五环炉湿洗塔塔盘结垢的原因分析及解决方案.pdf

A u g 化肥设计C h e m i c a lF e r t i l i z e rD e s i g n第 卷第期 年月作者简介:杜孟洪(年),男,河南商丘人,年毕业于郑州大学化学工程专业,硕士,高级工程师,现主要从事五环炉煤气化生产管理工作.五环炉湿洗塔塔盘结垢的原因分析及解决方案杜孟洪(河南龙宇煤化工有限公司,河南 永城 )摘要:五环炉湿洗塔塔盘结垢是制约五环炉气化装置长周期运行的瓶颈问题,分析了湿洗塔塔盘结垢的原因,通过对湿洗塔塔盘进行改造和操作工艺优化,基本解决了湿洗塔塔盘结垢的问题,实现了五环炉装置的长周期运行.关键词:五环炉煤气化;湿洗塔;塔盘结垢;设备改造;操作优化d o i:/j i s s n 中图分类号:TQ 文献标识码:B文章编号:()C a u s eA n a l y s i so fa n dC o u n t e r m e a s u r e s f o rT r a yS c a l i n go fW e tW a s h i n gT o w e r i nW u h u a nG a s i f i e rD U M e n g h o n g(H e n a nL o n g y uC o a lC h e m i c a lC o,L t d,Y o n g c h e n gH e n a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T r a ys c a l i n go fw e tw a s h i n g t o w e r i nW u h u a nG a s i f i e r i s t h eb o t t l e n e c k t h a t r e s t r i c t s t h e l o n gc y c l eo p e r a t i o no f t h ew h o l eg a s i f i c a t i o nu n i t I n t h i sp a p e r,t h e r e a s o n s f o r s c a l e f o r m a t i o no fw e tw a s h i n g t o w e r t r a ya r e a n a l y z e d B y t r a n s f o r m i n g t h ew e tw a s h i n g t o w e r t r a ya n do p t i m i z i n gt h eo p e r a t i o np r o c e s s,t h i ss c a l i n gp r o b l e mi sb a s i c a l l ys o l v e d,r e a l i z i n gt h e l o n gc y c l eo p e r a t i o no fWu h u a ng a s i f i e rp l a n t s K e y w o r d s:c o a l g a s i f i c a t i o nv i a Wu h u a nf u r n a c e;w e tw a s h i n gt o w e r;t r a ys c a l i n g;e q u i p m e n t t r a n s f o r m a t i o n;o p e r a t i o no p t i m i z a t i o nd o i:/j i s s n 河南龙宇煤化工有限公司(以下简称“龙宇煤化工”)二期 万t/a醋酸项目配套气化装置采用五环炉干煤粉气化工艺提供湿法洗涤合成气,湿洗塔是合成气湿法洗涤的最关键设备.但在五环炉气化装置运行期间,发现湿洗塔塔盘存在结垢的问题,结垢严重时装置会出现合成气带液和液泛的情况,严重影响后系统的安全稳定运行,会造成五环炉气化装置被迫停车,制约五环炉气化装置的长周期运行.