新能凤凰(滕州)能源有限公司65万t/a甲醇项目采用多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺,于2006年7月20日开工建设,配套生产工序包括140 t/h锅炉3套、42000 m3/h空分装置2套、1500 t/d四喷嘴气化炉3台、净化和合成精馏装置2套等。四喷嘴气化装置自2009年12月开车成功以来,遇到了一些技术性难题,经过攻坚克难,均已得到解决。
1.高压煤浆泵软管损坏
生产运行中菲鲁瓦高压煤浆泵软管频繁破损,且损坏位置均靠近出口端,不仅增加了生产成本和检修任务,而且经常出现非计划停车,制约了系统的长周期、高效、稳定运行。早期采取过规范防冻液添加操作的处理措施,未取得理想效果,软管损坏现象依旧存在。之后通过对设备、工况、工艺操作三方面研究分析,认为导致软管损坏的原因为:运行中缸头出口端内外侧压差过大,造成软管的过度挤压而损坏。这也与软管损坏位置在出口侧相一致。为此,采取了以下改进措施:
(1)为避免煤浆循环管线压力调节阀开度过小致使高压煤浆泵出口管线憋压、超压,严禁高压下带压联投,带压联投时系统压力控制在4.0 MPa,高压煤浆泵出口压力只需提至4.8 MPa,此时调节阀阀位较大,憋压过程中不容易出现煤浆管线超压问题;
(2)清水试泵时,泵出口所需压力由原来的7.5 MPa降为5.0 MPa,避免煤浆泵出口管线压力波动损坏蘑菇阀。
采取改进措施后,已基本杜绝了软管出口侧损坏的现象,满足了系统长周期、稳定运行的需要。
2.锁斗系统阀门内漏频繁
开车初期出现锁斗泄压阀和锁斗泄压管线冲洗水阀关闭不到位造成内漏的现象,分析原因是执行机构力度不够,于是将单气缸更换为双气缸,锁斗泄压阀和锁斗泄压管线冲洗水阀使用5个月无问题。此外,在系统运行中出现多台气化炉锁斗进口阀动作卡涩甚至开关不到位现象,停车拆检锁斗进口阀,发现阀芯严重磨损变形,对比气化炉运行工况发现,锁斗进口阀阀芯损坏前均出现锁斗内漏不保压的现象,在锁斗充压阀关闭至锁斗进口阀打开之间存在时间差,由于锁渣阀内漏,气化炉压力高出锁斗压力很多,阀芯受到向下的挤压力影响阀芯的正常开关,锁斗进口阀打开瞬间,积攒大量灰渣的工艺水在高压差下以高流速通过未全开的阀芯,造成阀芯的磨损成倍增加。
改进措施:当锁渣阀内漏不保压时需及时更换;操作中禁止在气化炉压力高于锁斗压力0.3 MPa的工况下打开锁斗进口阀。
3.系统结垢问题
气化装置产生的灰、黑水属于高硬度、高pH、高悬浮物的严重结垢型水质。在生产中,CaCO3结垢最为常见,优化水质是减轻系统结垢的根本措施。灰、黑水中的灰渣均来源于煤,选取较好的煤质和控制适宜的气化炉操作条件可从源头上改善系统水质。
预防措施:预防结垢最重要的环节就是药剂的添加,阻垢分散剂和絮凝剂必须连续稳定投加,保证水系统各工段中药剂浓度在要求的控制范围内;水系统水质发生变化,应适当调整加药浓度,尤其是出现絮凝效果恶化情况时,应及时调换药剂,以保证水系统稳定运行;在药剂投入上,絮凝剂的投加成本只占整个系统加药成本(絮凝剂+阻垢剂)的10%左右,所以应尽可能保证系统絮凝剂的添加量达到最佳使用量,以保证沉降效果;黑水温度会影响絮凝剂的活性,运行中要保证真空闪蒸罐真空度的稳定;灰水中的pH、碱度、氯离子及钙离子浓度、电导率等指标,一般采用调节灰水去污水处理站的排放量及足够的新鲜水补入进行置换的方式来控制平衡,补入的新鲜水最宜为脱盐水。
4.开工抽引系统消音器堵塞
开工抽引系统是气化炉的重要辅助装置之一,起到建立炉膛真空度、调整火焰长度、防止安装或拆除工艺烧嘴时回火伤人和控制气化炉升降温速率的作用。随系统运行周期的延长,开工抽引系统逐渐表现为真空度低和消耗蒸汽量大,当蒸汽量超过一定量时,气化炉真空度反而降低,甚至有蒸汽冒出,系统呈正压的状态,拆检发现消音器内件几乎被细灰堵死。经分析发现,合成气出口去开工抽引器的弯头处容易积累细灰,随着系统运行周期的延长,细灰累积量逐渐增多,停车投用开工抽引器时大量细灰被蒸汽带走,细灰撞击到壁面不断积累引起消音器堵塞。
优化措施:每次停车后对合成气出口处积灰进行清理;控制气化炉液位不要太高,防止带水带灰;选用优质煤种和控制适宜的炉温,避免高炉温或渣口堵塞工况下细灰增多;停车后,抽引蒸汽加量要缓慢,出现消音器堵塞现象时可将抽引蒸汽量加到最大,吹扫疏通,待烧嘴抽出后再彻底清理。
5.灰水换热器堵塞
灰水系统换热器分锁斗冲洗水换热器和废水换热器2种,平均使用1个月便会出现堵塞,致使灰水系统流量降低。拆检后发现换热器为沉积结垢堵塞,质地疏松且较容易清理。分析认为灰水换热器堵塞原因是:灰水在管道中流速较高,进入换热器封头后灰水流速迅速降低,灰水中颗粒逐渐沉积造成堵塞。通过水质分析发现,灰水中悬浮物含量并不大,一般在35 mg/L左右,提高换热器介质的流速成为解决这一问题的重要途径。
处理措施:气化炉2开1备,每台气化炉均设有1台锁斗冲洗水换热器,将3台锁斗冲洗水换热器并联使用,2套系统运行时仅投用1台换热器,使灰水在管线和换热器内的流速增加1倍。改进后,换热器使用周期有所延长,使用2个月都不会出现换热器堵塞现象,满足了气化炉运行周期的需要。
6.渣池泵出口流量调节阀磨损内漏
渣池泵出口流量调节阀内漏在不少厂家都出现过,其原因在于渣池水固含量高以及对阀芯的长时间冲刷。
优化措施:首先要保障渣池溢流阀的正常开闭,因为排渣时若阀门不关闭或者关闭不到位,排入捞渣机的灰渣来不及沉降便会进到渣池内;适当延长锁斗出口阀关闭至渣池溢流阀打开的设定时间(由原设计的5 min延长至15 min),给灰渣更多的沉降和打捞时间。采取优化措施后,渣池泵出口流量调节阀使用70 d后调节性能依然正常。
7.低压闪蒸蒸汽量大,热量回收利用率低
随着气化装置设计规模的不断增大,三级闪蒸和四级闪蒸越来越多地得到应用,副产的蒸汽用于除氧器热力除氧后还有大量剩余,全部送至除氧器会造成带水,直接放空又污染环境和产生噪音污染。
改进措施:将剩余的副产蒸汽引入变换汽提塔中部作汽提气使用,不仅避免了剩余蒸汽的不良影响,而且减少了汽提塔对低压蒸汽的需求量。改造后对低温冷凝液进行分析,其氨氮指标控制在100×10-6以内,满足了工艺指标要求。