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流化床气化系统中取消煤气柜的应用实践

[日期:2021-08-16] 来源:《中氮肥》2021年第4期  作者: [字体: ]

金管会1,常文志2,朱立江1,薛艳东2,胡奇2

1.中化吉林长山化工有限公司,吉林 前郭1311092.康乃尔化学工业股份有限公司,吉林 吉林132101

 

[摘  要]常压气化工艺广泛应用于煤化工和工业燃气领域,传统的常压气化炉后面均设有煤气柜,其目的是缓冲和稳定气体压力,调节气体组分使其尽可能均匀。某公司流化床气化系统煤气柜实际运行中存在诸多问题,于2015年实施了取消煤气柜的技术改造,并于当年1015日投运,5 a多来的实际运行情况表明,此举可行且效果良好;2017年,该公司拟将3台流化床气化炉总产气量由原设计的60 000 m3/h增至120 000 m3/h,于是着重分析了节能扩产改造方案中煤气柜设计方面的问题,并探讨煤气柜设置与否的利弊,最终确定的节能扩产改造方案取消了煤气柜及煤气增压风机、增设了新型自动放散器替代传统水封等。无煤气柜工艺在常压流化床气化系统中的成功应用,缩短了系统工艺流程,为企业节省了大量的投资及运行管理费用,并提升了系统的安全水平,其应用实践经验可为新建、改建、扩建项目常压流化床气化和固定床纯氧连续气化工艺设计方面起到一定的借鉴与示范作用。

[关键词]常压气化工艺;流化床气化工艺;煤气柜;运行问题;无煤气柜设计;节能扩产改造方案;综合经济效益

[中图分类号]TQ546   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202104-0001-04

 

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常压气化工艺广泛应用于煤化工和工业燃气领域,传统的常压气化炉后面均设有煤气柜,其主要目的是:使进入煤气柜的间歇煤气转换成连续的、出口流量稳定的工艺气,同时平衡煤气压力、确保增压风机入口压力平稳、煤气组分尽可能均匀、氧含量稳定在指标范围内等。但如今的流化床气化工艺已发生了巨大的变化,不仅其生产规模很大,而且其自动化水平高,系统运行更稳定、安全可靠。

据统计,国内现有流化床气化炉数十台,运行状况良好,其气化系统中均配置了煤气柜,但煤气柜实际运行中均存在不少问题。因此,取消煤气柜的工艺受到广泛关注,同时也存在一些疑虑:取消煤气柜后,气体缓冲问题怎么解决?后部工艺系统紧急停车情况下该怎么处理?等等。

某公司气化装置采用流化床气化工艺,于2015年实施了取消煤气柜的技术改造,5 a多来的实际运行情况表明,此举可行且效果良好,气化装置综合经济效益大幅提高。取消煤气柜技改的核心在于,据流化床气化工艺的特点,如何采取必要的技改措施来承担煤气柜的任务,详细设计过程中如何解决后续煤气系统的保压和缓冲等问题。以下结合取消煤气柜的成功案例,就煤气柜设计规范有关要求及使用中需解决的问题等作一介绍,希望能为业内提供一些参考。

1  某公司煤气柜实际运行中存在的问题

该公司原有3台流化床气化炉,总制气能力为60 000 m3/h,并设置有效容积为10 000 m3的湿式螺旋煤气柜1台(直径为26.6 m,有效高度为18 m),煤气柜操作压力2.33.7 kPa。自建成投产之日起至实施取消煤气柜技改项目时止,该煤气柜运行了7 a,存在带“病”运行情况,主要问题如下。

1.1  煤气柜设计和设备本身存在问题

1)按照《工业企业湿式气柜技术规范》(GB/T 510942015)的要求,煤气柜活动节升降速度应为0.91.2 m/min。该公司煤气柜总容积为10 000 m3,即1 min缓冲气量约550 m3,而按实际产气量计算煤气柜活动节升降速度超过2 m/min。可见,其煤气柜容积与实际生产负荷不匹配,由于煤气柜容积不足,活动节升降速度过快,超过了规范中的要求。按GB/T 510942015要求进行推算,需再增加110 000 m3的煤气柜。

2)气柜钟罩和中节本身不仅重量大,而且其直径也很大,此种情况下气柜活动节在升降的过程中非常容易出现导轨跑偏或卡阻的问题。

3)煤气柜经多年使用后,煤气中较多的腐蚀性介质导致煤气柜内壁、水槽严重腐蚀,煤气柜筒体变形,经常发生升降轨道卡阻等故障,为保证系统运行,一般采取限制煤气柜高度的办法,在这种情况下,煤气柜实际使用容积甚至不足5 000 m3,缓冲容量大幅减少,无法满足缓冲空间要求及使用要求,如继续维持运行则存在重大安全风险,且会增加很多运行维护费用。

1.2  煤气柜的缓冲效果受外部条件限制

正常情况下,应控制煤气柜实际容积在有效容积的50%85%运行,由此该公司煤气柜缓冲时间大大缩短,实际操作中无法保证突发事故处理的时间。另外,当遇到大风、暴雨天气时,该煤气柜的高度不宜维持在高限位置运行,否则易造成煤气柜倾斜,进而出现导轮错位、卡阻、脱轨等现象。简言之,煤气柜在发挥缓冲作用的过程中经常会受到外部条件的制约,故不提倡以煤气柜作为煤气缓冲的主要设施。

1.3  煤气柜运行压力偏低

因煤气柜操作压力的限制,迫使煤气增压风机降低进口压力操作(满负荷时只有1.8 kPa),而由于煤气增压风机入口压力低,其入口压力停机联锁值不得不由原设计的1.2 kPa调整为0.6 kPa,如此一来不仅增加了能耗,而且威胁着整个生产系统的安全、稳定运行,此问题若长期存在,将会直接影响全系统的提产增效。

常压气化工艺对煤气柜的运行压力是有严格要求的,生产中一般控制在不大于4 kPa,这就给常压气化工艺带来了局限性;而且,达到一定产能规模的煤气柜在安全管理中被列为重大危险源,存在较大的安全风险。

1.4  煤气柜的安全放空

有人认为,当后续系统突然少用或停用煤气时,会造成煤气柜压力快速上升,直至煤气柜进出口管道上的自动放散阀打开将煤气排放出去,从而可防止煤气柜的超压事故。但分析国内多起煤气柜顶翻事故案例发现,煤气柜进出口的自动放散阀存在不可靠性,其理由为:常压煤气系统配置的放空阀口径较大,导致阀门开关不灵敏;再者,煤气会夹带湿度较大的粉尘,运行中易在阀门处结垢,导致放空阀出现卡涩。因此,生产中不仅要严格控制气化系统产出的煤气量,而且还要依靠煤气柜出入口煤气管道上设有的自动放散器、气化炉超压停车联锁等措施保证煤气柜的安全放空,这是目前能够保证煤气柜不超压、安全稳定运行最有效的方法。

1.5  其他方面的问题

更多内容详见《中氮肥》2021年第4

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