4.0_MPa碎煤加压气化装置煤锁气回收系统改进优化_景玮.pdf

.碎煤加压气化装置煤锁气回收系统改进优化景 玮（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁）摘 要：为提高.碎煤加压气化煤锁气回收系统的安全可靠性、节能环保性、运行经济性，探索研究了系列改进优化措施。结果表明，增设煤锁气缓冲管对煤锁充泄压进行分级处置，可提高能量综合利用程度；增设煤锁气缓冲罐，使煤锁气压缩机加压后的压缩煤气不入管网系统直接通过缓冲罐单独做充压煤气气源，减少系统总管的压力波动，利于调节变换气的成分；通过增设超重力除尘设备进一步减少了煤锁气压缩机气阀结晶和煤锁气含尘含油量，降低了压缩机故障频率；利用空分装置放空的污氮气代替低压氮气做煤锁气引射和煤仓稀释保护氮气，节省了低压氮气用量、释放了空分氧气产能。此外，在煤锁气回收系统提高自动化程度，优化多台气化炉煤锁循环排队方式，实现了煤锁和煤锁气压缩机自动化控制。煤锁气回收系统的各项改进优化措施有效提高了.碎煤加压气化装置高效节能利用和自动化控制安全化水平。关键词：煤化工；煤锁气回收；节能；安全；自动化中图分类号：文献标识码：文章编号：（）.（.，.，）：，.，.；，；，.，.：；收稿日期：.作者简介：景 玮（），男，新疆伊犁人，年毕业于石河子大学化学工程专业，工程硕士，伊犁新天煤化工有限责任公司工程师。引用格式：景 玮.碎煤加压气化装置煤锁气回收系统改进优化 煤炭加工与综合利用，（）：，煤炭加工与综合利用 .，煤锁气回收是碎煤加压气化技术中一项重要的节能减排技术。碎煤加压气化炉煤锁气从过去不经济、不环保的直接通过火炬放空的粗放型排放形式，逐渐改进为更符合国家环保和节能高效利用要求的回收再利用模式。目前，国内煤锁气回收系统的主流工艺分为煤锁气通过鼓风机引入锅炉燃烧和煤锁气通过气柜储存然后进入压缩机提压后进入粗煤气管网作为充压煤气使用。少数企业采用低温甲醇洗产品气二氧化碳通过压缩机加压后作为煤锁充压介质进行使用。也有使用氮气作为煤锁循环充压且作为保护气的泄压排放方式。煤锁气回收工艺系统虽然存在多种工艺流程且技术日趋完善，但目前仍存在一些安全风险高、设备可靠性低、节能效果低的问题。本文主要以伊犁新天煤化工有限责任公司 亿 煤制天然气项目.碎煤加压气化炉的煤锁气回收系统进行研究讨论。碎煤加压气化项目情况伊犁新天煤化工 亿 煤制天然气项目是当今世界已建成单体最大的煤制气项目。年进入试运行，年实现达产目标。煤气化技术采用赛鼎工艺包的碎煤加压气化技术，气化装置共设置 台.碎煤加压气化炉，气化炉布置在 个气化框架，分别按照 台、台、台气化炉进行设置。生产工艺流程共有 个系列，框架 台气化炉和 框架前 台气化炉对应化工第一系列生产系统，框架后 台气化炉和 框架 台气化炉对应化工第二系列生产系统。同时，每个系列各对应 套煤锁气回收系统，原设计主要设备包括每个框架 台煤锁气洗涤器、台煤锁气分离器；台 单节湿式气柜、台六列五级活塞往复式煤锁气压缩机（型号）。煤锁气回收系统采用的工艺流程主要为煤锁在加煤阶段煤锁气压力从.卸至常压，通过洗涤分离然后进入气柜进行暂存，最后通过煤锁气压缩机的压缩、冷却、分离等过程回收煤锁气送至变换冷却系统。煤锁气回收系统存在问题及原因分析.煤锁循环过程煤锁气煤尘泄漏的安全环保问题根据碎煤加压气化炉工艺特点，碎煤加压气化炉加煤方式为间歇式加煤。为维持气化炉连续气化运行，煤锁需要进行泄压、加煤、充压、上煤 步循环操作。在此过程中，根据原设计要求煤锁泄压需泄至常压，方可打开煤锁上阀和圆筒阀进行煤仓给煤锁加煤的操作。为防止少量煤锁气和煤尘溢出造成有毒可燃气体在密闭厂房空间内聚集和粉尘爆炸的安全隐患和环境污染，在煤溜槽增设了煤锁引射器，抽取后再经过煤锁气旋风分离器处理，然后释放到安全位置，同时在煤溜槽的设备设计上也设置了起超压泄爆作用的防爆筒。煤锁气和煤尘溢出泄漏主要的原因为煤锁循环过程中煤锁压力泄不尽、带压开上阀问题，煤锁下阀泄漏问题，煤尘引射效果不佳，煤溜槽及煤仓手孔护板软连接属于非密封性结构四个方面。