螺旋板换热器
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几种德士古气化渣水系统的技术评价点击：1697 日期：[ 2014-04-26 21:35:56 ] |
| 几种德士古气化渣水系统的技术评价 王建军1,王 林1,张 亮2 (1.贵州开阳化工有限公司,贵州开阳 550300; 2.兖矿鲁南化肥厂气化分厂,山东滕州 277527) 摘 要:针对国内4家采用德士古水煤浆加压气化装置渣水处理系统的运行现状,从工艺流程、装置特点、存在问题、改进措施等方面进行了分析和对比;对渣水处理装置进行了综合技术评价,提出了相关改进措施和建议。 关键词:德士古水煤浆加压气化装置;渣水处理系统;黑水;灰水;闪蒸 中图分类号:TQ113. 251 文献标识码:A 文章编号:1004-8901(2007)03-0030-04 自从德士古第1套水煤浆加压气化装置在鲁南化肥厂投料开车以来,国内近十几年又陆续建设了十多套水煤浆加压气化装置,均已取得成功运行经验。德士古气化渣水系统包括黑水处理与灰水循环。黑水为气化炉、洗涤塔或水洗塔、热水塔去闪蒸装置的水。灰水为黑水澄清处理后的清水。渣水系统运行得正常与否,直接影响到整个系统能否长期安全稳定运行。国内各厂的渣水系统经过不断革新和改造,运行已趋稳定,但仍然存在着不少问题。笔者拟通过对国内几种德士古气化渣水系统工艺流程和运行情况的对比,对渣水处理装置的改进效果进行技术评价。 1 鲁南化肥厂渣水处理系统 1. 1 工艺流程 兖矿鲁南化肥厂德士古水煤浆加压气化装置于1989开始建设, 1993年4月投入试生产, 1995年全面投产。2001年12月鲁南化肥厂又新增全部国产化的第3台气化炉。气化炉运行方式改为2开1备,同时配套增设第2套闪蒸系统。2004年新增第3套闪蒸系统,达到了3台气化炉配置3套闪蒸系统运行。 该装置早期运行中存在气化炉和洗涤塔带水、黑水系统堵塞和磨损、灰水系统结垢等问题,严重制约系统的连续稳定长周期运行。黑水系统的运行周期一般为3~6个月,经过不断改造,气化系统运行非常稳定,备用的闪蒸系统投入后,极大地缓解了黑水系统对主系统连续运行的影响。渣水系统工艺流程见图1。 1. 2 装置特点 该灰水处理采用三级闪蒸,高压为0. 71 MPa,中压为0. 20MPa,真空-0. 055~-0. 065MPa。这套灰水处理系统是国内最早的装置,有多年生产运行经验,操作比较熟练。该装置主要缺点如下。 (1)因闪蒸罐气相(废气)直接火炬排放,开停车过程中压力和液位(闪蒸罐)比较难以控制。 (2)系统结垢严重。该系统使用的大多为U型管换热器,运行周期短,一般检修后只能运行3个月。换热器列管堵塞比例高达2/3,闪蒸罐清理难度大。由于罐内汽液分离器短时间无法清理彻底,被迫拆下清理,导致检修周期过长。 (3)管道和阀门更换频繁,检修费用较高。 2·渭化渣水处理系统 渭河煤化工集团有限公司采用6. 5 MPa水煤浆加压气化技术的大型化肥装置于1992年3月开工建设, 1996年5月生产出尿素产品, 1997年正式进入生产运营阶段, 2000年生产达标, 2001年实现盈利。 2. 1 工艺流程 渭化渣水系统工艺流程见图2。从气化炉和碳洗塔排出的高温黑水减压后进入高压闪蒸器,闪蒸出大部分溶解的合成气,含尘液体再经低压、真空闪蒸被浓缩后进入澄清槽,水中加入絮凝剂使其加速沉淀。澄清槽底部的细渣浆经泵抽出送往过滤机给料槽,由过滤机给料泵加压后送至真空过滤机脱水,渣饼由汽车运出厂外。高压闪蒸器闪蒸出的高压气体经过灰水加热器回收热量之后,通过气液分离器分离冷凝液,然后进入变换工段汽提塔。 低压闪蒸器闪蒸出的低压气体温度约120℃,直接送至洗涤塔给料槽作脱氧热源。