兖矿国泰化工有限公司的煤气化装置1期20万t/a醋酸、24万t/a甲醇联产80 MW发电工程于
多喷嘴对置式气化装置因非烧嘴原因造成一对烧嘴跳车,只能将气化系统降压到0.6 MPa以下运行(即气化炉一对烧嘴运行,一对烧嘴停车),下游工序的变换、净化与合成系统均会造成切气停车。在跳车故障消除后,将跳车的一对喷嘴再投入运行,气化系统再次升压,出气化工序的煤气压力、温度合格后向后系统送气,变换、净化与合成系统再接气开车。在此过程中气化炉虽然没有完全退出运行,但后系统因为压力低,必须切气停车,造成煤气大量放空,每次气化炉一对烧嘴跳车,甲醇系统停车切气造成的经济损失将达到60万元,严重影响了后系统的稳定生产和公司的经济效益。因此,公司对多喷嘴对置式水煤浆气化技术进行了以下改进措施。
1. 采用气化炉带压连投技术。通过提高气化炉投料物料——氧气和煤浆的压力对停运烧嘴进行保护:在煤浆循环和氧气放空管线上增加煤浆和氧气提压阀,提高投料介质的压力,避免气化炉内高压、高温的煤气串入氧气和煤浆管线而发生意外事故。当气化炉一对烧嘴停车后,对停运的烧嘴进行保护,防止高温辐射烧蚀烧嘴,保证烧嘴出口不被熔渣堵塞。
2. 对预热口封堵砖进行了改型。气化炉顶部的预热口封堵砖是气化炉耐火砖中最薄弱的环节,此封堵砖的使用寿命直接影响气化炉拱顶砖的寿命。原设计的封堵砖为圆柱体,密封依靠其支撑端面与B砖承托平台接触式密封,密封面积小,气化炉在投料初期和运行过程中易出现封堵砖破损脱落,且B砖蚀损后承托能力降低,导致封堵砖易脱落,从而造成气化炉顶部的法兰超温。公司的多喷嘴气化炉预热口封堵砖在改进前的运行周期较短,曾出现过气化炉运行过程中封堵砖脱落事件,极易发生恶性事故并严重制约着气化炉的安全、稳定和长周期运行。公司针对气化炉封堵砖寿命短的情况,重新设计了新型封堵砖,将封口砖的形状由圆柱凸台形变为圆锥凸台形,将其密封形式由固定式改为自由沉降式,这样增加了密封面积,防止了串气现象发生。新型封堵砖将承托平台上移至上层A1砖上,并将与B砖的接触面改成圆锥面,封堵砖可以根据密封圆锥孔的实际情况进行上下调整,增大了密封面积,达到了较好的密封效果。
3. 改进工艺烧嘴头部。由于烧嘴存在寿命短、烧嘴冷却水盘管腐蚀、烧嘴拆卸困难三大问题。工艺烧嘴使用20 d左右后其水室端盖龟裂严重,影响烧嘴的雾化;水室端盖和冷却水盘管的连接处角焊缝出现裂纹或外漏,冷却水盘管和外氧管腐蚀较严重;气化炉停车后拆卸烧嘴时比较困难,由于烧嘴室塞满细灰,经常拉坏烧嘴冷却水盘管。通过耐磨性及抗热振性的对比研究,筛选出了适用于水煤浆气化喷嘴环境的耐磨性和抗热振性喷嘴,在易磨蚀二通道喷口内侧装配耐磨内衬的新型复合式喷嘴结构,在烧嘴头部包裹一层材料,安装及使用过程中不易破碎,寿命较长,其尺寸可根据烧嘴室的尺寸调节,保证烧嘴装入烧嘴室后,烧嘴头部和耐火砖基本没有缝隙,可有效防止飞灰塞入间隙,也可隔绝炉内腐蚀性气体对烧嘴本体及盘管的腐蚀。同时,将烧嘴冷却水进水盘管由1.5圈改为0.5圈,减少烧嘴安装和拆卸过程中的阻力,防止水室端盖角焊缝受外力损伤,并在水室端盖角焊缝处设置一挡板,防止角焊缝因撞击而受伤,在烧嘴投入使用后,阻挡炉内高温辐射对烧嘴的影响。
公司于2006年11月29日成功进行首次带压连投,截至目前,装置已成功进行40余次带压连投;公司封堵砖在2006年第2季度投入使用,封堵砖的寿命现在已超过2000 h,该封堵砖还可以继续使用较长时间,封堵砖对气化炉的长周期运行已不存在影响。工艺烧嘴改进后,烧嘴使用寿命逐步延长,2010年烧嘴平均寿命72 d,最长使用周期达121 d。多喷嘴对置式水煤浆气化技术在公司成功应用后,整体装置处于良好的运行状态,工艺指标先进,系统运行安全、稳定,操作控制手段先进灵活,公司也取得了良好的经济效益。