碎煤加压气化工艺操作难点及应对措施 (2)

作者:火博app 发布时间:2020-08-12 00:53

  中国科技期刊数据库 工业 A 2016 年 26 期 45 碎煤加压气化工艺操作难点及应对措施 王志艳 辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司,辽宁 阜新 123000 摘要:因碎煤加压气化技术粗煤气中甲烷含量高(18%左右,干基),被大多数煤制天然气项目所采用。一般气化工艺选型为碎煤加压气化、碎煤加压气化+粉煤气化、碎煤加压气化+水煤浆加压气化,具体选择何种气化工艺,主要取决于煤质及环保要求。选择适宜的气化技术,是确保项目实现经济效益的关键。从生产过程,分析了碎煤加压气化炉现运行中存在的主要不足,有针对性地提出炉壁腐蚀、加煤系统负荷不足、开车点火、煤灰锁...

  中国科技期刊数据库 工业 A 2016 年 26 期 45 碎煤加压气化工艺操作难点及应对措施 王志艳 辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司,辽宁 阜新 123000 摘要:因碎煤加压气化技术粗煤气中甲烷含量高(18%左右,干基),被大多数煤制天然气项目所采用。一般气化工艺选型为碎煤加压气化、碎煤加压气化+粉煤气化、碎煤加压气化+水煤浆加压气化,具体选择何种气化工艺,主要取决于煤质及环保要求。选择适宜的气化技术,是确保项目实现经济效益的关键。从生产过程,分析了碎煤加压气化炉现运行中存在的主要不足,有针对性地提出炉壁腐蚀、加煤系统负荷不足、开车点火、煤灰锁检修等方面进行的操作及应对措施。 关键词:碎煤加压气化;炉壁腐蚀;加煤系统;点火方式;煤、灰锁检修优化 中图分类号:TE665.3 文献标识码:A 文章编号:1671-5799(2016)26-0045-01 1 气化炉炉壁腐蚀 碎煤加压气化技术虽然已经应用很多年,但仍然不是十分成熟,存在一些技术难点尚没有好的解决办法,下面将笔者遇到的一些问题及应对措施与大家分享。(1)气化炉本体腐蚀的原因。碎煤加压气化炉本体一般采用 13MnNiMoNbR制作,该材料在使用过程中经常发生腐蚀和磨蚀,据煤质分析和对国内同类型企业的考察,其腐蚀原因分析如下。①卤素与碱金属共同作用形成的腐蚀。碱金属是锂、钠、钾、铷、铯、钫 6 种金属元素的统称,卤素是氟、氯、溴、碘、砹 5种非金属元素的统称。由设计煤种的元素分析数据(空气干燥 基 / 干 燥 基 : C66.48%/72.26% 、 H4.29%/4.66% 、N1.00%/1.09% 、 O13.16%/14.31% 、 Cl0.012%/0.013% 、As0.48%/0.52%)及灰分分析数据(SiO254.2%、Al2O315.48%、Fe2O311.88%、TiO0.87%、CaO3.34%、MgO2.12%、K2O0.34%、Na2O6.26%、P2O50.44%、SO32.65%)可以看出,煤中存在钠、钾碱金属,同时也存在氯离子;在这种情况下,碱金属与氯离子共同作用,形成对 13MnNiMoNbR材料的腐蚀,而碱金属的金属性越强,其对合金钢的还原性越强,材料中铌含量过高(大于 0.040%)时,加热容易引起纵向裂纹,加速气化炉夹套的腐蚀。因此,无论是气化炉的制造选材,还是煤种的选择,都会造成气化炉本体的腐蚀。②细灰颗粒的磨蚀。煤的热稳定性不好,粗煤气中含灰量较高,细煤灰在流动过程中形成磨蚀,在纵向形成均匀的沟槽,加速了气化炉夹套的损坏。(2)气化炉本体腐蚀的应对措施。腐蚀控制措施:在气化炉夹套表面堆焊耐腐蚀材料。一些碎煤加压气化装置针对腐蚀情况,在气化炉夹套表面堆焊 3~5mm 厚镍基合金NS336 材料,目前已运行 1a 多没有发生腐蚀现象。磨蚀控制措施:①原料煤增加筛分系统,提高入炉原料煤粒径,控制入炉煤粉含量;②控制气化炉负荷,降低气体流速。 2 加煤系统负荷不足 (1)碎煤加压气化炉加煤系统存在问题。碎煤加压气化炉加煤系统主要由煤仓、煤溜槽、煤锁及其附属管线组成。煤锁与气化炉相连,通过充压、泄压循环,将存于常压煤仓内的碎煤加入到气化炉内,以保证气化炉的连续运行。加煤系统的工作程序为:①煤锁泄压:当煤锁空时,关闭煤锁下阀,打开泄压阀,通过此阀,将煤锁的压力从操作压力泄至环境压力;②煤锁加煤:打开煤锁上阀,打开煤溜槽圆筒阀,煤靠自重由煤仓通过煤溜槽流入煤锁;当煤锁满后,关闭煤溜槽圆筒阀,关闭煤锁上阀;③煤锁充压:打开煤锁一次充压阀,由来自后续工段的粗煤气通过管线kPa,然后关闭煤锁一次充压阀,打开煤锁平衡阀,由来自气化炉的粗煤气对煤锁进行二次充压;④气化炉加煤:当煤锁与气化炉的压力平衡时,打开煤锁下阀,煤靠自重流入气化炉内;⑤当煤锁空时,再次执行以上程序,从而实现碎煤加压气化炉的加煤循环。