真空闪蒸出的气体,经真空闪蒸冷凝器冷凝后由蒸汽喷射泵及真空泵抽出进入分离器,气体放空,冷凝水可作为系统水。澄清槽上部清水溢流至灰水槽,由灰水泵送至洗涤塔给料槽,少量灰水排往废水处理系统。 2. 2 装置特点 气化灰水处理采用四级闪蒸,能更有效地闪蒸出黑水中的酸性气体,黑水被浓缩,加入絮凝剂更有利于黑水沉降。但该工艺流程过于复杂,增加了设备投资。闪蒸汽进入变换工段汽提塔,不再采用火炬排放,有利于环境保护。 3·淮化渣水处理系统 2000年淮化公司建成投产了1套18万t/a合成氨, 30 t/a尿素的生产装置,其中气化部分采用美国德士古公司的水煤浆加压气化工艺,是国内继鲁南化肥厂之后投运的第4套水煤浆加压气化装置。装置包括2套磨煤系统、3台气化炉系统和1套灰水处理系统。气化炉为2开1备,气化压力为4. 0MPa,产气能力(H2+CO)为1 264 km3/d。 该装置运行时间已近4年,其间对系统进行了大小几百项技术改造,并成功地进行了义马煤中配入华亭、北宿、新河煤及石油焦的试烧工作,并创造性地参烧了淮南、关桥精煤,于2003年达到了设计能力。淮化渣水系统工艺流程见图3。渣水处理装置存在的问题及实施的改进措施如下。 3. 1 碳洗塔带灰、带水及改进 气化装置自开车以来一直存在着碳洗塔带灰、带水等问题,表现为:①碳洗塔阻力上升较快,运行1个月左右阻力就增至0. 2 MPa以上,停车检查发现除沫器结灰严重,说明除沫器堵塞是碳洗塔阻力上升的主要原因;②后工序变换炉之前的煤气分离器分离的冷凝液量较多,灰随合成气带入变换炉,影响变换触媒的活性,降低了触媒的使用寿命;③变换系统阻力上升较快,运行3个月时间阻力增加到0. 3 MPa以上,迫使系统停车处理,严重影响了系统的经济运行。该厂德士古气化装置设计运行灰分为14. 78%,而自运行以来煤的灰分均在20%左右。煤灰分条件改变,而系统中影响洗涤因素的参数却未做相应调整,使激冷室、碳洗塔洗涤水中的灰含量增加,影响了洗涤效果。合成气中的灰含量增高,造成碳洗塔、变换系统阻力上升。 针对以上问题,并根据实际工况,进行了以下改进:①调整系统与洗涤有关的工艺运行参数;②对碳洗塔进行相应的改造。改造后效果明显,基本上解决了带灰、带水问题。 3. 2 灰水处理系统存在问题及改进 灰水系统采用二级闪蒸,流程简单,操作方便,且气化炉排黑水和碳洗塔排黑水分开进高压闪蒸罐,很好地解决了气化炉和碳洗塔因共用同一黑水排放总管而使碳洗塔黑水管线堵的现象。 灰水系统存在的问题是:①闪蒸罐及管壁出现结垢;②真空闪蒸除沫器堵塞严重,操作不稳定时,壁垢脱落堵塞管道或卡住阀门。这些问题导致闪蒸罐的液位提高进入换热器,使换热器效率变差,灰水质量下降,影响系统的稳定运行。一般运行个月就须停车对闪蒸系统清理。改进的措施是充分利用开工冷却器的处理能力,做到系统不停车直接清理闪蒸系统。开工冷却器只是在开、停车时使用。在气化炉温度、压力未正常之前,黑水冷却后直接用泵送入沉降槽,温度、压力正常后再返回闪蒸。这样当灰水处理系统出现堵塞时,可把系统的黑水全部排入开工冷却器,为灰水处理系统留出检修清理时间,检修完毕后黑水重新返回。 4·国泰化工渣水处理系统 国泰化工有限公司煤气化装置于2005年7月建成投产,采用新型四喷嘴对置气化技术,气化炉操作压力为4. 0 MPa, 2台气化炉, 2套渣水处理系统。蒸发热水塔的操作压力为0. 45MPa,真空闪蒸罐的压力为-0. 07~-0. 08MPa,蒸发热水塔分为黑水闪蒸室和填料塔。 4. 1 新型洗涤冷却室结构 运用交叉流式洗涤冷却水分布器和复合床高温合成气冷却洗涤设备,既强化高温合成气与洗涤冷却水间的热质传递过程,又很好地地解决了洗涤冷却室带水、带灰、液位不易控制等问题,并使合成气充分润湿,有利于后续工段进一步除尘净化。 