水煤漿氣化裝置運行問題及改進措施

魏 靜, 曹昆朋

(新疆心連心能源化工有限公司, 新疆昌吉 832200)

新疆心連心能源化工有限公司(簡稱心連心)氣化裝置采用華理多噴嘴水煤漿加壓氣化工藝,氣化裝置包含煤漿制備、氣化及渣水處理3個部分。氣化爐壓力為6.50 MPa,氣化爐直徑為3 400 mm,日投煤量為1 659.0 t(干基),共2套氣化爐系統(1開1備)。該裝置于2015年8月投產,運行過程中存在磨煤水系統結垢堵塞、部分低壓閃蒸汽進行循環冷卻而余熱未被利用、灰水外排水總磷濃度波動等問題?，F對開車以來針對這些問題進行重要優化改進項目進行總結。

1 穩定運行類改造

1.1 磨煤水分離儲存

氣化裝置設置1臺磨煤水槽,該槽用于接受本系統產生的氣化灰水及外系統送來的各類廢水,槽內的工藝水通過泵送入磨煤機用于制水煤漿。氣化裝置外送來的廢水有三聚氰胺廢水、低溫甲醇洗廢水、變換汽提塔凝液、尿素廢液等。這類廢水氨含量高、pH值高,而氣化灰水又是高懸浮物、高硬度的水,各種廢水在槽內混合,容易形成結垢,使得磨煤水槽、磨煤水管線經常被堵塞。磨煤工藝水管道結垢嚴重,磨煤工藝水體積流量從沖洗后的65 m3/h逐漸減小至20 m3/h左右。由于泵進出口管線結垢影響泵打量,必須經常倒泵,清理進口濾網和沖洗進口管線(少則每周3次,多則每天3次)。入磨煤機制漿用水量無法得到保證,導致煤漿槽液位大幅度波動,影響系統穩定生產。公司增設廢水槽,使三聚氰胺廢水、變換汽提塔凝液進入廢水槽,氣化灰水、煤漿排放池廢水、低溫甲醇洗廢水等其余廢水進入原有的磨煤水槽。通過分開儲存不同性質的水,防止結垢。自磨煤水分離儲存后,磨煤水系統每月只需兩次例行性倒泵檢修,運行1 a內磨煤水管線基本無結垢。

1.2 改造煤漿槽攪拌器槳葉

煤漿槽攪拌器不能將煤漿槽底部的煤漿完全攪拌均勻,導致煤漿槽底部部分煤漿沉積。當前一道工序生產波動(如棒磨機故障、低壓煤漿泵檢修、入爐煤種更換等)造成煤漿槽液位降低時,由于慣性力,攪拌器對煤漿槽底部的攪拌力度相對變大,會導致之前沉積的煤漿發生松動。該部分煤漿由于沉積時間較長造成流動性較差,一旦進入高壓煤漿泵進口管線,輕則高壓煤漿泵進口壓力降低,導致燒嘴煤漿流量波動;嚴重時,引直泵墊缸,造成一對燒嘴甚至整臺氣化爐跳車事故。通過延長延伸軸長度,將延伸軸更換為三輪轂結構的長軸,延伸軸上部兩個輪轂使用原有槳葉葉片,下部的1個輪轂安裝新葉片,確保新的煤漿槽攪拌器能完全均勻攪拌煤漿槽底部煤漿,防止其沉積。

1.3 在煤漿槽底部增加濾網

氣化系統在運行過程中頻繁出現高壓煤漿泵墊缸,煤漿流量降低,嚴重時造成一對燒嘴跳車。檢修人員拆檢后發現,高壓煤漿泵墊缸、單缸打量不足,其主要原因為煤漿中出現體積較大的顆?；蛘哞F屑等異物,異物在經過單向閥時會卡在球體和下部密封墊之間,導致單向閥不能正?；顒?造成煤漿泵不打量。為了防止大顆粒垢片或鐵屑等進入高壓煤漿泵內,在煤漿槽底部至高壓煤漿泵進口管口前的位置加φ325×250 mm的敞口濾網,篩孔間距為10 mm。改造后投用至今再未出現進口管線堵塞、高壓煤漿泵墊缸等現象,并且倒爐期間未再出現放料閥堵塞現象。從運行效果來看,在煤漿槽底部增加濾網的措施解決了大顆粒、鐵屑等異物進入煤漿泵進口的問題,降低了高壓煤漿泵的故障率。

