魯南化肥廠應(yīng)用德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)10年回顧

1、本文由 liuyuanhui8342 貢獻(xiàn)pdf 文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT,或下載源文件到本機(jī)查看。小氮肥2004 年 1 期 第15魯南化肥廠應(yīng)用德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)10 年回顧金剛 張鴻林( 山東兗礦魯南化肥廠277527) 0 前言我國(guó)第一套水煤漿加壓氣化裝置于1993 年 4 月在我廠建成并試車,1994 年 3 月完成了原化工部組織的72 h 滿負(fù)荷考核,1994 年 6 月通過了原化工部專家組的技術(shù)鑒定 ,1995 年產(chǎn)量達(dá)到了設(shè)計(jì)值 。 經(jīng)過幾年的技術(shù)改造和攻關(guān), 消化吸收并發(fā)展了水煤漿加壓氣化技術(shù), 于 1995 年 12 月我 廠的 “ 水煤漿

2、加壓氣化及氣體凈化制合成氨新工藝”榮獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng), 形成了我廠獨(dú)有的生產(chǎn)技術(shù)。1 工藝原理及流程簡(jiǎn)介發(fā)物的燃燒氣化; ( 2 ) 固定碳與氣化劑( 氧氣 、 蒸 汽 ) 間的反應(yīng); ( 3) 反應(yīng)生成氣體彼此間進(jìn)行的反應(yīng) ; ( 4) 生成的氣體與氣化劑、 固定碳之間的反應(yīng)。 水煤漿加壓氣化工藝流程見圖1 。 原煤經(jīng)濕磨制漿后成為63 %左右的水煤漿, 經(jīng)過隔膜泵輸送與純氧 ( 98 %) 一起進(jìn)入德士古噴嘴, 煤漿經(jīng)噴嘴霧化與氧氣在氣化爐內(nèi)發(fā)生部分氧化反應(yīng)生成 水煤氣 ( 合成氣 ) 。本裝置氣化爐的壓力為3. 0 MPa 、 溫度 1 300 左右 。合成氣出氣化爐后, 經(jīng) 文氏管

3、 、 洗滌塔增濕除塵后送往后工序, 用于制合成氨或甲醇?；以?jīng)鎖灰斗收集, 定期排出系統(tǒng)。 黑水經(jīng)閃蒸回收熱量, 再沉降處理返回系統(tǒng)使用。2 生產(chǎn)情況及技術(shù)改進(jìn)2. 1 生產(chǎn)情況( 1) 1994 年摻燒北宿煤成功。 ( 2)1995 年裝置達(dá)到設(shè)計(jì)能力, 產(chǎn)合成氨為水煤漿加壓氣化工藝屬氣流床氣化, 水煤漿 進(jìn)料 , 以純氧為氣化劑。 氣化壓力可在2.08. 5 MPa范圍選擇,氣化溫度約1 3001 500 C ,濕煤 氣主要含有 CO、2、2、20、2 、 2 S 、 4 等 。在 H CO H N H CH 氣化爐中進(jìn)行的主要反應(yīng)有: ( 1) 煤的熱裂解與揮 避免因此而造成系統(tǒng)停車,

4、可用帶壓堵漏方法來消除 。用此法消除泄漏最好是在早期泄漏量較小時(shí)進(jìn)行 , 這樣不僅有利于安全操作, 而且可防止因長(zhǎng)期泄漏而刺破法蘭密封面 。但帶壓堵漏是否成功的關(guān)鍵首先是應(yīng)根據(jù)法蘭的裝配情況制作1 付 合適的卡子, 其次是根據(jù)部位的溫度選用合適的密封膠 。 對(duì)于高溫部位的泄漏一定要選用高溫膠 , 當(dāng)然低溫部位也可以用高溫膠。因此 , 為了降 低密封膠品種和數(shù)量的貯備, 又使膠具有通用性,一般只貯備高溫密封膠( 筆者曾常用此法消除壓力為 2. 5 MPa 以下的各種法蘭泄漏) 。當(dāng)有停車機(jī)會(huì)時(shí) , 一般通過更換密封墊片和緊固螺栓, 可以 達(dá)到徹底消除泄漏的目的。 但有時(shí)拆開法蘭, 會(huì) 發(fā)現(xiàn)密封面

