個系統(tǒng)影響很大，所以避免非正常停車的根本就是要提高設備的維護、維修V *質量，保證裝置的可靠性。1 工藝燒嘴是決定氣化爐運行周期長短的關鍵設備，也是影響氣化爐安全穩(wěn)定運行的重要因 素，華魯恒升大化肥就曾因燒嘴原因出現(xiàn)2次跳車事故。燒嘴尺寸直接影響到霧化效果和反應質 量，反映出來就是氣化效率和有效氣成分。其次燒嘴壽命延長，不僅節(jié)約檢修費用，也是影響氣 化爐長周期穩(wěn)定運行的決定性因素，同時又能減少維修人員工作量?，F(xiàn)在改善燒嘴頭部材質，延 長其使用壽命已