针对如何解决五环炉气化装置湿洗塔塔盘的结垢问题,本文进行深入研究.1 1湿洗系统工艺流程从五环炉激冷罐来的粗合成气进入湿洗系统洗涤,首先合成气通过湿洗塔前的文丘里洗涤器与循环水充分混合,出文丘里洗涤器的气水混合物进入湿洗塔的底部,合成气从湿洗塔底部水层中溢流进入各层塔盘,与湿洗塔内的洗涤水逆流充分接触,达到合成气除尘、降温、除酸性气体的目的.粗合成气通过湿洗塔顶部除沫器后,含尘量应控制在m g/Nm,送到下游工序.湿洗塔循环水中含有一定浓度的固体颗粒,需要排至闪蒸系统,用来降低循环水中的灰含量和酸性气含量.湿洗系统工艺流程见图.图湿洗系统工艺流程2 2湿洗塔在运行中的问题五环炉湿洗塔原设计有四层固阀塔盘,塔盘洗涤水有两股:一股来自闪蒸系统的除氧器通过高压灰水泵,送至湿洗塔的第三、四层塔盘(从上往下计算),补 水 量 约 为 Nm/h,高 压 灰 水 压 力 为 MP a,温度约为 ;另外一股是工艺水,补水量约为 Nm/h,温度约为.在五环炉气化装置运行中发现,湿洗塔运行两个月左右时压差上涨达到 k P a以上,出现明显带液现象,洗涤效果变差,影响下游装置安全运行,严重时五环炉气化装置被迫停车检修,制约装置长周期运行(见图).湿洗塔塔盘结垢成为制约五环炉气化装置的瓶颈问题,为了实现五环炉装置的长周期、安全运行,需要有效解决湿洗塔的塔盘结垢问题.图湿洗塔运行期间压差趋势3 3湿洗塔塔盘结垢的原因分析及解决方案 塔盘结构形式在检查因压差过高而多次停车的湿洗塔后发现,湿洗塔的第三、四层塔盘堵塞比较严重,这是造成湿洗塔压差高的主要原因.原设计的塔盘是固阀塔盘,固阀塔虽有鼓泡均匀、液面梯度低、流动方向性好、压降低等优点,但五环炉采用湿法除灰,合成气 中 带 灰 量 大,易 造 成 湿 洗 塔 塔 盘 积 泥 和结垢.采用高效抗堵塔盘代替原固阀塔盘是一种理想的改造方案.龙宇煤化工经过对多种塔盘形式进行对比,并与生产厂家反复沟通、核算确保洗涤效果的情况,最终与河北某大学合作,将第三、第四层改为立体传质塔盘(见图).立体传质塔盘具有抗堵效果好、消泡性能好、操作弹性大、效率高等优点.第三、四层改为立体传质塔盘后,运行周期达到预期,未再出现因湿洗塔塔盘结垢而导致五环炉气化装置被迫停车的情况.图改造后的立体传质塔盘 工艺流程优化原设计中,湿洗塔入口文丘里的洗涤水是湿洗塔底部循环水泵回流的黑水,在湿洗塔洗涤过合成气的黑水浊度高达 N TU,水质较差,易造成文丘里喷头堵塞,文丘里内部有结垢,影响文丘里内捕捉合成气中细灰的能力.闪蒸来的高压灰水浊度只有 N TU左右,由这股闪蒸来的灰水代替原设计的循环黑水作为文丘里的洗涤水(见图).文丘里的洗涤效果大幅提升,大量的细灰在湿洗塔的塔釜水浴中被除去,到达湿洗塔塔盘的合成气中的灰量减少,降低了湿洗塔塔盘堵塞的概率.图文丘里洗涤水改为高压灰水 工艺操作措施优化 煤种煤质的控制对湿洗塔塔盘上的垢片多次取样分析发现,垢片的主要成分是C a O,M g O.垢片的成分主要来源于五环炉煤气化装置用煤,其中,煤种灰分影响比较大.为研究煤种灰分对湿洗塔结垢的影响,笔者收集五环炉使用不同灰分煤种的运行数据,并对其进行对比(见表).表使用不同灰分煤种时湿洗塔压差的趋势情况序号煤种灰分湿洗塔压差趋势结论 湿洗塔压差呈现持续慢涨趋势灰分太高,无法实现长周期运行 湿 洗 塔 压 差 增 长缓慢灰分偏高,不利于长周期运行 湿洗塔压差平稳灰分合适,有利于实现长周期运行 湿洗塔压差平稳灰分略低,有利于湿洗塔运行,但对五环炉稳定运行有一定影响通过对五环炉使用不同灰分煤种的情况进行分析,可以得出如下结论:控制煤种的灰分在 时,湿洗塔不易结垢,有利于实现长周期运行.灰分过高,易造成湿洗塔塔盘结垢,压差上涨无法实现长周期运行.灰分过低,虽有利于控制湿洗塔结垢,但影响五环炉的炉膛挂渣,对五环炉稳定运行有影响.单一煤种不易满足五环炉的用煤要求,不同灰分的煤是通过两元配煤或三元配煤来实现的.第期杜孟洪五环炉湿洗塔塔盘结垢的原因分析及解决方案 灰水阻垢分散剂加入量的控制五环炉采用干煤粉气化工艺,气化炉飞灰量大,灰分颗粒直径小,湿法除灰形成的灰水中灰分含量是其他种类气化装置的数倍甚至数十倍.