煤锁压力泄不尽、带压开上阀问题主要存在原因包括煤锁下阀存在一定的泄漏或者煤锁充压阀有泄漏导致煤锁压力无法泄至常压；煤锁回收系统多台炉同时充泄压出现高压顶住低压导致煤锁压力无法泄至常压。煤锁下阀泄漏主要原因为煤锁上下阀采用锥阀阀门属于碰撞闭合结构。正是因为这种运动方式，密封面在运动过程中易出现和存在磕碰损伤的情况，而且每一次阀门关闭就是对该阀门的一次损伤。煤锁上下阀及煤锁上阀软密封泄漏问题比较突出。煤尘引射器效果不佳的主要原因在于引射气气量不够或者引射器长期投用，内部出现堵塞影响引射效果。造成的有毒可燃气超标和煤尘大等问题主要是由煤溜槽及附属设备密封性不严造成的。.煤锁气回收系统部分煤锁气放空和高压煤锁气压力能损失问题新天煤化工气化装置设计单台气化炉满负荷为 ，为 满 足 设 计 日 产 天 然 气 万 的生产任务要求，气化炉至少维持在 台运行、台备用的状态。根据原料煤的特性，新天所用的伊犁地区煤种为长焰煤，属于低阶劣质煤，煤质特点属于低热值、高水分、高挥发分、机械强度低、热稳定性差、有较强反应活性的煤种。单台气化炉满负荷状态下每小时平均需加煤.锁。根据原设计煤锁气泄压工艺流程为气化 系列 台气化炉通过 套洗涤分离系统泄压后汇入同一根 总管。如果单系列 台气化炉运行，单系列最高需泄压 次 年第 期景 玮：.碎煤加压气化装置煤锁气回收系统改进优化，为满足煤锁气不能同时充泄压的顺控要求，煤锁需要每 排队进行循环。这与实际生产工况相冲突，往往出现多台气化炉同时打循环充泄压，再结合原设计气柜容积偏小的问题，这些导致出现高压煤锁气顶住低压煤锁气造成煤锁泄压缓慢和煤锁气突然大量泄至气柜造成气柜高料位，引发气柜安全保护联锁触发入气柜进口阀关闭，部分煤锁气无法回收通过火炬进行燃烧的情况发生。当前新天气化炉运行压力设置为.，原设计煤锁循环为一次泄压，一次性泄至常压去气柜，压缩机再将常压煤锁气进行加压做工提至变换系统压力，回收入变换系统。未实现高压煤锁气压力能的分级利用，压力能严重浪费。大大增加了煤锁气压缩机的压缩功效。.煤锁气压缩机出现碳铵结晶和压缩介质脏堵故障频发问题进入煤锁气气柜的煤锁气中除了主要的水煤气、甲烷成分外，还含有煤尘、焦油、氨氮及饱和水等物质，工艺介质成分呈气固液多相态存在，煤锁气压缩机运行的主要故障与其相关。特别是项目所在地早晚温差也比较大，夜间温度一般在 以下。煤锁气中的氨氮含量高时未进行脱除造成了煤锁气中的氨氮聚集，低温条件下压缩机做工后在气阀上形成碳铵结晶。同时由于压缩介质不纯净（含油含尘），也导致压缩机长期使用后出现轴瓦损坏、活塞环磨损、气阀易损坏等设备问题。.煤锁气回收系统自动化程度低、人工操作劳动强度大的问题由煤锁气回收系统衍生出的生产岗位主要为煤锁和煤锁气压缩（含气柜）。主要工作任务为煤锁进行循环操作和气柜料位控制及煤锁气压缩机监盘、煤锁气压缩机负荷及分离器液位手动调整。由于原设计煤锁气回收泄压系统管线管径和气柜容积偏小，气化装置满负荷状况下煤锁系统无法实现完全自动化排队循环加煤，需要对压力长期无法泄至常压和其他需紧急加煤气化炉进行手动操作。同时由于煤锁加煤自动顺控开启的判定是根据煤锁温度进行设定，不同工况下煤锁的温度会有一定的变化，这也导致煤锁自动化投入每次触发都需要根据工况设置不同的参数。这些因素都导致煤锁气回收系统煤锁未实现真正意义上的完全自动化控制。煤锁气压缩机初始设计对于打气量负荷的调整只能通过一级压缩回路阀进行现场调节，由于设计气柜容量偏小，煤锁泄压操作不均衡，经常会出现多台气化炉泄压造成气柜料位过高或者长时间无泄压煤锁气导致气柜料位偏低的情况，现场操作人员需要经常调节阀门开度，劳动强度很大。同时根据煤锁气压缩机的工作原理，常压下的煤锁气需要在各级提压后进行冷却和分离，然后进入下一级进行再压缩，而设计的各级煤锁气分离器排液均为现场手阀，需定期进行排液，这些现场操作也大大增加了现场人员的劳动强度，同时如果中控人员监盘不认真或者现场人员排液不及时会出现煤锁气压缩机带液进入气缸，严重时发生“撞缸”事故，造成设备爆炸，存在很大的安全风险。.