德士古煤氣化工程技術(shù)問(wèn)題的探討

1、德士古煤氣化工程技術(shù)問(wèn)題的探討 信息來(lái)源： 發(fā)布日期： 2010-08-19 摘要： 分析了德士古煤氣化工程技術(shù)存在的問(wèn)題，探討了解決的方法。 關(guān)鍵詞： 煤氣化；氣流床；德士古氣化爐 中圖分類(lèi)號(hào)： TU996 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B 0 概述在我國(guó)，德士古煤氣化工藝自 1993 年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化運(yùn)行以來(lái)，已有 4 套 裝置在運(yùn)行，目前還有幾套在建設(shè)中。各裝置遇到的問(wèn)題主要分為二大類(lèi)： 一是德士古煤氣化工藝技術(shù)本身的缺陷；二是工程技術(shù)方面的問(wèn)題，包括 工程設(shè)計(jì)、工程材料、工程設(shè)備等。這些問(wèn)題能否得到有效解決，是關(guān)系 到裝置能否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，各生產(chǎn)廠(chǎng)對(duì)此非常關(guān)注 1 3。從國(guó)內(nèi)幾套裝置多年運(yùn)行的情況看，均

2、經(jīng)歷過(guò)試生產(chǎn)運(yùn)行的階段。在 這個(gè)階段由于各裝置選用的設(shè)備及材料的不同，經(jīng)過(guò)各自的改造與完善， 有些問(wèn)題得到了徹底解決，有些問(wèn)題只是得到改善。這些問(wèn)題所帶來(lái)的后 果，一是安全隱患，二是生產(chǎn)成本增加，三是增加了操作與檢修工的勞動(dòng) 強(qiáng)度。表 1 是上海焦化有限公司德士古煤氣化裝置近 2 年來(lái)的運(yùn)行情況， 表 2 是裝置歷年運(yùn)行臺(tái)時(shí)統(tǒng)計(jì)，表 3 為裝置故障停車(chē)的分析。其中在工藝 與設(shè)備故障中，相當(dāng)一部分故障的原因是來(lái)自工程技術(shù)方面的問(wèn)題。據(jù)不 完全統(tǒng)計(jì)，幾套裝置停車(chē)故障的原因約 30來(lái)源于工程技術(shù)方面的問(wèn)題， 因此，徹底解決：工程技術(shù)方面的問(wèn)題，對(duì)德士古煤氣化裝置的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 將起著關(guān)鍵的作用。1 主要

3、工程技術(shù)問(wèn)題及討論1.1氣化爐耐火磚的壽命問(wèn)題氣化爐向火面耐火磚是德士古煤氣化技術(shù)最主要的工程材料問(wèn)題。煤 氣化工藝與天然氣轉(zhuǎn)化及油氣化工藝不同，在高溫及壓力下進(jìn)行激烈反應(yīng) 的同時(shí)，還將承受高溫熔融煤灰的沖刷及侵蝕，使得耐火磚的壽命大大減 少。為了延長(zhǎng)耐火磚的壽命及降低成本，從研究、設(shè)計(jì)、制造及使用廠(chǎng)家 各方面都進(jìn)行了大量的研究工作。近 2年來(lái)，在延長(zhǎng)耐火磚的壽命方面取 得了可喜的進(jìn)步，特別是部分條件具備的廠(chǎng)家采用局部更換與修補(bǔ)的方式， 大大延長(zhǎng)了整爐磚的壽命。表4為裝置的耐火磚壽命情況。表1德士古氣化裝置典型運(yùn)行數(shù)據(jù)項(xiàng)1目指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)入爐水煤漿量31.32氣化爐壓力/MPa3.95/(m3h

4、-1)煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%62.5氣化爐溫度/C1320入爐干煤量/(kg h-1)23098合成氣流量/(m3 h-1)44849入爐氧氣量/(m3 h-1)14900合成氣溫度/C212合成CO45.50渣中殘?zhí)假|(zhì)量分?jǐn)?shù)/%23氣 組 分 體 積 分 數(shù)/%H35.20煤的產(chǎn)氣率/(m3 kg-1)1.942CQ18.20碳的產(chǎn)氣率/(m3 kg-1)2.697CH0.02碳轉(zhuǎn)化率/%95.3HS0.09冷煤氣效率/%71.6N0.90單位體積CQ+H的氧耗/(m3 m-3)412Q+Ar0.08單位體積CO+H勺煤耗/(kg m-3)638表2德士古爐運(yùn)行臺(tái)時(shí)年份19961997199819