1.4 優化鎖渣閥結構

鎖渣閥為球閥,在氣化系統運行過程中常出現內漏嚴重、卡阻等情況,氣化鎖斗系統無法正常排渣,會造成系統減負荷甚至停車,是系統穩定運行的制約因素。球閥結構的鎖渣閥,其泄壓速率為0.50～0.60 MPa/min,改變鎖渣閥結構,將原有球閥更換為新型盤閥。盤閥鎖渣閥投運后,整體運行效果良好,鎖斗泄壓速率保持在0.02 MPa/min,密封良好,并能保持性能穩定,運行順暢無卡澀。自2021年投運至今,盤閥運行穩定,未出現故障檢修的情況。

1.5 延長渣池溢流管至斜坡段

渣池溢流管線的前倉開孔位置距離鎖斗排渣卸渣口較近,排渣時翻起的渣存積在溢流口處。打開渣池溢流閥時,部分渣直接順渣池溢流管流入渣池后倉,或堵塞渣池泵進口,或通過渣池泵進入激冷水管線并在黑水循環泵出口管線內沉積。開啟黑水循環泵后,部分渣被帶入黑水過濾器,影響氣化爐激冷環供水[1]。將前倉兩側溢流口位置平移至渣池前倉斜坡處,遠離排渣口,避免溢流口處積渣,溢流管線傾斜5°～10°,避免管道內積渣。在溢流管入口處制作擋籠,防止大塊漂浮物進入溢流管。該項目投運后,未出現因積渣造成管道堵塞和機泵運行不打量的現象。

1.6 增加備用灰水外排水管道

氣化裝置產生的灰水和黑水為高硬度、高 pH、高懸浮物的嚴重結垢型水質[2]。由于灰水中的懸浮物、鈣、鎂離子極易在灰水管線內壁上集聚,造成管道堵塞,氣化廢水無法外排。原始設計僅有1條外排水管線,當管線結垢堵塞時,必須拆開外排水管道短節,用高壓沖洗裝置沖洗管線。每次沖洗時長為7 d。沖洗期間,外排水直接排至地下廢水管網且水量低,給氣化系統運行帶來一定風險,還會堵塞生產系統的廢水管網。通過新增1路備用外排水管線至污水處理,確保氣化外排水管道檢修沖洗過程中廢水能夠正常外排,保證氣化系統水質穩定。

2 安全環保類改造

2.1 高壓煤漿泵增加中壓氮氣充壓管線

氣化裝置停車后,高壓煤漿管線是通過高壓煤漿泵出口緩沖罐進行泄壓的,高壓煤漿泵檢修完成后需要對緩沖罐重新充壓至5.70 MPa。前期一直是通過外購13.00 MPa氮氣瓶進行充壓,但外購氮氣在倒運、檢驗、儲存鋼瓶等環節存在風險。在高壓氮氣儲罐導淋上開口,引1個φ10 mm的管線分別在A/B系統高壓煤漿泵中間,利用8.30 MPa中壓氮氣對高壓煤漿泵出口緩沖罐充壓。中壓氮氣充壓管線投用后不用外購氮氣,充壓時只需打開閥門即可操作。

2.2 增加預熱燒嘴噴頭

氣化爐內耐火材料的膨脹及收縮系數不同,為了使水分有充分時間從耐火材料中散出,并使耐火材料中的溫度分布梯度保持穩定,原始烘爐必須按照供貨商提供的升溫曲線進行[3]。氣化爐烘爐過程中,低溫區域經常出現熄火現象,特別在200～400 ℃區域,頻繁出現熄火現象。熄火后需要重新通風置換、點火,安全隱患極大。同時,此過程會造成爐溫下降過快,影響整體烘爐時長,并增加燃料氣消耗。經分析,發現預熱燒嘴熄火的主要原因如下：在負壓條件下,預熱燒嘴的流場變化較大,造成氣流不穩定而熄火;在前期低溫階段預熱燒嘴的蓄熱功能較差,易造成熄火;前期燃料氣閥門開度較小,導致燃料氣供氣不穩而熄火。為解決烘爐過程易熄火的問題,在預熱燒嘴頭部增加10 cm左右的筒狀耐熱鋼絲網,燃料氣從燒嘴噴出后撞擊到鋼絲網上會發生不規則改變,使出燒嘴燃料氣和空氣混合更充分,并有蓄熱作用,讓燃燒更穩定。增加預熱燒嘴噴頭后,基本解決了低溫區域熄火問題。