5、因腐蝕、 刺漏沖刷而出現(xiàn)了溝槽、 凹坑 , 更換墊片已不能解決泄漏問題, 必須對(duì)密封面進(jìn)行修補(bǔ), 而且動(dòng)火的安全處理比較困難 。對(duì)此 , 可根據(jù)泄漏處的溫度選用耐溫不同的金屬修補(bǔ)劑( 可選用國(guó)產(chǎn)天山系列金, 趁修補(bǔ) 劑尚未硬化前放除過多屬修補(bǔ)劑或美國(guó)貝爾佐納系列金屬修補(bǔ)劑) 對(duì)損壞部位進(jìn)行修補(bǔ)。這樣又快又好 , 一般檢修完后可立即開車處漏點(diǎn) , 從未失敗過4 結(jié)語變換系統(tǒng)的設(shè)備問題多種多樣, 在處理時(shí)應(yīng)具體問題具體分析, 切莫 “頭痛醫(yī)頭 、腳痛醫(yī)腳”, 一定要找到問題的主要原因 “對(duì)癥下藥”。尤其應(yīng)注重把好設(shè)計(jì)關(guān), 將事故隱患消滅在設(shè)計(jì)階段。1994-2010 China Academic

6、Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.16 82 098 t 。 ( 3) 1996 年以后裝置開工率達(dá)95 % 。( 4) 1997 年創(chuàng)單爐連續(xù)運(yùn)行周期 1 863 h 的小氮肥2004 年 1 期 第國(guó)內(nèi)最高記錄。2001 - 2002年連續(xù)3次創(chuàng)單爐連 續(xù)運(yùn)行周期8889 d的好成績(jī)。(5) 2001 年開 2 臺(tái)氣化爐( 在沒有備爐的情況下 ) 生產(chǎn)合成氨85 025 t 、 甲醇 93 196t 。 (6) 噸氨綜合能耗比固定層造氣低約100 kg 標(biāo)煤 。 2. 2 裝置的技術(shù)改造2. 2.1 煤種的更換

7、德士古水煤漿加壓氣化所使用的煤種都是經(jīng)過試燒評(píng)價(jià)的。 我廠氣化裝置原設(shè)計(jì)使用的七五煤先后在美國(guó)洛杉磯蒙特貝洛實(shí)驗(yàn)室和西北化工研究院進(jìn)行了試燒。 由于七五煤的灰熔點(diǎn)較高, 需要添加石灰石作助熔劑來降低煤的灰熔點(diǎn), 這 樣給生產(chǎn)操作帶來了極大的困難。為了解決生產(chǎn)難題 , 擴(kuò)大德士古氣化的原料來源, 于 1994 年進(jìn) 行了向七五煤中摻燒北宿煤的試驗(yàn)工作 , 取得了 令人滿意的效果, 隨后又摻燒了十幾個(gè)煤種, 最終 改變了我廠氣化用煤?jiǎn)我坏臓顩r, 甩掉了七五煤, 停加了石灰石, 降低了煤的灰熔點(diǎn)。配煤摻燒的成功在生產(chǎn)上顯示出如下優(yōu)點(diǎn): (1) 延長(zhǎng)了耐火磚的使用壽命。 由于混煤灰熔點(diǎn)的降低, 隨之也

8、降低了操作溫度, 因而延長(zhǎng)了耐火磚的使用壽命。試車初期, 氣化爐的操作溫度控制在1400 左右 , 而且加入的石灰石也加重了熔渣對(duì)耐火磚的侵蝕和沖刷。 我廠第一爐耐火磚 ( 向火面筒體磚) 僅使用了4 000 h 。在使用混煤 、 停加石灰石后,1996 年使用的法國(guó) 90 向火 面筒體磚使用了8 200 h 。 1998 年以后全燒精煤時(shí) , 國(guó)產(chǎn)向火面耐火磚可使用到 12 000 h 以上 。 另外 , 降低了煤的灰分, 提高了單爐的產(chǎn)氣量, 也 相對(duì)延長(zhǎng)了耐火磚的使用壽命。圖 1 水煤漿加壓氣化工藝流程(2) 減緩了系統(tǒng)結(jié)垢, 降低設(shè)備故障率, 延長(zhǎng) 運(yùn)行周期。 使用混煤, 停加了石灰石

