延长水煤浆气化水系统运行周期方法探讨

贾 喆，潘进平，许 明，胡 楠

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗 154100）

延长水煤浆气化水系统运行周期方法探讨

贾 喆，潘进平，许 明，胡 楠

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗 154100）

针对中海石油华鹤煤化有限公司GE水煤浆气化系统用煤的特殊性，以及灰石添加对水系统的影响，对水系统进行改造和工艺调整，制定合理的工艺控制指标。就水系统的优化，延长生产长周期的方法进行分析与研究。

石灰石；硬度；工艺改造；工艺调整；水源分配；结垢

中海石油华鹤煤化有限公司30万t合成氨52万t大颗粒尿素项目选择美国GE能源水煤浆加压气化技术，气化压力6.5MPa（G），四级闪蒸流程。设计为三台气化炉，两开一备，另外一台气化炉在运行炉出现故障时可以及时投入使用，保证生产连续性。鹤岗地区煤质具有优异的成浆性能，为水煤浆加压气化技术提供了有力的支撑，煤浆浓度正常运行时浓度为65wt%，气化有效气（CO+H2）达到85%，CO含量47%，H2含量38%，均达到为同行业较高水平。其中比氧耗401，比煤耗599，吨煤产变换气2.86km3（标）。GE水煤浆加压气化技术操作压力高，为后系统系统压缩工段节约了大量能量。使用双软管式高压煤浆泵进料，与粉煤气化气力输送相比，高压煤浆泵运行更稳定，性能更可靠，输送压力更高，稳定的给料系统也是GE水煤浆加压气化技术运行可靠的主要因素。中海石油华鹤煤化有限公司自投料生产以来，经过不断的工艺优化，双炉在线运行率达80%，日产合成氨1 100t，GE水煤浆气化效率高，运行稳定的优点体现明显，为公司满负荷稳定生产提供了可靠的保证。同时使用煤质灰分高（约12%-14%），助溶剂石灰石添加3%，水系统的结垢，是目前制约本公司气化装置长周期运行的主要原因。本文就优化水系统的操作，针对系统现状进行工艺改造，延长水系统运行周期进行探讨与分析。

1 运行情况描述

1）本单位由于使用的原料煤的灰熔点较高，需要添加石灰石，石灰石添加量为原料煤质量的3%，系统水质硬度在1 200mg/L到1 600mg/L，水系统结垢趋势很强，平均2 000h就进行一次物理清洗。根据运行中的摸索，本文对延缓水系统结垢趋势，延长水系统运行周期到4 000h方法进行探讨。

2）原料煤灰熔点与粘温特性曲线如表1、表2所示。

表1　

根据粘温特性曲线分析，气化炉使用原料煤需要添加石灰石为原料煤质量的3%适合操作，石灰石的添加与原煤中灰分含量较高，引起系统水质恶化是本公司亟须解决的问题。

表2　

图1　石灰石添加3%的灰渣粘温特性曲线

2 水系统存在的主要问题

1）系统水质指标总碱度与总硬度均处于高位运行，水系统结垢趋势严重。

2）系统结垢，严重制约了系统长周期运行，系统运行2000h后，激冷水管线结垢流通面积变小，激冷水过滤器内部大量积灰，激冷水泵进口堵塞导致吸入能力不足，引起激冷水泵气蚀。气化炉激冷室内积灰结垢严重，上升管与下降管堵塞，合成气偏流，影响气化炉的正常运行。

3）严重制约了系统长周期运行，清洗备炉的工作量较大且次数频繁。

3 重新优化工艺技术指标

根据实际生产情况，为延长气化装置的运行周期，计划将水系统运行周期延长到4 000h。

1）严格执行灰水控制工艺指标。灰水系统之前的控制指标以中南化工提供的为依据，有几点需要变更，总硬度由1500mg/L更改为1 300mg/L，总碱度由1 500mg/L更改为500mg/L。具体的控制指标见表1。灰水硬度如果高于1 300 mg/L，分散剂投入量必须按照1 503×10-6絮凝剂的添加。

2）变换汽提塔严格控制气提后的低温变换冷凝液的质量，保证汽提塔塔底温度不低于137℃，保证NH3-N低于150mg/L，并根据高压灰水的运行工况，碱度高于500mg/L时，氨氮需要控制的更低。

3）严格控制排水量，其中对于每生产1 000m3（标）/h有效气（CO+H2），对应排水1t本单位双炉满负荷生产时有效气（CO+H2）为88 000m3（标）/h，气化双炉满负荷生产时排水量应不低于88m3/h。

4 工艺技术改造

1）除氧器在具备条件下应配有脱盐水管线，该设计对于优化整个系统水质至关重要，对于水之源相对丰富地区的煤化工企业可以连续向除氧器加水，优化系统内整体水质。

2）将高碱度的真空闪蒸冷凝液由原设计到除氧器更改到澄清池，便于与澄清池内高硬度的水进行中和，优化水质。真空闪蒸冷凝的pH值约为9，在澄清池内会发生结垢反应，由于澄清池的容积较大，内部设有耙料器，结垢等沉积物可以由澄清池底部进入真空过滤机脱去。

3）对进除氧器的低温变换冷凝液进行改造，将该路水分配到真闪，汽提后的低温变换冷凝液进入真闪再次进行闪蒸。真空闪蒸系统具备处理一定量氨氮的能力，其可以解析出60m3（标）/h氨气，以便闪蒸系统对低温变换冷凝液进行精制处理，也有利于降低除氧器高压灰水的总碱度，除氧器补水配合脱盐水的补入，对工艺系统的水质在源头上进行优化。