5、99200020012002臺(tái)時(shí)/d452640660686692772941表3裝置歷年來(lái)故障停車(chē)原因比例原因空分煤漿供電操作黑水洗滌塔泵泄漏儀表其它比 例 /%11.8218.5013.796.705.917.489.4113.4012.99表4裝置耐火磚壽命情況煤種華亭義馬/華亭神府北宿混煤爐壓/MPa6.54.04.02.7爐溫/ C1300132013201300壽命/h21200*15800*910014000*局部更換累計(jì)延長(zhǎng)耐火磚壽命的途徑主要有以下幾個(gè)方面：(1) 研究抗沖刷、抗侵蝕性能強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)耐火磚。(2) 磚結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改造。特別是錐口磚、拱頂磚的磚形設(shè)計(jì)得好，有效 地延長(zhǎng)

6、了爐磚的整體壽命，且大大有利于降低磚的成本，縮短檢修周期。(3) 提咼磚的制造質(zhì)量。(4) 重視筑爐技術(shù)。筑爐技術(shù)對(duì)磚壽命的影響往往被忽視，對(duì)于耐火磚 在冷、熱不同狀態(tài)時(shí)所發(fā)生的軸、徑向位移應(yīng)在筑爐時(shí)予以認(rèn)真考慮，這 將有利于磚壽命的延長(zhǎng)。(5) 使用低灰、低灰熔點(diǎn)、灰中低鈣鐵的煤。煤質(zhì)對(duì)磚壽命的影響是最 重要的因素之一，但由于生產(chǎn)廠(chǎng)在建廠(chǎng)時(shí)受資源配置的限制，往往又是很 難選擇的。(6) 在不影響正常運(yùn)行的條件下，盡量降低操作溫度，并減少開(kāi)停車(chē)次 數(shù)。在延長(zhǎng)耐火磚壽命方面，各生產(chǎn)廠(chǎng)都做了大量的工作，但效果不一。筆者 認(rèn)為，在眾多因素中，煤質(zhì)是最重要的因素之一。1. 2激冷環(huán)問(wèn)題激冷環(huán)是激冷室內(nèi)

7、為冷卻高溫氣體、保護(hù)設(shè)備而設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵部件， 該設(shè)計(jì)沿用了油氣化爐的設(shè)計(jì)。在油氣化工藝中，該激冷環(huán)已暴露出一些問(wèn)題，在條件更為苛刻的煤氣化工藝狀況下，其問(wèn)題更加突出。主要問(wèn)題 表現(xiàn)在整體產(chǎn)生裂紋、角焊縫產(chǎn)生裂紋、向火面處被連通孔進(jìn)來(lái)的高速水 流打穿孔、高溫變形等。在問(wèn)題最嚴(yán)重時(shí)，曾 12個(gè)月就更換或修補(bǔ)一次 激冷環(huán)，以致影響到錐口磚的使用壽命及激冷室的正常運(yùn)行。近幾年進(jìn)行 了多次改造，取得了可喜的成績(jī)。改造經(jīng)驗(yàn)主要有3點(diǎn)：改變進(jìn)水孑L的直徑、形狀及數(shù)量。改變連通進(jìn)水孔的進(jìn)入方向。改變?cè)械募庸?工藝，以消除焊縫應(yīng)力。但仍未徹底解決使用中所遇到的問(wèn)題，如激冷環(huán) 水分配不均而造成的下降管變形等。

8、1 3 激冷室結(jié)構(gòu)問(wèn)題目前國(guó)內(nèi)已運(yùn)行的 4 套裝置中，雖然各自的壓力等級(jí)及負(fù)荷不同，但 激冷室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸卻幾乎相同，以致各裝置都不同程度地出現(xiàn)帶水現(xiàn) 象，即將激冷室的水大量帶到后系統(tǒng)，使得氣化爐高負(fù)荷運(yùn)行受到限制， 工況調(diào)節(jié)困難。近 2 年來(lái)，各裝置的工程技術(shù)人員對(duì)激冷室的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了 大量的計(jì)算與研究，提出了大量的改造設(shè)想。但實(shí)際上，由于設(shè)計(jì)已定型， 只能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的尺寸作適當(dāng)修改，因此，所暴露出的問(wèn) 題也沒(méi)有得到徹底解決。這些改造設(shè)想的要點(diǎn)主要是：加大加長(zhǎng)激冷室 尺寸，以改善傳熱工況；調(diào)整原設(shè)計(jì)的內(nèi)部構(gòu)件相互尺寸，以增強(qiáng)激冷 室內(nèi)的氣液分離效果，減少氣體中的液沫夾帶量 5

9、。14 工藝噴嘴問(wèn)題工藝噴嘴是德士古煤氣化技術(shù)的核心設(shè)備，噴嘴性能的好壞、壽命的 長(zhǎng)短直接影響到整個(gè)裝置的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量，裝置的大部分技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都 與工藝噴嘴有關(guān)。工藝噴嘴的工作原理是利用從噴口高速 （120130ms） 噴出的氧氣的 動(dòng)能來(lái)充分混合與霧化煤漿，以保證“霧狀”的煤漿與氧氣在氣化爐短暫的停留時(shí)間內(nèi)充分地完成反應(yīng)。目前工業(yè)化運(yùn)行裝置上的噴嘴形式均是三 流式的預(yù)混噴嘴，該噴嘴的特點(diǎn)是從實(shí)用的角度出發(fā)，較好地解決了結(jié)構(gòu) 與材料的統(tǒng)一。但在應(yīng)用中仍表現(xiàn)出性能不夠理想，壽命較短的缺點(diǎn)。在工藝噴嘴的使用、維護(hù)與管理上我們積累了大量的經(jīng)驗(yàn)， 基本保持在23 個(gè)月對(duì)噴嘴進(jìn)行一次小的修補(bǔ)與維修。但

