焦炉负压装煤对煤气净化系统的影响及解决对策.pdf

摘要为解决焦炉生产过程烟气逸散的问题，黄陵煤化工引进了焦炉负压装煤工艺。介绍了焦炉负压装煤工艺流程，针对焦炉负压装煤项目投运后，煤气净化系统出现的煤气含氧量升高、焦油脱水困难、氨水含油含尘升高等问题，进行了原因分析，并提出了相应的解决对策，取得了良好的效果。关键词负压装煤；焦油脱水；氨水含油；煤气净化文章编号：1005-9598(2023)-03-0073-03中图分类号：TQ520.61文献标识码：B焦炉负压装煤对煤气净化系统的影响及解决对策张朋朋（陕西黄陵煤化工有限责任公司，陕西黄陵 727307）收稿日期：2023-02-21第一作者：张朋朋（1987），男，汉族，安徽淮北人，高级工程师，学士，2009 年本科毕业于安徽理工大学化学工程与工艺专业，现从事煤气净化生产技术与管理工作，E-mail：。DOI：10.19889/ki.10059598.2023.03.019陕西黄陵煤化工有限责任公司焦炉负压装煤项目于 2020 年初投入运行，解决了焦炉生产过程中烟尘逸散的问题。该工艺是利用高压氨水在上升管桥管处喷洒产生负压，将装煤过程中的烟尘吸入焦炉集气管，达到抑制烟尘外逸的目的。由于大量烟尘随荒煤气进入煤气净化系统，对煤气氧含量、氨水质量、焦油脱水等造成一定的影响，制约了煤气净化系统的稳定运行。本文针对焦炉负压装煤运行后煤气净化系统出现的一系列问题，针对性地进行原因分析，并提出优化解决对策，对相关企业同类装置的运行具有一定的指导意义。1负压装煤技术原理及对煤气净化系统的影响1.1技术原理焦炉负压装煤是通过焦炉顶的导烟车建立双导烟管和液压装置，在装煤炭化室和相邻的处于结焦末期的炭化室之间建立烟气通道。装煤时，装煤炉号产生的烟尘，通过双导烟管导入到相邻结焦末期炭化室的顶部空间，经高压氨水在焦炉上升管桥管处喷洒产生负压，将装煤产生的烟气吸入到焦炉集气管，再通过鼓风机输送至煤气净化工序处理吸收。1.2对煤气净化系统的影响1.2.1煤气含氧量升高煤气含氧量是煤气净化系统安全运行的一项重要指标，用体积分数表示。在焦炉负压装煤运行前，煤气含氧体积分数平均控制在 0.4%左右，并且波动较小。焦炉负压装煤投运后，煤气含氧量整体呈升高趋势，平均体积分数在 0.8%左右。在焦炭出炉过程中会出现氧含量峰值波动，最高体积分数达到 1.8%，引起电捕焦油器联锁跳车。煤气含氧量升高，对后续煤气净化系统安全运行造成影响，尤其是对电捕焦油器安全运行造成隐患，电捕焦油器有爆炸的风险；另外，还会造成后续甲醇合成催化剂升温，影响催化剂运行效率，并降低催化剂使用寿命。1.2.2焦油脱水困难从焦炉出来的荒煤气用循环氨水喷洒冷却，冷凝形成焦油、氨水和煤气的混合物进入集气管，再经过气液分离器，将煤气和氨水、焦油分离。分离下来的氨水、焦油混合液进入机械化澄清槽，在机械化澄清槽内依靠重力进行分层，上层氨水进入循环氨水槽，中层焦油进入焦油中间槽，底部焦油渣经刮板刮出。焦油在焦油中间槽内进行加热脱水，经蒸汽盘管将焦油加热至 90 100，通过加热破乳实现油水分离。焦炉负压装煤投运后，多次出现焦油脱水困难，焦油通过常规加热难以破乳，焦油含水量由焦炉负压装煤投运前的3%左右上升至 5%左右，影响焦油质量。1.2.3氨水含油、含尘升高引用格式：张朋朋.焦炉负压装煤对煤气净化系统的影响及解决对策J.煤化工，2023，51（3）：73-75.第 51 卷第 3 期2023 年 6 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.3Jun.20232023 年煤 化 工氨水、焦油混合液在机械化澄清槽分离后，氨水进入循环氨水槽，经循环氨水泵输送至焦炉桥管对荒煤气进行喷洒降温，此部分氨水称为循环氨水。循环氨水槽内多余的氨水进入剩余氨水槽，送往蒸氨系统，用蒸汽和 NaOH 溶液将氨水中的铵盐脱除后送往污水处理工序，此部分氨水为剩余氨水。焦炉负压装煤投运前，氨水呈浅黄色透明状，氨水含油质量浓度在 100 mg/L 左右。焦炉负压装煤投运后，剩余氨水含油质量浓度上升至 220 mg/L，并且氨水呈灰黑色，静置后底部会沉淀出细微的黑色粒状固体。氨水含油、含尘升高，会导致焦炉氨水喷头堵塞、蒸氨塔塔盘堵塞、蒸氨废水换热器堵塞、初冷器阻力升高等一系列问题。