煤锁气充压等级差压大，造成气化炉压力和煤气总管系统压力波动的问题根据原设计气化炉煤锁循环煤锁充压煤气由变换冷却系统和气化炉本体提供，一次充压到变换冷却系统相同压力.左右，二次充压由气化炉均压至炉压.。两次充压压力差过大，气化炉在均压过程中会出现气化炉炉压波动，间接影响到气化炉蒸汽和氧气入炉量波动，严重时会引起汽氧比大幅度波动，造成气化炉工况紊乱。炉压波动也会增加气化炉粉煤的带出量。同时由于一次充压来自变换系统，如果出现多台气化炉同时充压的情况，可能造成变换系统总管压力波动，引起变换炉入炉粗煤气气量的变化，造成变换气成分改变，甚至出现超标。煤锁气回收系统的优化改造.煤锁气回收系统优化改造后工艺流程煤锁气回收系统优化改造后的工艺流程如图 所示。工艺流程简述：气化炉煤锁循环一次泄压，炉压由.泄至.到煤锁气缓冲罐，然后通过二次泄压经煤锁气洗涤器、煤锁气分离器泄至常压进入气柜，气柜中暂存的煤锁气进入超重力除尘器，经过煤气水装置送来的作为煤锁气吸收剂的稀酚水除油、除尘、脱氨后，再进入 煤炭加工与综合利用 年第 期图 煤锁气回收系统优化改造后的工艺流程煤锁气压缩机，煤锁气压缩机经过五级压缩将煤锁气压力提高到与气化炉炉压基本等压状态，再送入煤锁气缓冲罐作为气化炉煤锁二次充压煤气，实现煤锁在.以上的充压操作。煤锁的一次充压煤气改为先利用煤锁气缓冲管中.的泄压煤气进行充压，为避免气化炉出现同时充压或者长时间未充压造成煤锁气缓冲罐超压或缺气无法稳定煤锁气压缩机出口压力的问题，在原设计系统上增加了煤锁气缓冲罐压力高低联锁，在缓冲罐压力高时通过 阀向变换系统送气，压力低时变换系统可通过 阀向煤锁气缓冲罐补气的操作进行煤锁气压缩机压力稳定的调节。最后通过气化炉本体三次均压打开下阀，实现煤锁整个加煤操作。.煤锁气回收系统的节能环保优化改造优化改造后的煤锁气回收系统在 个气化框架上分别设置 根 的缓冲管线，再分别用 管线进行联通。优化煤锁充泄压工艺流程，充分利用煤锁泄压产生的高位压力能，改变原有充泄压方式，使其都经过煤锁气缓冲管进行压力分级利用。初步核算，每年可节约煤锁气回收压缩功耗资金约 万元。同时通过增加煤锁气缓冲罐实现了将煤锁气压缩机提压后的回收煤气独立出变换冷却系统，并且可进一步提高二次充压煤气压力，解决使用回收的煤锁气进行充压时造成的大系统压力波动和气化炉均压压差大造成的气化炉压力波动问题。从而从工艺流程上解决了因压力波动造成的系统或气化炉运行的工艺影响。对于日益严格的国家环保政策要求，煤锁气引射器引射介质也由空分所产低压氮气或者污氮气进行替代，放空方式也由传统设计直接放空改为进火炬进行燃烧处理。极大提高了煤锁气回收的环境效益。同时日常使用空分所产污氮气，一定程度上可解决原设计存在受整个公用系统生产平衡影响所用引射介质不足造成的问题。减少使用的空气和低压氮气，一定程度上也可提高空分装置氧气的产品量。污氮气的抽出也有利于空分精馏塔上塔及粗氩塔工况稳定，减少氮塞频次。设备方面也将煤锁防爆筒由框架内改造至框架外以及定期对煤锁气引射器进行清理，增加框架内部轴流风机增大通风置换，并且对煤溜槽的非密封性设计改变其连接方式，增加其密封性。这些改造优化进一步改善了现场煤尘量大，有毒可燃气报警频繁的环境问题。.煤锁气回收系统的设备安全可靠性优化针对煤锁气压缩机因为压缩介质特点所造成频繁故障的问题，在煤锁气压缩机进口前将原来的工艺系统上的入口 型过滤器拆除，优化为超重力除尘器，在此设备中对暂存气柜的煤锁气进行除油、除尘、脱氨。同时针对煤锁气压缩机容易出现的碳铵结晶问题，对超重力除尘器使用的洗涤水由原设计的 脱氨水更改为 的稀酚水，增加氨水的溶解度，同时控制稀酚水总氨含量指标 以下。除此之外，对气柜水封进行定期置换和含氨量分析，水封补水也由煤气水分离装置 个系列 不接收氨凝液返水单独供应，降低低压喷射煤气水中总氨含量。这些除尘、除氧、脱氨措施极大提高了煤锁