10、因德士古煤氣化技術(shù)的特性(水煤漿進(jìn)料 )、工程材料的技術(shù)現(xiàn)狀及苛刻的使用條件，使得工藝噴嘴的技術(shù) 一直未得到突破。15 黑水系統(tǒng)問(wèn)題德士古煤氣化工藝的一個(gè)特點(diǎn)是工藝用水量較大，但這些水量中約三 分之二是在自身循環(huán)使用，因此，在德士古煤氣化裝置中都設(shè)計(jì)有一套黑 水閃蒸冷卻、固液沉降分離與灰水阻垢回用的工序。在實(shí)際運(yùn)用中，各裝 置都遇到類(lèi)似的問(wèn)題，即管道、機(jī)泵結(jié)垢與激冷環(huán)堵塞，只是程度不同而 已。這種現(xiàn)象的發(fā)生，輕者影響負(fù)荷，嚴(yán)重時(shí)則須停車(chē)處理，其主要原因 與煤質(zhì)、水質(zhì)及工程設(shè)計(jì)有關(guān)。因此，根據(jù)各裝置的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，對(duì)于新 上裝置筆者認(rèn)為：(1) 應(yīng)根據(jù)本裝置所使用的煤質(zhì)、水質(zhì)，尋找有經(jīng)驗(yàn)的水處理單

11、位，結(jié) 合本裝置的設(shè)計(jì)，對(duì)水系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真研究，確定一套科學(xué)的水系統(tǒng)處理方 案。(2) 工程設(shè)計(jì)時(shí)要避免硬度較高的水與堿度較高的水通過(guò)管道直接混合。(3) 使用阻垢性及耐高溫性能好的阻垢劑。(4) 添加裝置要有利于操作工的配制與管理。1. 6閃蒸系統(tǒng)耐磨件問(wèn)題德士古煤氣化裝置中，高磨損區(qū)主要存在于閃蒸系統(tǒng)。包括：減壓 角閥的底部三通及端板；閃蒸汽進(jìn)入閃蒸罐的折流擋板；中壓罐至真 空罐黑水的調(diào)節(jié)閥后150250mn區(qū)域直管段。最初設(shè)計(jì)時(shí)，以上幾處都選用普通碳素鋼，磨損率曾高達(dá) 0. 01mrXh, 后經(jīng)普通碳素鋼內(nèi)堆焊耐磨材料，減緩了磨損，但仍磨損嚴(yán)重。要徹底解 決磨損問(wèn)題，應(yīng)強(qiáng)化材質(zhì)，大幅度加粗

12、、加長(zhǎng)減壓角閥后的直管，同時(shí)加 大進(jìn)入閃蒸罐的人口尺寸。1. 7主要設(shè)備的無(wú)故障期設(shè)備的無(wú)故障期，是指符合質(zhì)量要求的新設(shè)備 （或大修后的設(shè)備）運(yùn)行 至開(kāi)始出現(xiàn)影響裝置正常運(yùn)行的較大故障時(shí)的周期，這個(gè)周期根據(jù)工程設(shè) 計(jì)、設(shè)備制造廠(chǎng)家及材料差異而不同，表 5為我公司主要設(shè)備的無(wú)故障期。表5裝置主要設(shè)備的無(wú)故障期設(shè)備無(wú)故障期備注工藝燒嘴80 95d玉產(chǎn)耐火磚90009200h國(guó)產(chǎn)高壓煤隔膜8000h進(jìn)口漿泵活門(mén)6000h進(jìn)口撈渣機(jī)12001300h進(jìn)口撈渣機(jī)10000h國(guó)產(chǎn)切斷球閥氧氣閥2500030000h進(jìn)口高壓氮?dú)?000025000h進(jìn)口鎖斗閥15000h進(jìn)口洗滌塔循環(huán)泵8000h進(jìn)口2結(jié)語(yǔ)(1) 工藝噴嘴與耐火磚是德土古煤氣化技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)。因此，德士古煤氣化技術(shù)如果要得到大的發(fā)展，必須要在這2項(xiàng)工程技術(shù)上有實(shí)質(zhì)性的突破。(2) 在新裝置中要采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以解決激冷室向后系統(tǒng)的帶水問(wèn) 題。參考文獻(xiàn)：1 王旭賓.聯(lián)合循環(huán)發(fā)電制氣丁藝的介紹