清华炉在山西阳煤丰喜集团公司的应用

2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司1清华炉在山西阳煤丰喜集团公司的应用山西阳煤丰喜集团公司二零一一年三月一、企业简介2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司2山西阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司是一个集化肥、化工、化机制造于一体的国家大型煤化工企业集团，是山西省最大的化工企业之一。综合实力在全国化工企业500强中名列第62位，在全国氮肥企业100强中名列第6位。集团总部设在山西省运城经济开发区，注册资本6.69亿元，总资产80亿元，员工10000余人。集团氨醇年生产能力为160余万吨，化肥、化工产品实物总量360万吨以上，化工机械设备制造能力5万吨，年可实现销售收入80亿元以上。二、煤气化技术的选择2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司3我公司原有煤气化炉是以白煤为原料的常压固定床间歇气化炉，由于白煤价格高，采购困难。2002年我们决心采用新技术，对原料结构进行调整，以适应企业的发展。2002年在国内可以比较的有四种技术：1.德国鲁奇炉：以碎煤为原料，主要应用厂家有天脊集团（原山西化肥厂）、义马煤气化厂、哈尔滨气化厂。此煤气化工艺成熟，但存在以下问题：第一、气体中含有焦油，处理流程长，第二、气体中甲烷含量较高，还需配套建设甲烷转化装置；第三、污水难于处理，没有一种有效的处理方法。2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司42.壳牌炉：以干粉为原料，世界上唯一一套工业化装置在荷兰，用于发电，年运行不足5500小时，国内装置均在建设中，且投资巨大。3.美国德士古炉:以水煤浆为原料，运行的工业装置多，当时已运行厂家主要有鲁南化肥厂、上海焦化厂、淮南化肥厂、渭河化肥厂。此气化技术生产稳定，环境友好。主要存在问题是烧嘴寿命短，一般为45天左右。2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司54.清华炉：以水煤浆为原料，国内自主开发的煤气化技术，当时已完成专利、数学模型、冷态试验，正在进行φ1000mm气化炉热态试验。根据比较，我们认为德国鲁奇炉和英荷壳牌炉不适合我们。美国德士古炉和清华炉适合我们，但各有千秋。从我们的经验考虑，清华炉具有美国德士古气化炉的所有优点，用分级给氧方式解决美国德士古炉的烧嘴寿命时间短的问题。三、清华炉示范项目简介2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司6清华炉气化装置是以山西丰喜肥业（集团）临猗分公司30万吨／年甲醇项目，一期工程年产10万吨甲醇项目依托进行建设的。一期工程于2003年开工建设，于2006年元月23日一次化工投料成功，气化炉一开一备，装置投运后，当月即达设计要求。2007年10月20日石油和化学工业协会组织了现场考核时，截至2007年10月20日，累计自然天数637天，运行天数603天，在这637天期间运转率94.66%，平均日负荷率107.3%，年负荷率达到120%。达到了国内外以水煤浆为原料的同类装置运行的先进水平。2007年12月顺利通过了国家组织的专家组现场考核和技术鉴定，专家们一致认为：“该技术优于国外同类技术，具有国际先进水平”。2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司72008年6月，甲醇二期工程完工（第三台气化炉未完工），两台气化炉全开不备运行，至2010年10月由于全球金融危机，甲醇停产。第三台气化炉2010年6月和合成氨系统一起投运，目前气化炉三台全开，共生产40万吨尿素/年和12万吨甲醇/年。第四台气化炉为水冷壁型，目前正在安装阶段，预计2011年5月投运，建成后气化炉三开一备。水冷壁气化炉建成以后，可以利用无烟煤进行气化。清华炉（水冷壁型）的技术选择2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司8由于神木煤等低灰熔点煤采购逐渐困难，如何利用高灰熔点的煤气化，成为国内众多煤气化厂家的新问题。