9、,控制了煤的灰成分 , 使灰水中的Ca2 + 大大降低, 有效地緩解了系統(tǒng)結(jié)垢現(xiàn)象。 試車初期 , 高壓灰水泵葉輪結(jié)垢速度很快, 一般運(yùn)行1 周流量就要下降, 泵體發(fā) 生震動(dòng) , 軸封泄漏; 灰水換熱器在運(yùn)行 1 個(gè)月左 右 , 換熱效率就大幅下降, 閃蒸系統(tǒng)超壓; 文丘里 噴水孔也曾結(jié)垢堵塞被迫停車清理; 工藝燒嘴11994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.小氮肥2004 年 1 期 第17個(gè)月左右就磨損相當(dāng)嚴(yán)重, 表現(xiàn)出燒嘴霧化效果變差 , 灰渣可燃物增高, 有效氣體成

10、分下降。使用 混煤后，上述問題得到了解決，灰水換熱器一般運(yùn)行34個(gè)月才出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象 , 文丘里 、 調(diào)節(jié)閥也未因結(jié)垢造成過停車, 燒嘴使用壽命也明顯增長(zhǎng)。 系統(tǒng)運(yùn)行周期也由1993 年的 11 d 到 1998 年的 77 d , 再到 2001 年的 88 d , 實(shí)現(xiàn)了安全、 穩(wěn)定 、 長(zhǎng)周期 運(yùn)行的目標(biāo)。 (3) 降低了生產(chǎn)消耗。 維持較高爐溫所需的熱量就是煤在氧氣中燃燒所釋放的熱量。由于操作爐溫的降低, 維持較高爐溫所需的熱量也就減少 , 熱量損失也相應(yīng)減少, 比氧耗 、 比煤耗均相應(yīng)降低 。最初在七五煤中摻燒北宿煤時(shí), 摻燒后的 噸氨耗氧由992 m3 ( 標(biāo)態(tài) ) 降低到 920

11、m3 ( 標(biāo)態(tài) ) 。 按每小時(shí)產(chǎn)10 t 氨的設(shè)計(jì)能力計(jì), 則每小時(shí)可節(jié)省氧氣 720 m3 ( 標(biāo)態(tài) ) , 這部分氧氣又可以用來多生產(chǎn)合成氨 。 (4) 降低了煤中灰分( 包括停加石灰石) , 提 高了單臺(tái)設(shè)備的生產(chǎn)能力。煤中灰分的降低, 相 對(duì)增加了煤漿中的有效成分, 若煤漿中的灰分由18 % 降低到 8 % , 在同樣的煤漿濃度（約63 %）下,煤漿中的有效成分可提高 6 %7 % ,在同樣的給 煤量和煤漿泵轉(zhuǎn)速下, 相當(dāng)于提高了煤磨機(jī)和高壓煤漿泵的生產(chǎn)、 輸送能力。 （ 5） 降低了運(yùn)行費(fèi)用 , 簡(jiǎn)化了制漿系統(tǒng)流程。 由于停加了石灰石, 原石灰石制漿系統(tǒng)就不需運(yùn)行 , 石灰石磨機(jī)等

12、大型設(shè)備的運(yùn)行動(dòng)力及維護(hù)費(fèi)用、 還有石灰石的采購(gòu)費(fèi)用就不再發(fā)生, 大大降低 了生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用。另外 , 由于生產(chǎn)能力的提高是在不增加運(yùn)行設(shè)備的情況下進(jìn)行的,也相應(yīng)降低了噸氨消耗和固定費(fèi)用的分?jǐn)偂?石灰石系統(tǒng)的停用 , 簡(jiǎn)化了煤漿制備崗位的流程 , 也消除了因石灰石系統(tǒng)影響生產(chǎn)的狀況。 2. 2. 2 閃蒸系統(tǒng)的改造改造前閃蒸系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。氣化爐洗滌塔來的黑水（溫度194204 C,含固量1.32 %） 經(jīng)高壓 、 中壓 、 真空三級(jí)閃蒸回收熱量, 原 設(shè)計(jì)高壓、 中壓 真空 3 個(gè)閃蒸罐的位置依次放在+ 22. 6 m 、16. 6 m 、10. 6 m 平面上 , 真空閃蒸+ + 后