5 优化分散剂性能和对分散剂加入点进行改造

1）考虑到本装置原料和水质的特殊性，以控制水质指标为前提，和供货商做相关的测试，优化分散剂的配方，对添加量和位置就目前水质情况，做进一步的深入研究，针对水质拿出有针对性的分散剂解决方案，并使用高效低磷的分散剂，降低外排水的含磷量，分散剂性能得到优化发热同时，更满足绿色环保的要求。

2）对分散剂管线进行改造，低压灰水和高压灰水泵的进口分散剂按照比例添加。低压灰水泵进口量与高压灰水泵的进口量为6：4，此处更改可以减少因低压灰水泵持续向废水处理排水对药剂添加浓度的影响。正常运行时低压灰水流量为280m3/h，去污水处理的量为83m3，改造之前约29.3%的药剂进入了废水处理，改造之后约17.7%的药剂进入废水处理，减少了去水处理的磷含量，提高了分散剂的效力，更降低了系统的结垢的风险。

6 闪蒸系统的运行管理

1）正常运行中通过提高除氧器压力的方法来为提高除氧器水温，导致除氧器顶部压力调节阀PV03309经常自动关闭，除氧器顶部无放空，导致氨与二氧化碳在无法解析，除氧器在回收热量的同时无法发挥汽提作用。为此我公司低压闪蒸罐运行压力由原0.21MPa（G）降低为0.19MPa（G），加大低压闪蒸的解析量，降低真空闪蒸的负荷。低压闪蒸压力降低后，除氧器接收的热源更加充足，除氧与汽提的效果更好，除氧器运行温度维持在112℃以上，系统热量得到很好的回收利用的同时也优化了水质。

2）增加高压闪蒸分离器出口气量，减少高压闪蒸最终冷却器的冷量。提高高压灰水加热器的流通能力，将出高压闪蒸分离器的流量提升到1 500m3（标）/h，高压闪蒸最终冷却器需要设计有调节副线，在正常运行时候，副线阀门全部打开，增加气体的流动速度，闪蒸气与高压灰水加热器的传热效果更好，提高高压灰水加热器的效率。

3）高压闪蒸分离器顶部排放气目前排放量较小时，高压闪蒸最终冷凝量很大，由于降温导致解析出的氨和二氧化碳重新冷凝。高压闪蒸器气相出口氨与二氧化碳约200m（3标）/h，温度降低会解析气会再次溶解于冷凝液中，应合理的平衡高压闪蒸最终冷却器循环水分配，控制高压闪蒸分离器顶部气量在1 500-2 000m3（标）/h，保证气体可以有效地解析，稳定系统的水质，防止氨氮在系统内部累积。

7 制定合适的总碱度与总硬度等控制指标

项目 控制指标 分析频次pH 6-8 24电导率 ≤4 700mg/L 24总溶固TDS ≤2 000 mg/L 24浊度NTU 50 mg/L 24悬浮物SS 100 mg/L 24总硬度 1 300 mg/L 24总碱度 500 mg/L 24氯离子 500 mg/L 24 COD 500 mg/L 24 NH3-N 600 mg/L 24

8 合理平衡气化炉与洗涤塔黑水循环量

通过合理的平衡气化炉与洗涤塔之间的黑水的循环量，来调节激冷室黑水pH值。本单位开车初期激冷水量为220m3/h，气化炉外排水位120m3/h，通过合成气进入洗涤塔水量为100 m3/h，该运行条件下激冷水管线结垢较快，堵塞严重，洗涤塔排水pH为6.8，气化炉排黑水pH为5.3，排水量过大导致激冷室内部酸性高，造成激冷室内部硅酸盐结垢，上升管与下降管之间硅酸盐结垢与悬浮物不断的累计，引起堵塞。根据该情况对工艺运行进行调整，激冷水量原220m3/h不变，气化炉外排水由120m3/h减小到80m3/h，合成气带入洗涤塔水为140m3/h，使气化炉内pH值较低的水大量进入洗涤塔以降低洗涤塔内水的pH值，提高气化炉激冷室内的pH值，调整后洗涤塔排水pH为7.2，气化炉排黑水pH为5.9，激冷室内硅酸盐结垢情况减缓，气化炉上升管与下降管堵塞的情况消失，气化炉运行周期延长。

9 经过改造后的水质对比分析与运行情况

表4　改造前低压灰水数据

表5　改造后低压灰水数据

10 结语

通过对水系统进行操作的优化，合适的排水量，优化系统水源的分配，药剂进行科学添加，水系统运行周期进一步的优化，中海石油华鹤煤化有限公司水系统运行周期目前为4 000h，而且还有延长的空间，解决了因原料煤灰分高和石灰石的添加而引起系统结垢造成运行周期短的问题，为公司长周期运行打下了坚实的基础。本单位通过一系列努力，克服了黑龙江鹤岗地区高寒的气候条件，克服了黑龙江鹤岗地区原料煤高灰分高灰熔点的生产条件，以上为就本公司水系统的所做的相应改造与工艺调整，望广大同仁批评指正。

[1] 黄少烈，邹华生.化工原理[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 丛德滋，丛梅，方图南.化工原理详解与应用[M].北京：化学工业出版社，2002.

Extend CWS Gasification Water System Methods of Operation Cycle

Jia Zhe，Pan Jin-ping，Xu Ming，Hu Nan

Sea Crane Coal Co.GE coal water slurry gasifi cation system particularity，and limestone addition on water system，water system transformation and adjustment process，develop a reasonable process control targets.In this paper，water system optimization method to extend the long production cycle of analysis and research.

limestone；hardness；technological transformation；adjustment process；water distribution；fouling

TQ546

A

1003-6490（2016）01-0011-02

2016-01-11

贾喆（1987—），男，辽宁沈阳人，助理工程师，主要从事气化部工艺技术监督，负责工艺技术管理工作。