清华炉（水冷壁性）主要有以下优点：1、水煤浆输送比较稳定，且投资较小，我们和煤科院合作，利用其双峰级配技术提高水煤浆浓度，山西当地烟煤煤浆浓度一般为70—80%（一般高灰熔点煤的成浆性均较好）。2、气化炉压力不受限制，气化炉可以在6.5MPa以上运行，随着压力的提高，装置的投资和运行费用都将会降低。3、水煤浆气化较粉煤气化，投资较小，能耗低，维修费用。低。四、清华炉气化示范装置建设概况2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司9气化装置的建设采用分布实施的步骤进行：第一步：氧气不分级运行在甲醇装置投运的初期，为了保证整个甲醇装置的顺利开车，气化炉采用氧气不分级运行。因为对于丰喜来讲，加压气化、深冷空分、汽轮机等都是全新的技术，在首次开车中，暂时不加二次氧，待全系统流程打通，操作工熟练以后再加二次氧。一方面，可以降低工程风险；另一方面，便于对不加二次氧和加入二次氧的两种工况作出比较。2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司10第二步：氧气分级运行，中心不加二氧化碳在甲醇装置运行稳定，操作熟练后，气化炉耐火材料开二次氧加入口，投二次氧运行。第三步：氧气分级，中心加二氧化碳运行加二次氧运行稳定后，中心改加二氧化碳运行。烧嘴中心加入二氧化碳，分布运行也是为了比较二氧化碳对于气化过程的影响。气化示范装置建设概况2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司11气化示范装置建设概况2020/2/23北京达立科科技有限公司12气化示范装置建设概况2020/2/23北京达立科科技有限公司13五、清华炉示范工程技术集成的主要内容2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司14清华炉在丰喜的应用过程中，针对水煤浆气化存在的问题，进行了全流程的优化，从磨煤开始，对气化炉、锁斗、排渣系统、洗涤塔、闪蒸系统都进行了改进优化，使清华炉更能安全稳定长周期运行。2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司15气化炉的创新锁斗系统的改进排渣系统的改进合成气洗涤塔的内件改进高压闪蒸系统闪蒸蒸汽的综合利用黒水闪蒸系统的位差布置高压闪蒸、真空闪蒸的内件改进气化炉的创新2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司161、采用分级给氧技术，在气化炉增加二次氧喷嘴，一方面：改变了气化炉内的流场分布，气化炉内温度更均匀，更有利于气化反应的进行，气化炉高温点下移，使渣口温度提高，在相同的氧煤比条件下，气化炉渣口温度较不加二次氧提高约100℃，煤种适应性增加，在丰喜操作时，使用神木煤和白煤的混煤，白煤掺入量为10—20%，混煤灰熔点控制在1400℃。另一方面，由于二次氧的加入，减小了主烧嘴的燃烧强度，也降低了出烧嘴的流速，烧嘴的运行条件缓和了许多，在材质不变的情况下，主工艺烧嘴连续运行时间由原来的45天提高到100天以上。2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司172、气化炉主工艺烧嘴中心雾化气体可以采用氧气也可以采用二氧化碳。加入二氧化碳，主要是为了进一步延长烧嘴使用时间和提高碳转化率，在丰喜运行的结果表明，主工艺烧嘴加入二氧化碳后，烧嘴端部温度可以降低200℃左右，有效气成分可以提高1%左右。在工程上采取措施，可以实现二氧化碳的在线切换，不会应为二氧化碳气体的故障而增加气化炉的故障点。2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司183、气化炉燃烧室与传统的水煤浆气化炉相比，直筒段加长了400mm，燃烧室容积增大。燃烧室容积增大后，增大了反应空间，提高了气化炉产气量、有效气成分和碳转化率。4、下降管加雾化水。气化炉的带水主要原因是因为高温气体在气化炉下部水浴中激烈换热而造成的，在下降管中增加雾化水，使高温气体在进入激冷室水浴之前，充分降温、达到饱和或快饱和，减少在激冷室水浴的换热强度，减小气化炉激冷室的带水量。2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司195、采用水冷壁形式，可以气化灰熔点较高的煤。煤的灰熔点可以不受耐火材料的限制。