1.2.4机械化澄清槽故障率增加机械化澄清槽是分离氨水、焦油和焦油渣的重要设备，是焦油质量、氨水质量控制的基础。经统计，焦炉负压装煤投运后，机械化澄清槽故障率升高，平均运行周期由投运前的 235 d 下降至投运后的 153 d。对 2020 年度至 2021 年度两年间 13 台（次）机械化澄清槽故障的原因进行统计分析，故障点主要表现在刮板拉弯、占比 32%，链条断裂、占比 38%，轨道拉扯变形、占比 25%，电机故障、占比 5%。煤气净化系统共有5 台机械化澄清槽，曾出现 2 台机械化澄清槽同时故障，严重影响了氨水、焦油和焦油渣的分离。2原因分析及对策2.1装煤过程空气进入集气管焦炉负压装煤是在桥管部位喷射高压氨水，高压氨水压力设定在 2.2 MPa3.1 MPa。高速喷射的高压氨水在上升管和炭化室形成较大的吸力，将装煤过程产生的烟尘导入炭化室，实现装煤时烟尘的收集。由于装煤过程中集气管吸力处于不稳定状态，当装煤炉号炭化室压力由正压变为负压后，集气管吸力也随着变大，此时相邻炭化室变为负压，几分钟后才能恢复到原设计压力1。若高压氨水喷射压力调节不及时，形成的负压过大，就会造成空气吸入，导致煤气氧含量升高。控制措施：一是将高压氨水压力上限设定在合理的范围内，在保证装煤过程中烟尘被吸入的前提下，最大限度减少空气的吸入量。二是研究装煤全工艺流程，包括装煤过程烟气发生规律、空气进入规律等，将装煤进程、煤车动作信号传输给计算机，经计算机程序动态控制高压氨水压力与流量，实现无烟装煤，同时有效控制空气进入量。经长期实践得出，高压氨水压力上限设定在 3.1 MPa，下限设定在 2.2 MPa，不装煤时高压氨水压力为 2.4 MPa；炉顶打开 2 个三通阀，装煤车还未装煤时，高压氨水压力不低于 2.0 MPa，开始装煤时，高压氨水压力提高至 2.7 MPa3.0 MPa；装煤结束后，高压氨水压力下降至 2.4 MPa。以上设定可以很好地将烟气吸入集气管，并且控制空气吸入量，煤气含氧体积分数可以稳定在 0.5%0.6%，峰值不超过 1.2%，解决了氧含量高引发电捕焦油器频繁跳车问题和甲醇催化剂升温问题。2.2碳质粒子造成焦油破乳困难焦炉负压装煤投运后，原先约 90%进入地面除尘站的烟气经高压氨水喷射产生的负压带入了煤气净化系统。烟气中的尘埃经冷却、沉降、混合后，进入焦油氨水系统。经研究，被带入煤气净化系统的烟气主要成分不仅有煤粉、焦粉，还有石墨等2。烟气中的碳质粒子进入焦油内，与煤焦油和氨水形成了油包水（W/O）型乳状液3，其性质稳定，难以用常规加热脱水的方式破乳，造成焦油脱水困难。解决对策：将高压氨水压力控制在 2.2MPa3.1MPa，不装煤时控制在 2.4 MPa，减少碳质粒子进入焦油氨水系统。在焦炉集气管清扫口加装氨水喷射除尘装置，吸收荒煤气中的粉尘。在机械化澄清槽、循环氨水泵入口添加破乳剂，加快焦油破乳进程。严格机械化澄清槽压油操作，根据焦油层液位控制压油速度和压油时间，避免底部含渣焦油进入焦油槽。对焦油槽底部的焦油渣进行清理，提高焦油槽加热盘管加热均匀性，改善焦油加热脱水的效果。对机械化澄清槽焦油压油管道进行改造，将焦油压油管道到机械化澄清槽底部的距离由 20 cm 改造为 30 cm，减少焦油渣进入焦油产品。2.3碳质粒子造成氨水含油、含尘升高负压装煤吸入的煤尘、焦粉、石墨等碳质粒子，不仅造成焦油脱水困难，而且会对氨水质量造成影响，主要表现在氨水含油、含尘升高。进入氨水系统的碳质粒子，粒度较大的，在重力作用下沉降到槽罐底部，通过底部的排油口排出；粒度较小的，更容易作为乳化剂与油和水形成乳状液，悬浮在氨水中，难以通过重力沉降去除，造成了氨水含油、含尘的升高。解决对策：在循环氨水中添加破乳剂，加强氨水中油、尘的分离破乳，同时促进氨水中夹带的碳质粒子沉降分离。控制氨水槽液位在 70%左右，延长氨水在槽内的沉降时间，并及时排出氨水槽底部沉降的焦油。提高循环氨水槽和剩余氨水槽氨水出口管口高74-第 51 卷第 3 期践行绿色发展，守卫碧水蓝天度，原设计循环氨水出口管道中心标高为 800 mm，剩余氨水槽出口管道管底标高为 500 mm，由于氨水含油、含尘量升高，需将循环氨水槽出口管口和剩余氨水槽出口管口标高分别提高至 1 000 mm 和 700 mm，避免罐底部沉降的油层进入循环氨水或剩余氨水。另外，建议增加 1 座 800 m3的剩余氨水罐，进一步延长剩余氨水中油、尘的沉降时间。