煤锁的全容积为 18.7m3 ,有效容积约为 17.3m3 ,在实际生产过程中,加煤系统每小时可进行3.03个循环,计加煤52.419m3 。相当于设计加煤量的84.6%。同时,气化炉经常因加煤间隔时间长,致使缺煤运行,造成煤锁下方法兰温度急速升高,导致联锁停车。因此,在实际生产中,气化炉只能维持在设计负荷的 80%左右运行。(2)原因分析。经过对加煤系统各个环节进行统计分析,造成气化炉供煤不足及加煤间隔时间长的主要原因有两个方面:一是加煤循环节时间较长;二是为气化炉内波氏曼套筒容积过小,气化炉运行时煤锁往气化炉内加煤,煤锁的煤不能一次性完全加入到气化炉内,而是随着炉内煤的反应消耗,逐步加入到气化炉内,因此造成加煤循环时间延长而使加煤量不足,同时由于气化炉内波氏曼套筒存煤量有限,波氏曼套筒内的存煤很快被消耗,而煤锁尚未循环制至往气化炉加煤环节,造成气化炉在一定时间缺煤运行。(3)改造方案。由于气化炉本体已经定型,对其进行改造工作量较大,且不易实现。通过缩短加煤系统循环时间相对较为简单而有效,但在加煤系统循环过程中,煤锁加煤是靠煤重力流入煤锁,且时间较短,无压缩空间。可压缩的时间只有减少煤锁的充压、泄压时间。经过对充压、泄压管线的阻力计算,发现系统阻力主要存在于以下部位:①煤锁至泄压阀的管道直径较小,为 DN100;②煤锁泄压阀通径较小,为 41mm,限制了泄压速率;③煤锁充压限流孔板为 52mm,限制了充压速率。基于设计负荷 110%加煤量进行改造,对原设计进行优化和改造,方案:①将煤锁泄压管线;②煤锁泄压阀通径由 41mm 改为 63.5mm;③取消煤锁充压和泄压限流孔板。(4)改造后的效果。经改造,每小时可加煤约 4.19~4.96 锁,计 72.5~85.9m3 ,理论上为可满足气化炉 110-120%生产负荷的加煤量,煤锁向气化炉内加煤间隔时间可满足气化炉负荷在 110%~120%之间连续运行。 3 点火方式的优化 碎煤加压气化过程是一个在高温和(高)压力下进行的复杂多相的物理化学反应过程,主要是煤中的碳与氧和水蒸气等气化剂之间的反应。煤的燃烧过程,其实质就是煤中元素发生剧烈氧化反应的过程,其中最主要是碳的燃烧,并且伴以挥发分的燃烧。煤的有机质是复杂的碳氢化合物,其氧化与烃类氧化相似,可用自由基连锁反应机理解释。煤中富氢的脂肪结构与氧易形成自由基,当氢化过氧化物积累到一定浓度又有一定温度时,氧化自动加速。当放出的热量不断积累,达到煤的着火温度就会引起燃烧。气化炉内煤的燃烧首先需要点火方式引发,是气化的关键步骤。传统的点火方式是空气点火,存在点火时间长达十几小时、资源浪费、工况不易培养的弊端。根据上述气化机理的分析,点火方式可设计优化为氧气直接点火。(1)设计优化后碎煤加压气化炉氧气点火步骤。①气化炉预热:向气化炉内加入一定粒度的块煤,然后向气化炉内送入中压蒸汽对煤层加热至燃点,预热过程结束。煤质较好时,预热时间可短些,劣质煤时间要长些。②氧气点火:向气化炉内送入蒸汽和 600m3 /h 氧气,与炽热的煤层发生氧化反应,生成粗煤气中 02 体积分数小于 0.6%,CO 2 体积分数在 25%~30%之间时表示点火结束。③气化炉提压升温:通过放空火炬的切换,缓慢提高压力,缓慢提高氧气量,加快炉内氧化反应,达到升温升压的目的。此阶段要注意床层和工况的培养。④并网操作:当粗煤气成分合格,系统检查没有问题,将气化炉并入管网操作,向后续工号送合格粗煤气。(2)氧气点火注意事项。为保证氧气点火的成功,气化炉预热时要缓慢调整蒸汽流量和及时排放冷凝液。氧气点火时启动氧负荷要小,点火过程中禁止动作煤锁阀门,防止产生撞击火花,引起煤锁爆炸。(3)用 CO 2作气化剂返炉。现碎煤加压气化配套低温甲醇洗净化装置,自产纯度 90%以上 CO 2 气体放空,环境污染严重。为实现国家环保要求的 CO 2 减排指标,实现生产的良性循环,提高经济效益,可优化为 CO 2 气体经过加压,通过气化剂管线送入气化炉系统,利用煤焦与 CO 2 的还原反应,提高粗煤气产量。 本文针对煤制天然气项目碎煤加压气化炉炉壁腐蚀、加煤系统负荷不足、优化点火方式、煤、灰锁检修优化等难点问题,进行原因分析,并探讨应对措施。


火博app
© 2013 北京格林吉能源科技有限公司.版权所有