13、的黑水經(jīng)沉降槽給料泵加壓送入沉降槽, 由于 黑水濃縮后含固量較高, 泵的葉輪、 軸封及管線磨損嚴(yán)重 , 造成黑水外泄影響生產(chǎn)。另外 ,3 個(gè)閃蒸 罐的黑水均從罐底流出, 這樣 , 每遇到開停車容器管道內(nèi)的垢片就會(huì)大量脫離, 堵塞管道, 疏通需要幾個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間,而且發(fā)生過熱水噴出傷人的事故 , 有時(shí)被迫停車。 1995 年針對(duì)設(shè)計(jì)中的缺陷, 對(duì)閃蒸系統(tǒng)流程 和設(shè)備布置進(jìn)行了改造, 將真空閃蒸罐位置提高到 + 22. 6 m 平面上 , 并將高壓閃蒸罐 、 中壓閃蒸罐黑水出口改至閃蒸罐中部出水, 并在真空閃蒸罐下增加1 個(gè)儲(chǔ)渣罐 , 改造后閃蒸系統(tǒng)工藝流程如圖 3 。 這樣 , 中壓閃蒸罐的黑

14、水靠其與真空閃蒸罐的壓差壓入真空閃蒸罐, 真空閃蒸罐的黑水靠重力自流入沉降槽, 省去了 2 臺(tái)沉降槽給料泵,簡(jiǎn)化了流程, 減少了管線堵塞的機(jī)會(huì), 節(jié)省了維修和運(yùn)行費(fèi)用, 同時(shí) , 每年可節(jié)約電15萬 kWh 以 上 , 解決了黑水泄漏問題。 2. 2. 3 黑水調(diào)節(jié)閥及閥后短節(jié)的防磨氣化爐 、洗滌塔出口的黑水壓力分別為2. 65 MPa 和 2. 35 MPa , 必須經(jīng)角式減壓閥減壓后進(jìn)入高壓閃蒸罐。黑水減壓后, 壓力發(fā)生變化, 靜壓能 轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能, 流速急劇增加, 在黑水中灰渣顆粒的摩擦沖擊下, 調(diào)節(jié)閥及閥后短節(jié)磨損嚴(yán)重, 極易發(fā) 生泄漏 。 經(jīng)改變閥后管線結(jié)構(gòu)和使用陶瓷襯管試驗(yàn) , 收到

15、了較好的防磨效果, 閥后短節(jié)一般可使用1 年以上不被磨透。2 . 2. 4 實(shí)現(xiàn)了氧碳比（O/ C） 的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制德士古水煤漿加壓氣化中氧氣和煤漿要按照 一定的比例進(jìn)入氣化爐發(fā)生部分氧化反應(yīng), 只要 氧氣純度和煤漿濃度保持穩(wěn)定（ 煤質(zhì)一般不會(huì)發(fā)生較大變化） , 則氧氣流量和煤漿流量的比就是個(gè)定值 , 可以通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算實(shí)現(xiàn) O/ C 自調(diào) , 關(guān)鍵 的問題是要測(cè)一個(gè)準(zhǔn)確的氧氣流量和煤漿流量。 德士古原設(shè)計(jì)中氧氣管線上有3 只流量表, 煤漿 管線上有2 只電磁流量計(jì)。我廠在煤漿管線上又安裝了 1 只電磁流量計(jì), 這樣氧氣流量和煤漿流量都可作為中值選擇進(jìn)入計(jì)算, 平時(shí)維護(hù)3 只表 的差值在規(guī)定的

16、范圍內(nèi), 即使有 1 只表突然發(fā)生嚴(yán)重偏離, 中值的變化也是不大的 , 保持了氧氣和煤漿流量的穩(wěn)定性, 實(shí)現(xiàn)了 O/ C 的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制 , 提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全系數(shù), 減少了操作人員的工作量。1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.18小氮肥2004 年 1 期 第圖 2 改造前閃蒸系統(tǒng)工藝流程1. 高壓閃蒸罐中壓閃蒸罐真空閃蒸罐沉降槽給料泵沉降槽灰水罐 2. 3. 4. 5. 6. 7. 壓濾機(jī)給料泵高壓灰水泵真空閃蒸分離罐8. 9. 10. 壓力閃蒸分離罐圖 3 改

17、造后閃蒸系統(tǒng)工藝流程1. 高壓閃蒸罐中壓閃蒸罐真空閃蒸罐集渣罐沉降槽灰水罐 2. 3.4. 5. 6. 7. 高壓灰水泵真空閃蒸分離罐8. 10. 壓力閃蒸分離罐1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.小氮肥2004 年 1 期 第192. 3 關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化2. 3. 1 煤漿泵我廠與上海大隆機(jī)器廠、 沈陽(yáng)有色冶金機(jī)械總廠聯(lián)合開發(fā)的高壓、 低壓煤漿泵已在我廠裝置上運(yùn)行 4 年多 , 目前運(yùn)行良好, 這些泵較進(jìn)口設(shè)備價(jià)格低 , 且能滿足工藝生產(chǎn)需要 。 2. 3. 2

