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兖矿国泰化工有限公司2010年5月兖矿国泰新型气化炉运行情况总结国泰公司简介：兖矿国泰化工有限公司是兖矿集团为了调整产业结构，与美国国泰煤化控股有限公司合资建设的大型煤化工企业。国泰公司采用煤、电、化多联产生产工艺，项目中含有两项国家“863”课题研发及多项自主创新技术，一期工程投资30亿元，生产能力为年产20万吨醋酸、24万吨甲醇、联产71.8MW发电。采用法液空的空分装置(单套6万Nm3/h)，液氧内压缩流程，汽轮机拖动空压机和增压机；煤气化采用多喷嘴对置式水煤浆气化技术；气体净化采用耐硫变换、NHD脱硫脱碳；甲醇合成采用华东理工大学的绝热管壳式合成技术，双塔并联；硫回收采用克劳斯+还原—吸收工艺；冷冻站采用氨吸收制冷工艺；发电采用中低热值燃气轮机联合循环发电技术。一期装置于2003年6月开工建设，2005年10月试生产，通过近5年的技术改进和优化运行，一期装置现已达到年产30万吨甲醇和30万吨醋酸的产能。二期工程于2007年8月开工建设，设计产能为30万吨醋酸和10万吨醋酸乙脂，项目利用一期富余的煤气，采用变压吸附工艺制备一氧化碳气体，利用低压羰基合成技术生产醋酸和醋酸乙脂，该装置于2008年年底试车，目前，整个生产能力已达到60万吨/年醋酸、30万吨/年甲醇、15万吨/年醋酸乙脂的生产能力。气化装置简介:兖矿国泰化工有限公司气化装置采用多喷嘴对置式水煤浆气化技术，建设三台日处理精煤1000吨的气化炉，二开一备，气化炉的直径为3.4米，操作压力为4.0MPa。氧气和煤浆经四个工艺烧嘴喷入气化炉，在炉内进行部分氧化反应，生成粗煤气和熔渣。粗煤气经气化炉洗涤冷却室、混合器、旋风分离器、水洗塔除尘后，送下游甲醇、燃气轮机、变压吸附装置；气化炉内反应产生的熔渣经冷却固化后经锁斗排出系统；洗涤产生的黑水经减压闪蒸、热量回收、真空闪蒸，沉降后循环使用。装置整体运行情况：兖矿国泰化工有限公司气化装置于2003年8月开工建设，2005年4月转入调试、水循环联动试车阶段；B#气化炉于2005年7月21日一次化工投料成功，2005年10月后序装置全部建成，10月17日生出合格甲醇，进入正常生产阶段；2005年12月通过了由中国石油和化学工业协会组织的168小时现场考核。2007年全年双炉运行6808.5小时，单炉运行1385.8小时；2008年全年双炉运行6514.6小时，单炉运行1689小时(受全球金融危机的影响，系统减量运行)；2009年全年没有因为气化系统原因造成全厂减量生产，单炉运行最长周期为98天。目前，兖矿国泰公司的气化炉已稳定运行(单炉计)61800余小时，由于受后系统负荷的限制，单台气化炉日投煤量在920~950吨左右，每小时生产有效气(CO+H2)约130kNm3。工艺烧嘴使用情况：多喷嘴对置式水煤浆气化炉有四个工艺烧嘴同时运行，每一个烧嘴出现故障都将使气化炉停车。在气化炉运行初期，工艺烧嘴冷却水盘管泄漏及水室端盖龟裂，导致烧嘴寿命较短，平均寿命只有20多天。07年底以前，因气化系统自身原因造成的停车中，工艺烧嘴损坏造成系统停车的比例约占到50%，严重制约了气化装置的安全稳定运行。2006年上半年，烧嘴盘管蚀损严重，端面易出现龟裂现象2006年上半年使用的烧嘴，未做头部保护，烧嘴冷却水盘管处有大量凝渣，致使烧嘴拆卸时盘管频繁被拉坏。为延长工艺烧嘴的使用寿命，国泰公司成立了烧嘴攻关小组，从安装、设计方面对工艺烧嘴进行了技术改造，经过3年多的努力，工艺烧嘴寿命已达到稳定使用80天以上水平(2009年烧嘴平均使用寿命72天)，最长使用周期为121天。因烧嘴原因单炉停车次数也逐年降低(2007年9次、2008年5次、2009年1次)。工艺烧嘴使用周期不断延长，因烧嘴原因造成气化炉停车的次数不断减少。但由于整个甲醇系统运行越来越稳定(一般可运行半年以上)，工艺烧嘴依然是影响系统长周期稳定运行的因素。