2.3 增加燃料氣切斷閥

在烘爐過程中,只能通過視頻以及火檢信號來監控氣化烘爐情況。當烘爐因故障熄火后,需要人員及時關閉燃料氣流量調節閥。這時存在人員未及時發現烘爐過程中已熄火而無法及時關閉調節閥的隱患,造成燃料氣持續通入氣化爐內部,導致燃料氣在氣化爐內及氣化十樓積聚,可能發生火災爆炸事故。為降低烘爐過程中熄火的風險,增加切斷閥并增加聯鎖,當氣化烘爐火焰檢測信號無,二選二觸發聯鎖關閉燃料氣流量切斷閥。

2.4 灰水循環再利用

氣化撈渣機使用新鮮水作為鏈條沖洗水,體積流量保持在5～6 m3/h。在使用過程中不僅會造成水資源的浪費,而且由于流量較小易造成撈渣機上部灰渣積聚頻繁,影響撈渣機正常運行。在渣池補灰水管線上進行開口,并引一路管線至撈渣機上部代替撈渣機沖洗水。改造后,氣化撈渣機使用新鮮水體積流量減少至3 m3/h左右,同時實現了部分灰水循環利用,減少了外排水量。

2.5 穩定分散劑加藥濃度

2020年,氣化裝置灰水外排水總磷質量濃度呈現規律性波動,由6.0 mg/L左右緩慢降至0.5 mg/L左右,然后突升至6.0 mg/L左右。后經調查發現,總磷含量波動周期與分散劑倒槽時間一致。造成該現象的主要原因是分散劑密度(1.2 g/cm3)比水的大,分散劑原液在分散劑槽中用脫鹽水稀釋后送入系統,一槽配制好的分散劑一般使用2 d,過程中分散劑沉淀,導致下部分散劑含量增加,上部分散劑含量降低[4]。通過在分散劑槽內放置專門的工廠空氣攪拌器,保證分散劑均勻加入系統,此后外排水總磷質量濃度不再出現波動。

3 節能降耗類改造

3.1 低壓閃蒸余熱利用

氣化裝置渣水崗位的低壓閃蒸汽分為3路,其中一路送至除氧器,加熱進入除氧器的工藝水;第二路送至真空泵機組作為噴射泵工作介質;第三路進入低壓閃蒸冷凝器冷凝,頂部干氣排放到室外,底部的冷凝液進入灰水槽。去低壓閃蒸冷凝器這部分蒸汽設計體積流量為15.4 t/h,設計溫度為127.63 ℃,設計壓力為0.15 MPa。蒸汽換熱后凝液送至灰水槽,會浪費余熱。通過與全廠蒸汽用戶匹配,發現凈化裝置的汽提塔溫度指標為110.00～130.00 ℃,正常運行期間控制在120.00 ℃左右,每小時用0.50 MPa蒸汽量約為5.9 t?？衫玫蛪洪W蒸汽作為變換汽提塔汽提蒸汽。根據現場管道布置情況,在低壓閃蒸氣去除氧器調節閥前閥處引一路管道,送至變換汽提塔。低壓閃蒸氣去變換汽提塔優化改造投用后,每年可節約0.50 MPa蒸汽4.7萬t,實現了節能降耗的目的。

3.2 改變煤漿添加劑成分

煤漿添加劑為木質素磺酸鹽+萘系混合型添加劑,萘系質量分數為30%左右,使用過程中雖然能夠保證煤漿質量,但是在提濃降黏方面無優勢。新疆地區原料煤內水含量普遍偏高,使用高內水煤時就會出現煤漿黏度高、濃度低的情況,增加生產成本以及提升設備運行負荷的同時也會影響氣化效率。通過試用新型純萘系添加劑,在煤種比例不變的基礎上,提升煤漿濃度,每年可節標煤約為7 011.0 t。

4 結語

通過為預熱燒嘴系統增加聯鎖,使得系統運行日趨安全;通過優化水系統并改造鎖渣閥,使得系統運行日趨穩定;通過回收低壓閃蒸汽并循環利用灰水,實現節能降耗的目標;通過在分散劑槽內增加攪拌器穩定分散劑加藥濃度,為公司實現環保A級企業資質提供了有力支持。公司對氣化裝置進行了一系列優化改造,使氣化裝置日趨安全、穩定、節能、環保。