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1、兖矿鲁南化肥厂成功应用多喷嘴对置式水煤浆气化技术(2011-04-27 22:06:10) 转载标签： 教育兖矿鲁南化肥厂成功应用多喷嘴对置式水煤浆气化技术李波 吕传磊 潘荣(兖矿鲁南化肥厂，山东滕州277527)1. 前言 兖矿鲁南化肥厂多喷嘴气化炉选用了目前国内普遍采用的设备和仪控配置，具有较高的装配水平和自动化程度，较好地实现了装置的国产化。高压煤浆泵选用德国FELUWA隔膜泵，DCS选用浙大中控的产品，气化炉由大连金重制造，烧嘴由我厂研发生产。原料煤以神木煤为主，掺烧兖矿北宿煤等，煤种适应性较强。根据国家有关原料和动力调整政策，2007年兖矿鲁南化肥厂投资建设了年产24万吨合成氨、40
2、万吨尿素项目。项目配套建设了一套具有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆加压气化装置，以及一套28000Nm3/h空分、NHD脱硫脱碳气体净化、氨合成、尿素合成和造粒等装置。气化装置设计日处理煤1150吨，由中国天辰化学工程公司设计，中国化学工程第四建设公司负责建设。 该装置于2007年4月21日气化炉框架破土动工，至2008年7月1日实现了化工安全投料一次成功，并很快打通流程，当日主要工艺指标达到设计值。化工投料后气化炉即转入正常运行，实现了首次开车即实现连续运行78天的优良成绩，期间气化炉的烧嘴运行情况、气化炉壁温、气体成分等各项运行工艺指标状况正常。2. 运行情况介绍2.1 运行时间统计2.
3、1.1 第一次运行(连续运行78天) 2008年7月1日气化炉投料，一次打通整个工艺系统，于2008年9月16日计划停车，连续运行78天，约1873小时。 作为一套新的工艺系统，第一次原始开车就连续运行78天，体现了装置系统的技术先进性和操作水平的高超性。在该阶段的连续运行中，曾多次出现合成系统和空分系统的负荷不足，操作中通过停用一对烧嘴或减小煤浆流量来控制气化炉负荷，多次实现带压联投一对烧嘴，以实现较大幅度地调整负荷，体现了多喷嘴对置式水煤浆气化技术操作弹性大的优点。如2008年8月7日和8月8日因煤浆流量过低，两次停用一对烧嘴；2008年9月4日因空分负荷不足，手动停一对喷嘴等。 经过78
4、天的初次运行，停车后检查工艺烧嘴等状况良好，初步净化系统和渣水处理系统状况亦良好。根据当时的烧嘴磨损情况，再连续运行没有问题。2.1.2 第二次运行(连续运行85天) 第一次停车后，对渣水处理和合成气初步净化系统进行检修，共用时5天，于2008年9月21日再次开车，2008年12月14日计划停车，共运行85天。 此次停车后，对气化炉内耐火砖腐蚀情况进行了测量，发现耐火砖总体情况良好；烧嘴状况良好，因此停车10天后再次开车。2.1.3 第三次运行(连续运行43天) 2008年12月24日第三次开车，于2009年2月4日计划停车，共运行43天。由于国际金融危机导致甲醇价格下跌，因此鲁化利用此段时间
5、进行大修。2.1.4 第四次运行(连续运行86天) 经过1个月的检修后，对前一阶段运行期间暴露出的问题进行了改进优化，又于2009年3月11日再次开车，此次运行过程中，气化炉的运行状况十分良好。因合成系统计划停车检修，2009年6月4日气化系统停车，共连续运行86天。 此次对渣水处理系统、合成气初步净化系统和激冷室进行了检修，情况良好。2.1.5 第五次运行(连续运行106天) 2009年6月14日下午13点再次开车，于2009年9月27日计划停车，共运行106天。此次停车的原因是计划更换烧嘴。停车后检查工艺烧嘴状况良好，根据当时的磨损情况看，再连续运行应该没有问题。图1 运行106天的烧嘴
