德士古水煤浆气化工艺及长周期运行因素研究.pdf

80技术应用与研究引言水煤浆气化是一种将煤炭转化为粗煤气的先进技术，在能源转换和化工领域具有重要的应用前景。德士古水煤浆气化工艺作为一种先进的气化技术，以其高效、节能、环保等优势受到广泛关注。然而，随着装置运行时间的延长，工艺中也暴露出一系列的问题，这些问题直接影响着装置的稳定运行和经济效益。一、德士古水煤浆气化工艺概述1.水煤浆气化介绍水煤浆气化是一种将煤炭转化为粗煤气的高效、先进技术，其主要任务是为后工段提供合格的原料气。水煤浆是一种将煤炭颗粒、水、添加剂混合进入磨机研磨而成的易输送液体，具有较高的浓度及较好的流动性和可泵送性，通过高压煤浆泵实现输送。在高温、高压的条件下，水煤浆与纯氧（99.6%）进行部分氧化反应，生成一氧化碳（CO）和氢气（H2）为主要成分的粗合成气。该合成气可作为重要的能源中间体，广泛用于化工、石化、合成燃料等行业，具有重要的经济和环境意义。2.德士古气化工艺概要德士古气化工艺采用通用电气神华气化技术有限公司（简称GE神华）的水煤浆加压气化技术，结合煤炭科学研究总院研发的“低阶煤制备高浓度水煤浆工艺”专利技术。该工艺利用煤炭作为原料，通过磨机将煤炭颗粒与水、添加剂混合制成合格的水煤浆。水煤浆与纯氧在高温、高压的气化炉内进行气化反应。在气化炉内，反应生成主要的一氧化碳和氢气，并伴随着一系列副产物的产生，这些反应产生的气体混合物即为粗合成气。3.工艺流程及原理（1）首先，对块煤进行预处理，使其破碎成适当大小的煤颗粒；然后，将煤颗粒与水、添加剂通过一定的比例送入磨机中进行研磨，制成合格的水煤浆。（2）合格的水煤浆与纯氧（99.6%）进入气化炉内，在高温（约1250）和高压（约6.5MPa）的条件下，发生部分氧化反应。煤炭中的碳氢化合物发生热解和气化，生成主要为一氧化碳和氢气的粗合成气。二、装置运行中的重要问题及解决措施1.气化炉渣堵问题及解决措施气化炉渣堵问题是德士古水煤浆气化工艺中面临的一个关键挑战。渣堵主要是因为煤种的巨大波动所造成，首先，可以加强煤炭质量把控和煤炭入厂把控，与煤炭供应方密切合作，确保从煤矿获得稳定、优质的煤炭原料。并通过严格检验和筛选入厂煤炭，确保其质量稳定，从源头上预防渣堵问题。其次对入炉的煤炭参数变化的监控，在有限的分析频次上，了解煤炭灰熔点、灰分、挥发分及其他参数的变化情况，及时调整气化炉炉温，以最大程度地避免渣堵问题的发生。接着通过及时调整氧煤比，使气化反应达到最佳状态，减少渣量，加大系统水循环，减少热负荷，将气化炉内的细渣及细灰通过水系统带到过滤机进行彻底的处理。经过一段时间的调整和实施，气化炉渣堵问题得到了解决。2.气化炉频繁带水问题及解决措施装置曾经一段时间出现了气化炉频繁带水的问题，频繁的带水严重影响了装置的稳定运行和连续性，给公司的生产效率带来了巨大影响。为解决这一问题，首先公司加强了煤质管控，确保煤炭供应的质量稳定。在煤炭入厂环节，对每批入厂的煤炭进行严格检验和筛选，避免低质量煤炭进入装置，从源头上预防渣堵问题。其次，公司加强了对入炉的煤炭参数变化的监控。通过实时监测入炉煤炭灰熔点、灰分的变化，并及时调整气化炉炉温。接着装置对气化炉激冷水下降管长度进行了改德士古水煤浆气化工艺及长周期运行因素研究李伟平国能新疆化工有限公司【摘要】针对德士古水煤浆气化工艺及其长周期运行因素展开研究。首先介绍了水煤浆气化的基本概念和德士古气化工艺的概要以及工艺流程和原理。随后，重点关注装置运行中的重要问题，如气化炉渣堵、气化炉频繁带水、大黑水角阀后防磨板磨漏、合成气文丘里处泄漏等，并提出了相应的解决措施。接着，对气化炉长周期运行因素进行了深入研究，包括：工艺稳定性与优化、灰水处理和排放优化、设备磨损与维护策略、烧嘴存在的问题及改进优化、长周期运行备品备件不足的问题与解决方案、检修质量保证以及药剂的调整与优化。