4. 2 分级净化式合成气初步净化工序 采用“分级净化”的概念,由混合器、分离器、水洗塔三单元组合,形成合成气初步净化工艺流程,即先“粗分”再“精分”,具有高效、节能的作用。混合器后设置分离器,除去80% ~90%的细灰,使进入水洗塔的合成气较为洁净,加入水洗塔的洗涤水比加入混合器的润湿洗涤水更清洁,以保证洗涤效果。表现为系统压力降低(0. 08~0. 1 MPa),分离效果好,合成气中细灰含量低(<1 mg/m3)。 分级净化的方法避免了合成气初步净化工序的堵塞问题。德士古水煤浆气化炉投料初期,附着在工艺气出口管线内壁上的垢污受热及高速气流冲刷后脱落,极易造成水洗塔出口管线堵塞。由于多喷嘴气化技术设置了分离器,灰垢被预先挡在分离器内,这样,即使分离器排水管线被堵,碳洗塔排水照样可以起到排灰作用。 4. 3 含渣水处理工序 采用含渣水蒸发产生的蒸汽与灰水直接接触,同时完成传质、传热过程。该法的优越性为:①无影响长周期运转的隐患;②回收热量充分,高温灰水与闪蒸汽温差<2℃,热效率高。在工业装置运行中已证实具有较长的操作周期和很好的能量回收效果。渣水处理系统关键设备———蒸发热水塔的操作灵活性和稳定性远优于其他渣水处理技术。 4. 4 装置特点 合成气经旋风分离器,水洗塔二级除尘、降温,有利于气体的净化。灰水系统采用二级闪蒸。结构更加紧凑,流程简便,操作简单。经过二级闪蒸,能够有效地分离出黑水中的酸性气体,节省设备投资,有利于环保。渣水系统工艺流程见图4。 5·渣水处理装置综合评价 (1)鲁南的装置与渭河的区别不大,但渭河装置的运行效果优于鲁南,主要在于低压闪蒸汽液相无换热器,高压闪蒸汽送入变换冷凝液汽提塔。 (2)淮化渣水处理装置与其他3家不同的是增设了1台开工冷却器。当渣水系统出现堵塞时,可把系统排放的黑水全部导入开工冷却器,为灰水处理系统留出检修清理时间,同时保证检修期间的安全。在疏通真空闪蒸系统管道堵塞的工作中,国内各厂都曾发生过烫伤事故。 (3)国泰化工的蒸发热水塔减少了换热器的配置,闪蒸废气去火炬,闪蒸罐压力不受其他系统的影响。1台旋风分离器与水洗塔配置,就能有效地保障粗煤气含尘量指标的稳定运行。灰水系统流程简单,易于操作,投资费用少。 (4)无论采用哪一种运行方式,目的都是为了降低合成气的灰分,以免灰分进入变换系统,避免系统堵塞现象,减少疏通管道的劳动强度,降低检修费用,从而降低单位产品成本,为企业增加效益。 (5)操作时避免炉温过低。操作人员应根据煤种变化及灰融点分析及时调整炉温,防止因烧嘴雾化效果不好而造成黑水中含碳颗粒大量增加,黏度增大,导致在设备、管道中大量沉淀,引起堵塞。 (6)严格控制出真空闪蒸罐的黑水温度,不能过高。温度过高,不利于黑水中固体颗粒的沉降,造成沉降效果差,从而使水系统在循环时夹带大量的灰颗粒,引起设备、管道的结垢堵塞。 (7)设备和管道内壁轻微结垢问题仍未得到彻底解决,还需要研究和开发更为理想的用于黑水沉降的化学药剂,进一步改善黑水的沉降效果,以便更加有效地阻止结垢现象的发生。 综上所述,对于国内引进的各种煤气化技术,要创造性地加以吸收和利用,同时注意利用各种新技术新设备来改进目前的渣水系统。因为许多问题还需要继续研究,比如:如何实现在线调整灰水的pH值,降低灰水的碱性;换热器和减压阀的选型是否合理;如何在排水量不大的情况下调整Cl-含量;对激冷水系统和黑水系统的酸洗采用哪种方式、哪几类酸进行配比既能起到酸洗效果又可减少对系统的损害。新建项目应结合国内渣水系统的运行经验,探索出可操作性强、运行更为稳定、更节能和更环保的渣水运行方式。 |
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