五环炉灰水具有高温、高压、高浊度、高硬度、高碱度等特点,容易产生沉积、结垢.灰水的水质分析情况如下:m约 ;m约 ;m约 ;m约 ;m约 ;m约;m约.因此,灰水阻垢分散剂的选型和加入量也是防止湿洗塔塔盘结垢的主要因素.灰水阻垢分散剂由专业厂家提供,已针对五环炉煤气化装置高压灰水做过选型实验.理论上,阻垢分散剂的用量越大,阻垢效果越好,但随着阻垢分散剂的用量增大,长周期运行后会出现设备管道腐蚀、减薄、泄漏的情况,辅材费用也随之增加.结合五环炉气化装置几次长周期运行的情况来看,灰水阻垢分散剂投加浓度控制在 m g/L左右比较合适,若煤种灰分偏高时,可以适当提高灰水阻垢分散剂的投加浓度.灰水p H值的控制湿洗塔塔盘垢片主要成分是M g O和C a O,推测湿洗塔的垢片形成机理如下:煤粉在五环炉炉膛内发生燃烧和系列的裂解等复杂反应后,生产的合成气中含有大量的C O,C O溶于水后形成HC O,由于HC O不稳定,又分解成C O,与高压灰水中的C a、M g等离子形成C a C O、M g C O,并附着在湿洗塔塔盘上形成垢片.碳酸盐在碱性条件下易形成,但煤中还含有S i O等,在高温高压的条件下易形成硅酸盐垢片,硅酸盐在酸性条件下易形成.因此,控制灰水的p H值在合适的范围内也很重要.湿洗塔塔盘结垢涉及的反应方程式如下:C OHOHHC O HC OC O C OHOC a(HC O)C a C O C OHOM g(HC O)M g C O C OHOC a S i O C a S i O(酸性)M g S i O M g S i O(酸性)工艺控制方案:每h对灰水进行取样分析,当灰水中C a、M g含量偏高时,控制灰水的p H值在,抑制碳酸盐垢片形成;当灰水中的S i O含量较高时,可将灰水的p H值控制在,使灰水呈弱碱性,抑制硅酸盐结垢形成.龙宇煤化工五环炉气化装置常用配煤会造成灰水中的C a、M g含量偏高,灰水的p H值一般控制在左右.黑水处理系统循环回用湿洗塔水质的控制五环炉煤气化装置的黑水经过处理后得到澄清液,通过机泵再送至湿洗塔洗涤合成气.澄清液的浊度控制直接影响湿洗塔洗涤水(又称高压灰水)的水质,浊度越高,湿洗塔压差上涨趋势明显,易造成湿洗塔塔盘上结垢.笔者根据不同浊度时湿洗塔压差的趋势变化,来判断浊度对塔盘的影响.观察实验方法:在五环炉气化装置正常运行情况下,控制黑水处理系统澄清液浊度为 NTU,NTU,NTU,NTU,NTU,各观察 d湿洗塔压差变化趋势(见表),根据湿洗塔压差变化情况判断浊度对湿洗塔塔盘结垢的影响.表澄清液浊度和压差变化对塔盘结垢的影响项目澄清液浊度(N TU)观察时间/d湿洗塔压差上涨趋势/k P a实验结论 浊度高,压差增长快 浊度高,压差增长快 浊度偏高,压差增加略快 浊度合适,压差增长缓慢 浊度低,压差未增长实验结论如下:澄清液浊度越高,湿洗塔压差上涨越快,塔盘越容易结垢;澄清液浊度控制得越低越好,但浊度控制太低也会增加P AM使用量,造成生产成本增加,同时,加入过量的P AM影响黑水处理系统的污泥分离设备的正常运行.一般将澄清液浊度控制在 NTU左右比较合适.4 4小结通过改造湿洗塔设备,将湿洗塔塔盘第三、四层改造为立体传质塔盘;通过优化工艺(包括煤种灰分控制在 左右,灰水分散剂投加浓度控制在 m g/L左右,灰水的p H值控制在左右,澄清液浊度控制在 NTU左右),基本解决了湿洗塔塔盘结垢造成五环炉煤气化装置停车的问题,创造了五环炉气化装置连续A级运行 d(因电仪问题停车)的纪录.5 5结语湿洗塔塔盘结垢是采用湿法除灰系统的气化装置存在的共性问题,龙宇煤化工解决五环炉气化装置湿洗塔塔盘结垢的方案,对同类装置具有一定的借鉴意义.参考文献:李彦强,张志刚,李庆春,等洗涤塔塔盘积灰的原因分析与改进J山东化工,():,侯刘涛 WHG干煤粉气化炉长周期运行研究J化肥设计,():丁磊,曾庆宇阻垢分散剂在气化炉灰水系统应用J煤化工,():,杨国帅,李磊,万国鹏五环气化炉湿洗塔结垢浅析及改进J化肥设计,():修改稿日期:化肥设计 年第 卷