6、兖矿鲁南化肥厂单台多喷嘴对置式气化炉在自2008年7月1日至2009年6月30日的时间里，实现了无备炉运行312天的优异运行成绩，充分体现了装置的可靠性和稳定性，特别是在这五个运行周期中因烧嘴以外的原因导致单对烧嘴停车12次，在故障得到处理后均实现了带压联投，减少了气化炉停车次数，节约了运行成本。2.2 运行情况分析2.2.1 停车原因统计 气化炉开车后，装置运行比较稳定，多以计划停车为主，故障以仪控居多，没有因为工艺原因造成气化炉停车。停车原因见表1。表1 多喷嘴气化停车原因统计(2008年7月2009年6月)项目计划停车工艺故障设备故障仪控故障电气故障界区外原因(前后系统)其它停车次数次数
7、40313130所占比例17%0%13%56%4%13%0%停车时间(h)147708033.31213.30 从统计表看出，多喷嘴气化炉的运行比较稳定，故障率较低。2.2.2 工艺指标 兖矿鲁化除了拥有多喷嘴气化炉(D炉)外，还有三台德士古气化炉(A、B、C炉)，四台气化炉所用煤种相同。两种类型气化炉的工艺操作数据比较见表2。通过分析发现：多喷嘴气化炉具有碳转化率高、有效气成分高、原料消耗低、渣中残碳低等特点。表2 工艺指标对比(煤种：神木煤，煤浆浓度59%)炉型多喷嘴气化炉德士古气化炉指标比氧耗比煤耗有效气成分%粗渣含碳%细渣含碳%比氧耗比煤耗有效气成分%粗渣含碳%细渣含碳%2010-1-
8、27377.90564.3882.95.518.6407.0634.980.515.9131.542010-1-28379.40563.4182.16.8519.5401.5648.581.520.833.892010-1-29377.71550.4181.810.3221.3406.0675.681.029.3715.67平均378.3559.482.37.619.8404.9653.081.015.427.0 从表中可以看出，多喷嘴气化炉的比氧耗、比煤耗、渣中残碳明显低于德士古气化炉，有效气成分比德士古气化炉高1.3百分点。2.2.3 耐火砖 多喷嘴气化炉燃烧室内流场射流、撞击流、折返流、
9、平推流并存，煤浆被氧气雾化，并与来自对置烧嘴的氧气与煤浆的混合物撞击，撞击后形成向上和向下的撞击流股，向上的气流会携带一定的动能向上流动，直至遇到耐火砖后向下返流，这股流体的温度相对于燃烧室下部而言偏高。由于受煤浆浓度、煤灰熔点、操作压力等因素影响，气化炉上部耐火砖表面难以形成渣膜保护，所以气化炉拱顶耐火砖受到高温和冲刷的双重作用，蚀损速率比下部大，寿命比下部耐火砖寿命短。 鲁化多喷嘴气化炉前两次拱顶耐火砖运行后测得的蚀损速率见表3。表3 多喷嘴两个阶段气化炉内拱顶耐火砖测量数据对比拱顶砖磨蚀率(mm/h)运行时间hB砖F砖F4砖F7砖K砖第一阶段0.01660.02520.03070.034
10、10.06134850第二阶段0.00390.00550.00820.00780.015285 从表3可以看出第二阶段砖磨蚀率大大优于第一阶段，并且在运行时间上还高于第一阶段。从进入气化炉对耐火砖检查的情况看，第二阶段运行对砖磨蚀很少。耐火砖照片如图2、3所示。图2 K砖(5285h) 图3 F砖(新、旧砖5285h)图4 筒体部位砖 与拱顶砖相比，多喷嘴气化炉燃烧室下部耐火砖受高温气流的冲刷较轻，蚀损率较小，约为0.00812mm/h，寿命较长，截止目前累计运行已达到11773h。 与德士古气化炉相比，多喷嘴气化炉的拱顶砖寿命低于德士古，但是筒体砖寿命按照磨蚀率0.00812mm/h计算，使