6、与国家煤科院水煤浆工程中心合作，利用双峰级配技术制浆，一方面，可以提高水煤浆的浓度，将水煤浆的浓度提高到70%以上，另一方面，将煤浆的平均粒径细化，其平均粒径小于等于50μm，可以弥补由于煤的反应活性不足对气化的影响（阳泉白煤的活性很低，在1100℃时仅为42%）。锁斗系统的改进2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司20增大了锁斗的容积，锁斗容积增大为16.2m3，与渭河相比，容积增加将近一倍。锁斗容积增大后，锁斗循环泵的冲渣水含固量降低，循环渣水中固体含量远远小于1%，锁斗循环泵运行状况大大改善，装置开车五年来，从未进行过检修。容积增加后，锁斗排渣时间延长，可以一小时排一次渣，相对于其他厂家30-40min排一次渣，一方面可以减小锁斗系统阀门的磨损；另一方面。可以减小对气化炉液位的影响；另外还可以延长锁斗使用时间（锁斗设计交变30万次）合成气洗涤塔的内件改进2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司21取消文丘里洗涤器，气化炉激冷室出口的合成气直接进入合成气洗气塔，减小了系统压差。合成气洗涤塔下部取消了上升管，增加了气体分布器，使合成气与水的接触更加均匀，保证了合成气中的固体颗粒与洗涤水的充分接触，充分湿润，保证了洗涤效果。合成气洗涤塔的洗涤塔板增加为四层，充分保证洗涤效果。采用以上改进后，气化系统压差（从气化炉到洗涤塔出口）一般在0.15MPa以下；变换系统运行稳定，到目前已运行五年，触媒还可以正常运行。排渣系统的改进2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司22多台气化炉设置一大渣池，在大渣池中沉淀的炉渣通过抓斗起重机用抓斗挖出，放在晾干池中用机动车辆运走；在大渣池中的灰水经沉淀一段时间后，通过溢流进入清水区域，然后用泵将渣水送到真空闪蒸罐，此排渣流程主要有以下优点：1、渣池为多台气化炉共用一个，捞渣可以间歇进行，即使捞渣抓斗出现故障，也有时间进行维修，不会因此而影响气化炉的正常运行。2、抓斗起重机在化工生产中属常用设备，一次性投资和正常维修，费用都较低。高压闪蒸系统闪蒸蒸汽的综合利用2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司23山西丰喜气化装置的闪蒸系统采用两级闪蒸，高压闪蒸0.5MPaG，真空闪蒸-0.05MPaG，现有的闪蒸蒸汽利用流程主要是将闪蒸蒸汽和高压灰水进行间接换热，存在换热器容易堵塞，热量利用率不高等问题。山西丰喜气化装置将高压闪蒸蒸汽作为热源直接利用，一部分作为气化灰水除氧器的用蒸汽，另一部分作为精馏工段再沸器的热源。黒水闪蒸系统的位差布置2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司24将真空闪蒸的位置上移，取消真空闪蒸罐的液位调节系统和真空闪蒸罐去沉降槽的灰水给料泵；将真空闪蒸罐下液管线直接插入沉降槽内，沉降槽作为真空闪蒸罐的液封槽，真空闪蒸罐内不再控制液位，真空闪蒸罐内结垢，下液管堵塞等问题得到彻底解决。将高压闪蒸罐的位置与真空闪蒸罐位置相协调，高压闪蒸罐液相出口至少与真空闪蒸罐进口相平，彻底解决高压闪蒸罐内结垢问题。高压闪蒸、真空闪蒸的内件改进2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司251、将高闪、真闪内件，改为导流板形式。2、导流板由耐磨钢板制作，检修时，只需更换导流板即可，解决了原设计内件检修困难的问题。六、清华炉的运行情况2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司262020/2/23山西阳煤丰喜集团公司272020/2/23山西阳煤丰喜集团公司282020/2/23山西阳煤丰喜集团公司292020/2/23山西阳煤丰喜集团公司302020/2/23山西阳煤丰喜集团公司31氧气分级与不分级气化运行数据比较2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司32与第一阶段氧气不分级的运行结果相比，有效气体成分平均增加了约1.0%以上，碳转化率提高约1.5%。在第二阶段氧气分级运行条件下，当主喷嘴中心通入CO2时，和不通入CO2相比，有效气成分提高了0.64个百分点，比煤耗和比氧耗都有所下降，碳转化率得到提高。2020/2/23山西阳煤丰喜集团公司33——感谢您对我们的支持！