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气化炉:多管齐下综合施治

气化炉:多管齐下综合施治

    气化炉是煤化工装置的核心和龙头,决定了全系统装置能否长周期、满负荷、安全、稳定地运行,也决定了产品的成本效益。中国化工报记者在调查中了解到,目前煤化工装置运行的无论是干煤粉还是水煤浆煤气化炉,单炉最长连续运行时间都达到了200多天,但各个类型炉型之间依旧有差别。同样是水煤浆气化炉(包含备用炉),有连续运行300多天的,也有连续运行550天的。业内专家指出,影响气化炉长周期运行的是综合因素,考量的是企业的综合实力,企业应当着重在烧嘴精度、喷嘴与气化炉流场结构、排渣系统的优化设计,提高灰水系统运行周期和保持煤质稳定上下功夫。

    优选喷嘴材料和处理工艺

    喷嘴是气化炉的核心设备,喷嘴使用寿命是决定气化炉生产周期长短的关键因素,60%的气化炉停车都与喷嘴有关。伊泰煤制油企业总经理刘尚利告诉记者,喷嘴寿命周期在100~150天,到时候必须停下来更换,喷嘴损坏会直接造成气化反应氧碳比失调,使气化炉进料紊乱,甚至引发超温、过氧爆炸等严重事故。因此,除了喷嘴加工精度外,使用中的监控和管理也非常重要的。

    华东理工大学洁净煤技术研究所周志杰副教授认为,提高喷嘴的寿命需要对其结构设计优化,煤浆中的固体颗粒对喷嘴材料的磨损很大,应尽量降低煤浆流动速度,还要探索采用耐高温、耐磨材料或者堆焊耐磨合金加热处理工艺制造喷头。

    陕西鑫立喷嘴研制开发有限企业技术部部长胡战卜则表示,烧嘴的运行与氧煤比、水煤浆流速等因素有关,要提高烧嘴及气化炉稳定运行周期,今后还应探索外氧气流和水煤浆流的最佳角度结构设计,使喷射结构和角度更合理,达到最好的混合、雾化效果,使水煤浆反应充分,有效气含量提高,煤渣含碳量降低。在运行中为保护烧嘴,有煤化工企业通过在烧嘴前端浇注保温材料,使烧嘴盘管及外头端部与炉内火焰有效隔离,炉内火焰不会直接对冷却水盘管和外喷头进行烧蚀,减少烧嘴外头端部因受热冲击产生的龟裂,消除了冷却水盘管和外头角焊缝处受炉内高温气体的影响引起的热应力损坏,延长了烧嘴使用周期,保障了气化装置的长周期稳定运行。

    重视挂渣机理基础研究

    神华宁煤集团煤化工企业烯烃企业总工程师黄斌向中国化工报记者先容说,干煤粉气流床要实现长周期、稳定、高效运行,取决于煤粉输送系统的稳定性、喷嘴与气化炉流场结构的匹配性以及排渣系统的优化设计。多位业内人士向记者证实,由于气化炉流场、排渣系统优化设计问题,目前运行的粉煤气化炉,部分所排细灰、煤渣的含碳量高达到6%。由于水冷壁炉是“以渣抗渣”,必须依靠挂在炉壁上的一层熔渣来保护水冷壁,才能使气化炉长期运行。如果灰分含量太低,炉内挂渣不好,就起不到对炉壁的保护作用。在流场、排渣系统优化设计不足的情况下,因为渣、灰引起炉子停车的煤化工装置不在少数。

    中石化宁波工程有限企业副总经理亢万忠向记者进一步先容说,目前业内普遍忽视气化炉流场、水冷壁气化炉挂渣机理等基础研究,今后要做细致的挂渣模拟,使挂渣系统适应不同煤种、减少热损失,提高设计水平。黄斌认为,挂渣模拟应当与现场试验相结合,并通过现场试验修正才能达到好的效果。黄斌指出,中国煤化工发展快,拿来主义多,气化炉流场、水冷壁气化炉挂渣机理等基础研究薄弱,今后需要加大这方面研究的投入,边使用边改进。