18、耐火磚的國(guó)產(chǎn)化我廠與新鄉(xiāng)耐火材料廠、 洛陽(yáng)耐火材料研究院聯(lián)合開發(fā)的國(guó)產(chǎn)耐火磚( XKZ - 80 ) 于 1994 年11 月用于我廠A # 爐 , 運(yùn)行情況良好。尤其在抗產(chǎn)需要，我廠與北京科技大學(xué)共同攻關(guān)，調(diào)整了鋼球配比，使磨機(jī)的負(fù)荷提高到2224 t/ h , 解決了 磨機(jī)生產(chǎn)能力偏低的問題。 2000 年以前 , 由于 1 臺(tái)氣化爐運(yùn)行, 所以只 要 1 臺(tái)球磨機(jī)運(yùn)行。 2000 年以后 , 為了配套雙爐運(yùn)行 , 又安裝了1 臺(tái)棒磨機(jī),在球磨機(jī)和棒磨機(jī)的使用對(duì)比中, 又有了新的認(rèn)識(shí)。 在煤漿添加劑方面, 曾進(jìn)行了10 余種添加劑的試驗(yàn) , 如木質(zhì)素系列、 腐植酸系列、 萘系列等, 為 水

19、煤漿生產(chǎn)提供了大量的技術(shù)儲(chǔ)備, 也篩選了適合我廠使用的物美價(jià)廉的煤漿添加劑。 經(jīng)過幾年的生產(chǎn)實(shí)踐,我廠在水煤漿制備方面積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn), 下面提出幾點(diǎn)看法供參考 : (1) 德士古水煤漿加壓氣化對(duì)煤漿的要求主要考慮其濃度、 粘度 粒度分布和穩(wěn)定性。 濃度高 能提高氣化效率, 氧耗也會(huì)下降; 粒度分布太細(xì), 有利于氣化反應(yīng), 且煤漿的穩(wěn)定性好,不易沉淀, 但會(huì)增加粘度, 不易于泵送, 動(dòng)力消耗也將增加。 要獲得高濃度、 高細(xì)度 、 低粘度的水煤漿就要使用性能好的添加劑, 這又要增加運(yùn)行成本, 因此要根據(jù)煤種的具體情況和煤漿的用途, 確定煤漿的濃度、 粘度 、 粒度分布和穩(wěn)定性, 做到既能滿足生

20、產(chǎn) 需要 , 又經(jīng)濟(jì)合理。 (2) 棒磨機(jī)與球磨機(jī)相比, 棒磨機(jī)效率高一些 , 但粒度分布較粗 , 適用于反應(yīng)活性較好的煤, 球磨機(jī)磨制的煤漿粒度分布較合理, 穩(wěn)定性較好, 適用于反應(yīng)活性較差的煤, 但篩上大顆粒較多, 比 棒磨機(jī)的電耗高約20 % 。 ( 3) 磨機(jī)采用橡膠襯板, 可大大降低噪音, 降 低能耗 。 (4) 根據(jù)煤的性質(zhì), 找出鋼球( 鋼棒 ) 的添加 量 , 定期補(bǔ)入, 以保持煤漿質(zhì)量的穩(wěn)定。 另外 , 鋼 棒的選擇要兼顧韌性、 剛度和耐磨的合理統(tǒng)一。 (5) 磨機(jī)和滾筒篩的檢查周期以半月為宜, 主要檢查滾筒篩有無破損、結(jié)垢或堵塞。 我廠的德士古水煤漿加壓氣化裝置運(yùn)行質(zhì)量逐步提高, 運(yùn)行周期逐漸增長(zhǎng),得益于技術(shù)改造與攻關(guān) 。 在生產(chǎn)過程中還有許多問題沒有得到很好的解決 , 今后還要探索下去 , 使德士古裝置發(fā)揮更大的效益。熱震性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了法國(guó)沙瓦的ZIRCHROM 80 磚 。另外 , 洛陽(yáng)耐火材料研究院生產(chǎn)的高鉻耐火磚用于德士古水煤漿加壓氣化方面運(yùn)行時(shí)間已超過