【关键词】德士古水煤浆气化；工艺流程；气化炉堵渣；长周期运行；优化及技改措施；解决措施【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.17.02781技术应用与研究造，改善了气化炉内的激冷水水浴时间，从而降低带水的风险。同时，调整气化炉为高负荷运行，提高了烧嘴的雾化效果，煤浆在气化炉内燃烧反应停留时间延长，能够很好地将煤浆反应充分，粗渣残炭也大为降低，含量降至10%以内，并且改善了气化炉的稳定性和热均衡，减少了带水的概率。还有加强水质管理，优化水质处理工艺，通过合理调整沉降槽、灰水槽、汽提塔操作，减少水中杂质及微量元素含量，确保进气化炉的水质稳定，进一步减少带水问题的发生。最后装置加强工艺技术管理，不断优化操作，从管理、操作上下功夫解决带水问题。通过这些调整，带水问题基本解决，极大地提高了气化炉的运行周期，增加了生产的稳定性和可靠性。3.大黑水角阀后防磨板磨漏引起退气减产问题及解决措施近一段时间以来，装置出现了几起因防磨板磨漏而导致单炉退气减产的问题。为解决这一问题，装置组织了专题讨论会，对问题的原因进行了深入分析，并制定了相应的解决措施。原因如下：第一，由于采购的整体防磨板、耐冲刷的防磨板迟迟未到货，而为了满足生产需要采用加厚碳钢板并在之上堆焊耐磨材料，由于不是整体制作而是现场堆焊，在材料的使用上，焊接的处理上，与整体材料相比寿命大大降低，才造成泄漏；第二，本公司大黑水角阀后的扩散段及连接释放筒的直径较其他公司尺寸较小，造成角阀减压后的冲击力较大，冲刷较为严重；第三，本公司大黑水角阀后的释放筒连接段尺寸偏短，造成减压后冲击力较大并因直接作用在防磨板上冲刷，磨蚀更严重。首先，采购了整体耐磨、耐冲刷的防磨板，已完成全部防磨板的更换工作，其次对扩散段及释放筒及相关连接件的尺寸进行了扩大，减缓了冲刷磨蚀。同时，延长了释放筒的长度，进一步减缓了冲刷磨蚀情况。通过这些技改方法，从根本上减缓了高压、高流速和高含固量黑水对管线的冲刷磨蚀，延长系统运行时间。4.合成气文丘里处泄漏问题及解决措施装置一段时间内发生了几起因合成气文丘里泄漏而导致停车的问题。一旦发生此类问题，由于缺乏在线处置手段，只能停车进行处理，严重影响了生产的连续性和稳定性。为解决这一问题，装置组织讨论并制定了相应的解决措施。具体原因如下：首先，文丘里喉管处本身没有耐磨蚀耐冲刷的材质。加上本公司的煤种氯含量较高，运行过程中氯的腐蚀加剧了喉管的磨蚀。同时，喉管处还受到高固含量水汽的冲刷，导致泄漏问题的发生。解决措施：首先，调整了文丘里洗涤水量，减少了水汽对喉管的冲刷，从源头上降低了泄漏的风险。其次，在泄漏的文丘里喉管处堆焊耐磨材料，增加其抗冲刷性，这样可以减缓喉管的磨蚀，延长其使用寿命。另外，在文丘里喉管的中心处进行开孔，减缓喷头发生堵塞时对喉管的冲刷磨蚀加大，可以降低冲刷的压力，进一步保护喉管的完整性。此外，每次停车检修都对文丘里喉管进行检查，发现问题及时进行处理，避免因运行过程中发生泄漏而造成被动停车。装置通过实施的措施，合成气文丘里处泄漏问题将得到很大改善，极大延长系统的运行时间。三、气化炉长周期运行因素研究1.工艺稳定性与优化气化炉的工艺稳定性与优化对于长周期运行至关重要。在长期运行过程中，工艺的不稳定性可能导致生产效率下降、能耗增加、设备损坏等问题。因此，研究工艺稳定性并进行优化是必要的。工艺稳定性研究可以通过对关键参数进行监测和调整，以及建立合理的控制策略来实现。通过实时监测关键参数如温度、压力、流量等，可以及时发现异常情况并采取措施进行调整。此外，建立模型预测工艺的稳定性也是一种有效的方法。优化工艺可以通过改进设备设计、调整操作参数、优化控制策略等来提高生产效率和稳定性。2.烧嘴存在的问题及改进优化烧嘴作为气化炉的关键组件，其性能对气化过程具有重要影响。研究烧嘴存在的问题并进行改进优化，有助于提高气化炉运行的效率和稳定性。研究烧嘴存在的问题可以包括烧嘴磨损、堵塞、温度分布不均等方面。通过对烧嘴进行实验和数值模拟，可以深入了解这些问题的原因，以提高烧嘴的使用寿命和性能。