2.4焦油渣产生量增大从焦炉集气管出来的荒煤气经氨水喷洒冷却后，煤气中的固体微粒与焦油雾混合，冷凝形成含尘的粗焦油。粗焦油在机械化澄清槽中沉降、油水分离后，经刮板刮出的剩余物质即为焦油渣。负压装煤投运前，2020 年焦油渣对焦油的产率为0.35%，2021 年 4 座焦炉负压装煤装置逐步投运后，焦油渣对焦油的产率为0.77%，2022 年焦油渣对焦油的产率为 1.87%。经计算，2022 年焦油渣对焦油的产率比 2020 年增加约434%。在检修故障的机械化澄清槽时发现，焦油渣的厚度达到 40 cm。焦油渣厚度增大，会造成焦油渣经压油管进入焦油槽，影响焦油质量；还会导致机械化澄清槽运行负荷增大，造成刮板运动过程受力过大、受力不均，从而导致刮板拉弯、链条断裂、轨道变形等问题的出现。解决对策：根据机械化澄清槽运行情况，制定合理的检查维护周期，对 5 台机械化澄清槽进行轮换检查。根据每台机械化澄清槽出渣量，调整机械化澄清槽的进料量，保持 5 台机械化澄清槽进料量基本一致，避免超量进料、过负荷运行。调整刮板机运行速度，提高出渣量。在提高刮板机运行速度的同时，在机械化澄清槽内部与轨道垂直的方向拉设 3 道钢制横梁，提升机械化澄清槽本体抗变形强度，避免轨道变形造成刮板脱轨。3结语高压氨水喷射装煤系统投入运行后，陕西黄陵煤化工有限责任公司焦炉烟气逸散问题得到了有效的控制。但由于大量烟尘随煤气进入煤气净化系统，对煤气净化系统的煤气氧含量、焦油脱水、氨水质量、设备运行等造成一定的影响。通过从优化操作、工艺调节等方面进行针对性改进，部分问题已得到解决，部分问题得到缓解，提高了煤气净化系统的运行安全和工艺质量。参考文献：1 李守成，齐洪涛，贺佳.焦炉 PROven 技术的应用与创新J.煤化工，2014，42（1）：22-24，49.2 史世庄，袁媛，徐伟，等.煤焦油乳化机理的研究J.武汉科技大学学报(自然科学版)，2007，30（4）：372-375，391.3 王世宇.低温煤焦油化学破乳脱水机理的基础研究D.北京：煤炭科学研究总院，2010.Impact and countermeasure of coke oven negative pressure coal loading on gas purification systemZhang Pengpeng(Shaanxi Huangling Coal Chemical Co.,Ltd.,Huangling Shaanxi 727307,China)AbstractIn order to solve the problem of flue gas escape in the coke oven production process,the coke oven negativepressure coal loading process was introduced in Shaanxi Huangling Coal Chemical Co.,Ltd.The process flow of coke ovennegative pressure coal loading was introduced.After the coke oven negative pressure coal loading project was put intooperation,there were such problems as the increase of gas oxygen content,difficulty in dehydration of tar and increase of oiland dust content in ammonia water in the gas purification system,and cause analysis was made.Finally,the correspondingcountermeasures were put forward,and good results were achieved.Key wordsnegative pressure coal loading;dehydration of tar;ammonia water with oil;gas purification张朋朋：焦炉负压装煤对煤气净化系统的影响及解决对策75-