    多举措保灰水系统稳运

    气化过程产生的粗煤气内含有大量固体颗粒和杂质,在除尘、洗涤过程中,除尘、灰水系统不可避免会产生沉积、结垢,系统的设备、管道、阀门结垢堵塞和腐蚀,严重时需进行停车处理,这不仅制约气化炉的运行,还会影响后续变换、低温甲醇洗系统的运行。

    像干法除尘的壳牌煤气炉,积灰结垢在合成气冷却器入口被堵塞50%时才能发现,迫使装置降负荷生产甚至非计划停车。灰水系统目前除壳牌煤气化炉外,所有运行的新型煤气化炉基本都是文丘里洗涤器+激冷洗涤塔。

    据华东理工大学洁净煤技术研究所周志杰副教授先容,从运行周期来说,因为水系统一直在洗气排灰、排渣,即使喷嘴和耐火保温材料都没有问题,如果灰渣积累太多,灰水系统运行最多4个月就会出现结垢、堵塞、系统阻力增大等问题,装置必须停车处理。周志杰建议,通过选用低灰分、低灰熔点、低硫氯的优质煤,以及更换设备材料和工艺改进等措施,来缓解灰水系统的堵塞和腐蚀问题。

    神华宁煤集团煤制油项目副总工程师李晓东认为,增加灰水系统的洗涤能力,可采用多因子分离、旋流分离等气体除尘、洗涤等技术。中石化金陵石化原总工程师程祖山向记者先容说,影响气化炉除尘、洗涤系统稳定运行的因素很复杂,与煤质、气化方式、气化温度、水质等因素都有关系,在抗垢剂上下功夫也是个办法。

    加强选配稳定原料煤质

    中科合成油技术有限企业技术顾问唐宏青认为,原料煤质稳定与否以及煤质的好与坏,对气化炉长周期稳定运行起很大作用。虽说粉煤加压气化炉气化对原料煤有广泛的适用性,理论上讲什么煤都可以气化,但气化煤质的水分、挥发分、灰分、硫及灰熔融性、煤灰黏度等指标对气化炉装置的运行稳定有着重要影响。如何选备原料煤、稳定原料煤质是煤气化生产的难题,这就需要准确检测气化煤的煤质指标,确定选煤配煤方案、制定稳定煤质的措施,以保障煤气化装置的稳定运行。中石化金陵石化原总工程师程祖山告诉记者,煤化工企业在配煤技术交流上不如中石化系统,中石化系统经常技术交流会,相互先容经验,共享改进成果。

    全面科学考量运行周期

    黄斌认为,影响煤气化炉满负荷、安全稳定运行周期的因素很多,甚至一个阀门、一个焊缝都会引起装置停车,因此气化装置运行周期考量的是一个煤化工企业的综合实力。评价气化炉周期不能看单炉一次运行时间的长短,而应当平均来看,如果一次运行时间长,而停产检修的投入大,那么仅一次的长周期运行也就长就失去了意义。

    周志杰也认为,不能过于追求单炉的运行周期。企业为保证连续气化生产,将生产控制在一个安全的范围内,需定期切换倒炉检修,一开一备的气化系统,单炉连续运行60天就切换;两开一备的气化系统,单炉连续运行75~80天就切换。因此,考察气化炉满负荷、安全稳定运行周期,应当看一个企业气化系统的连续运行时间,而不是仅看单炉的运行周期。

    亢万忠表示,通过备用炉,气化装置的备用系数和气化的整体可用率会有提高,但要满足长周期、满负荷连续运行,并达到像石化装置那样3年一修,依旧有困难,还有很长的路要走。

    中石化金陵石化原总工程师程祖山向记者表示,煤化工装置比石化装置技术密集度更高,涉及的技术种类也更多、更杂、更精细。大型煤化工发展迄今也就10年左右的时间,煤种认识、设备选型、操作经验,以及气化温度等参数的控制、工艺掌握和人才培养都还有一个较长的过程。他认为,目前各种气化炉都在运行,再过10年,真正综合性能好的气化炉才能显现出来。(中国化工报)

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