通过缩小煤浆头口径，提高煤浆压差，火焰黑区下移，减少对烧嘴头部的烧蚀，改变喷嘴煤浆深度，降低氧气压差，减少高速氧气对炉砖的冲击，增加烧嘴的长度，使烧嘴头部断面伸出炉口直线段，增加截面积，减少热量聚集，从而延长烧嘴使用寿命。3.药剂的调整与灰水排放优化气化炉的运行过程中需要加入药剂来调整灰水水质，以提高气化炉运行时间及气化效率和产品质量。研究药剂的调整与优化，可以帮助优化气化过程，提高生产效率。研究药剂的调整与优化可以通过实验和数值模拟来获得不同药剂配比对气化过程的影响。在此基础82技术应用与研究上，制定合理的药剂投加策略，确保气化过程中药剂的有效利用。研究灰水药剂的添加量采用先进的处理技术，并更换灰水系统药剂管理模式，由原先物资采购模式改为现在的技术服务模式，由技术服务厂家提供药剂、水质分析、药剂投加建议、灰水系统运行诊断、总结等服务，装置负责药剂投加操作、灰水系统挂片监控、灰水水质监控等管理工作，同时装置人员通过现场分散剂、絮凝剂泵出口增加转子流量计的方式，确保灰水系统药剂精准投加，通过絮凝剂加药设施改造，彻底解决絮凝剂溶解不充分结块堵塞管线问题，确保絮凝剂稳定连续投加，以上措施显著提高灰水系统水质，降低灰水系统结垢速率，降低灰水系统管线、阀门、设备高压清洗频次，来降低废水中的有害物质浓度。气化炉长周期运行中产生的灰水处理和排放问题是需要重点关注的环境保护议题。灰水中可能含有高浓度的污染物和有害物质，如果处理不当将对环境造成严重影响，同时，也要关注药剂添加量对环境的影响，选择环保型的药剂以降低对环境的负面影响。此外，建立灰水排放的监测与控制体系，实现灰水的资源化利用。4.设备磨损与维护策略气化炉长周期运行可能导致设备磨损加剧，从而影响设备的性能和寿命。因此，研究设备磨损与维护策略对于保障生产稳定运行具有重要意义。研究设备磨损可以通过实地监测和实验测试来获取设备的磨损情况，分析其磨损机理，并评估磨损带来的影响。维护策略可以根据设备的磨损情况和寿命预测结果制定，包括定期检修、更换易损件、改进设备设计等措施。5.长周期运行备品备件不足的问题与解决方案气化炉长周期运行可能会导致备品备件不足的问题，而备品备件的充足性对于保障生产的连续性非常重要。因此，研究备品备件不足问题并提出解决方案是必要的。研究备品备件不足问题可以通过历史数据分析和设备故障率预测来了解备件需求情况。解决方案可以包括建立合理的备件库存台账及管理系统，优化备件采购计划，选择备件供应商的合作策略等。同时，也可以考虑在长周期运行前进行备件检修和更换，以确保备件的可用性。6.检修质量保证研究检修质量保证，可以确保检修过程中的操作规范和技术水平，减少事故风险，提高设备的可靠性。研究检修质量保证可以包括制定检修操作规程和流程，培训检修人员，引入先进的检修技术和工具等方面。同时，对检修后的设备进行严格的质量检验和性能测试也是必要的，以及重要设备的检查：如气化炉炉内高压清洗质量、高压煤浆泵的检修、捞渣机的检修质量、烧嘴的维修质量，及冷水泵的检修，以确保设备在长周期运行中能够正常运行。四、结论本文全面系统地探讨了德士古水煤浆气化工艺及其长周期运行的重要因素和问题，并提出了一系列切实可行的解决措施。在装置运行中，针对气化炉渣堵、频繁带水、角阀防磨板磨漏、文丘里泄漏等问题，本文提出了有效的解决方案，可有效改善装置的稳定性和运行效率。对气化炉长周期运行因素的研究涉及工艺优化、灰水处理、设备维护、烧嘴技改、备品备件管理等，这些措施将有助于提高气化炉的长期运行性能和经济效益。通过运行实践，验证了所提出措施的实际效果，为德士古水煤浆气化工艺及其长周期运行提供了有益的参考和指导。综上所述，本研究对于提高水煤浆气化工艺的稳定性和长期运行效率具有一定的理论和实践价值。参考文献：1尉晓妮，王琨，王东.德士古水煤浆工艺灰水循环利用技改新尝试J.辽宁化工，2020，49(07):844-845+849.2许振宝.德士古水煤浆气化工艺及长周期运行因素分析J.齐鲁石油化工，2020，48(02):132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