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水煤浆气化装置高负荷长周期运行瓶颈问题及解决

[日期:2021-06-15] 来源:《中氮肥》2021年第3期  作者: [字体: ]

朴东哲

(神华包头煤化工有限责任公司,内蒙古 包头014060

 

 [摘  要]某公司GE水煤浆气化装置于2010530日原始开车一次成功,运行初期由于烧嘴运行维护及装置运行管理水平不高,气化炉负荷很难达到设计要求,且气化炉运行周期较短,后经历几次年度大检修技改及烧嘴升级改造、锥底砖改型等一系列技术攻关,气化炉运行周期逐渐延长,并于201611月气化装置开始高负荷试运行;在之后气化炉3 a多的高负荷运行过程中,出现了气化炉烧嘴使用寿命短、烧嘴压差大、激冷水量不足、锥底砖烧蚀严重、大小黑水角阀后扩散段易磨损泄漏、气化水系统结垢严重等瓶颈问题,严重制约着气化装置的高负荷长周期运行。逐一进行原因分析并采取相应的优化改进措施后,基本上解决了上述瓶颈问题,延长了气化炉高负荷运行周期,实现了系统的节能降耗、增产增效。

[关键词]烧嘴使用寿命短;烧嘴压差大;激冷环冲蚀;锥底砖烧蚀;黑水角阀磨损;气化水系统结垢;原因分析;优化改进

[中图分类号]TQ546   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202103-0020-05

 

1  概  述

某公司GE水煤浆气化装置由煤浆制备、水煤浆气化、渣水处理、高闪气回收等单元组成。煤浆制备单元有6φ4 300 mm×6 000 mm棒磨机(五开一备)和1套超细磨系统(一开无备);气化单元有7φ3 200 mm×3 800 mm气化炉(五开二备),设计单台气化炉投煤浆量85 m3/h,合成气(COH2)总产量53×104 m3/h;渣水处理单元有7套闪蒸系统(五开二备)、3套沉降槽-灰水槽-除氧器系统(沉降槽-灰水槽系统三开无备,除氧器系统两开一备)及2套脱氨塔系统(一开一备)。

该公司GE水煤浆气化装置于2010530日原始开车一次成功,2011年开始商业化运行。开车初期,气化装置只能达到设计负荷的80%90%(设计投煤浆量425 m3/h),由于工艺烧嘴和气化炉炉砖使用寿命短等原因,制约着系统的安全、稳定、高负荷、长周期运行;通过与同类型企业的交流学习,并在几次年度大修期间实施技术改造,尤其是实施了气化炉工艺烧嘴优化改进和炉砖改型后,气化装置基本上具备了高负荷运行的条件。为提高企业竞争力、实现盈利目标,201611月该公司气化装置开始高负荷试运行,在之后气化炉3 a多的高负荷运行过程中,出现了气化炉烧嘴使用寿命短、气化炉烧嘴压差高、气化炉激冷水量不足、气化炉锥底砖烧蚀严重、气化系统大小黑水角阀扩散段易磨损泄漏、气化水系统结垢严重等瓶颈问题,严重制约着装置的安全、稳定、长周期、高负荷、优质运行。以下对有关问题及其解决措施作一总结。

2  气化装置高负荷长周期运行瓶颈问题

2.1  烧嘴使用寿命短

201611月开始气化装置高负荷试运行,随着气化炉运行时间的延长,气化炉工艺烧嘴出现在线CO分析仪报警,停车拔出烧嘴后,发现烧嘴头部出现裂纹及冷却水盘管焊缝出现泄漏。

2.1.1  原因分析

该公司气化装置用原料煤煤质波动较大,使用A矿煤时,虽A矿煤灰熔点较低(见表1),但黏温特性差,为保证气化炉顺利排渣,气化炉操作温度较高,当原料煤中硫含量高时,硫容易附着在冷却水盘管上而不易被工艺气带走,冷却水盘管腐蚀严重,受操作温度控制不当等多种因素影响,烧嘴冷却水盘管易腐蚀泄漏;同时,烧嘴头部在气化炉内1 2001 300 ℃高温热辐射严苛工况下运行,炉温变化造成烧嘴头部外表面热负荷变化而引起烧嘴热应力裂纹,裂纹在煤燃烧产生的H2S的侵蚀下进一步扩大1,造成气化炉烧嘴头部出现裂纹而泄漏。

2.1.2  优化改进

1)改进工艺烧嘴。与烧嘴设计制造厂家技术合作,进行提高烧嘴寿命的技术攻关——加厚烧嘴头部、增加耐磨陶瓷衬里、烧嘴冷却水盘管焊口采取保护罩+耐火纤维的保护模式,以延长烧嘴的使用寿命。

2)优化工艺操作。据不同原料煤的煤质情况(灰熔点及黏温特性分析),调整中心氧比例,加大工艺烧嘴冷却水循环量等;加强气化炉粗渣渣型监控和残炭率分析,及时调整气化炉炉温控制指标。

通过上述烧嘴改型攻关及工艺操作优化,气化炉烧嘴使用寿命逐渐提高到80 d以上。

2.2  烧嘴压差大

气化炉负荷提高到设计负荷的105%时,出现烧嘴压差大而氧气难以加入气化炉内的现象,制约气化炉的高负荷运行。

2.2.1  原因分析

原烧嘴尺寸是按满负荷工况设计的,气化炉负荷提高至设计负荷的105%时,烧嘴的制造尺寸已超生产临界值,故表现出气化炉烧嘴压差增大而氧气难以加入气化炉内的现象。

2.2.2  优化改进

更多内容详见《中氮肥》2021年第3

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