11、用周期在20000h以上，远远高于德士古。2.2.4 烧嘴运行时间 多喷嘴气化炉采用预膜式烧嘴，煤浆与氧气在烧嘴内部不混合，煤浆离开烧嘴的速度较低，约为7m/s，煤浆对烧嘴头部的磨损较小，烧嘴的使用寿命较长。兖矿鲁化多喷嘴气化炉的工艺烧嘴的平均使用寿命达到80天以上，最长达到106天(按照烧嘴的实际状态，还可再使用一个周期)。3. 本项目前期改造情况介绍 兖矿鲁南化肥厂针对项目建设中存在的不足，结合全厂各系统配置和本装置的特点进行了一百余项技术改造，其中较大的技术改造有以下几项。3.1 系统配置 兖矿鲁化双结构项目只建设了一台多喷嘴气化炉，为实现资源共享、系统互备，项目建设之初就考虑了氧气、水
12、煤气及煤浆的互通互备。3.1.1 水煤气管线 多喷嘴气化炉(4.0MPa)与原有德士古气化炉(3.0MPa)连通，即将多喷嘴气化装置合成气出口与德士古装置合成气管线互通。德士古气化炉停车减负荷或停车时，多喷嘴气化炉水煤气减压后部分或全部送入德士古装置合成气出口，送至甲醇或合成氨系统；多喷嘴气化装置停车时，可将德士古合成气送至多喷嘴气化装置出口，并送至合成氨系统。通过管线的连通，德士古装置与多喷嘴装置实现了互为备用，后系统可以根据市场的变化调整合成氨或甲醇的运行方式，实现了效益的最大化。3.1.2 氧气管线 双结构改造项目配套28000Nm3/h空分，与原有14000/10000Nm3/h空分的
13、氧气管线上设置了连通，通过氧气连通和减压阀的控制保证了双系统的氧气供应。将28000Nm3/h空分富余的氧气送德士古气化装置，利用这部分富余氧气提高了德士古气化的运行负荷，解决了德士古气化装置氧量不足的矛盾，最大程度地提高了系统负荷。3.2 气化炉静态破渣器 鲁化多喷嘴气化炉下部没有安装破渣机，在气化炉洗涤冷却室安装有静态破渣器。由于设计时格栅的间距较小，长期运行会导致渣的积聚，因此，对静态破渣器格栅进行了改造，以便于渣能够顺利地排出洗涤冷却室。一年多的运行经验证明静态破渣器运行状况良好，没有出现大块炉渣堵塞现象。3.3 气化炉洗涤冷却室内件 为了确保激冷室内破泡装置能承受气流的冲击力，在焊接
14、部位重新进行加固处理，防止脱落。对洗涤冷却室合成气出口的折流挡板形式及尺寸进行了重新计算，根据计算结果进行了相关处理，加大了合成气出口过流面积，降低了合成气出口的阻力。 设备设计时，将气化炉锥底托砖盘与支撑板通过焊接固定。在系统运行时，设备受热膨胀，气化炉锥底托砖盘与支撑板间容易造成热膨胀，易使气化炉壁或气化炉锥底托砖盘受力损坏。我厂对其进行了改进：割开焊接部位，调整配合间隙，预留出气化炉锥底托砖盘与支撑板间的膨胀缝，满足设备热膨胀的需要。4. 运行总结 (1) 多喷嘴气化炉燃烧室流场复杂，烧嘴处的气流速度直接影响到雾化效果，从而影响拱顶耐火砖寿命和物料消耗，因此应严格按照压力与负荷的对应关系控制气化炉负荷。 (2) 关注烧嘴的煤浆通道压差。经验数据得知，烧嘴的煤浆压差控制不易过高或者过低：过高，煤浆通道可能有异物存在(把握好煤浆质量非常重要)；过低一般出现在烧嘴运行后期，烧嘴雾化效果会随之变差。 (3) 控制原料煤质量，注重灰熔点和粘温特性的稳定。煤浆灰熔点和粘温特性是气化炉稳定运行的重要参数，二者的波动会导致熔渣在炉内流动性能的变化，从而引起渣口阻力的变化。保持灰熔点和粘温特性稳定，严格按照粘温特性操作是实现气化炉长周期稳定运行的关键和有效途径。