烧嘴使用62天后拆下，头部保护套较完整使用62天后冷却水盘管光洁如新耐火砖使用情况：由于国泰公司气化炉是第一台大型多喷嘴对置式气化炉，气化炉拱顶的长径比设计偏小，再加上运行经验不足，气化炉开车初期，拱顶砖蚀损较快，使用寿命较短。在多喷嘴对置式气化炉试生产的半年时间内，气化炉拱顶耐火砖寿命只有1000小时左右，耐火砖使用后期出现气化炉拱顶超温现象，被迫停炉换砖，气化炉拱顶耐火砖寿命短一度成为制约甲醇系统安稳长满优运行的主要因素。另外，拱顶耐火砖更换的检修周期约40天，频繁更换也增加了维修费用。2006年第二季度开始，原型设计的A/B#气化炉拱顶砖寿命有了大幅提高，拱顶耐火砖蚀损快的问题已得到基本控制，并且使用寿命逐渐延长，也再未出现因拱顶大面积超温而造成气化炉停车的现象，拱顶砖使用寿命多数已超过4000小时。09年3月投用的A#气化炉拱顶砖创造了6300小时的新纪录，目前B#气化炉拱顶砖已突破5000小时。改造后的第三台气化炉在设计时增大了拱顶的长径比，随着第三台气化炉逐步稳定，预计拱顶耐火砖寿命可以突破7200小时。根据多喷嘴对置式气化炉内流场分布规律，多喷嘴对置式气化炉筒体砖多数处于折返流及管流区，耐火砖的蚀损较低。筒体耐火砖分为筒体中部砖和筒体下部砖，筒体中部砖约占砖总量的40%，筒体下部砖约占砖总量的30%，筒体中部耐火砖冲刷较筒体下部耐火砖较重。国泰公司开车至今约5年，A/B#气化炉各更换一次筒体中部耐火砖，更换时筒体已累计使用2万余小时；从筒体下部耐火砖测量的数据推算，筒体下部砖预计仍可使用一个周期，即筒体下部耐火砖预计可使用4万小时。A炉拱顶砖使用6300h后，表面冲刷较均匀原料煤使用情况：煤质稳定是气化炉稳定运行的关键，直接影响着耐火砖及工艺烧嘴的使用寿命。国泰公司在08年以前以北宿煤为主，掺烧40%的神木等煤种。由于受原料的限制，煤质波动较大，煤的灰熔点经常超过1300℃，煤的灰份在7~13%之间波动，为了能够顺利排渣，气化炉维持高温操作，高温操作一方面加剧了耐火砖的蚀损，降低了煤气中的有效气含量，另一方面气化装置的水质波动较大。08年以后以灰熔点较低的神木煤为主，掺烧20~30%的其他煤种，气化炉耐火砖寿命和烧嘴运行周期都大大延长，实现了安全、稳定、长周期的要求。多喷嘴对置式水煤浆气化技术优势总结一、有效气体成分高，煤的综合利用率高：影响煤的综合利用率的因素较多。工艺(炉型)确定后，气化炉的操作炉温(受煤的灰熔点影响较大)、入炉煤浆粒度分布、工艺烧嘴的雾化效果、物料在炉内停留时间等成为主要因素，其中烧嘴的雾化效果和物料停留时间影响较大。多喷嘴对置式气化炉采用预膜、外混式三通道烧嘴，三股物流射出喷嘴，煤浆的内外侧为高速流动的氧气，氧气通过高速剪切、振动等方式使煤浆雾化实现初级雾化，初级雾化的物料相互撞击形成二次雾化，避免了部分物料从烧嘴口直接到渣口现象的发生，增强了雾化效果，提高了物料在炉内停留时间，增强了气化炉内介质的传质传热，有利于气化反应的进行，煤气中的有效气成份高、渣中可燃物含量低。国泰公司在06年全烧北宿煤时，煤气有效成份最高达到～85.6%(对应煤浆浓度为～62%，煤的热值为～27MJ/kg)；由于受原料限制，08年后逐步掺烧神木煤，在煤浆浓度59~60%的情况下，合成气有效成份维持在～82.5%以上，比相同工况下的单喷嘴气化炉有效气成份高2~3百分点，而渣中可燃物一般低于8%，较相同工况下的单喷嘴气化炉低7~12百分点。在甲醇生产中，原料煤的成本占总成本的70%左右。多喷嘴对置式气化炉由于有较高的碳转化率和有效气成份，吨甲醇耗煤同比低5%左右，煤的综合利用率高于已成功运行的其它炉型。二、煤气分程除尘，效果显著：气化炉出口的粗煤气含有较多的飞灰，由于飞灰亲水性较差，很难被润湿增重从而依靠重力实现固液分离。根据粗煤气的这一特点，国泰公司粗煤气净化采用分程除尘方式。高温煤气经洗涤冷却室冷却降温除渣后进入混合器，在混合器内和水充分接触后，经旋风分离器分离较大的固体颗粒，再在水洗塔内进行二次洗涤。采用这种分程除尘方式，可确保煤气的洗涤效果，防止煤气带灰进入变换炉，影响变换催化剂寿命，增加变换炉阻力。国泰公司第一炉变换催化剂2005年10月投入使用时的变换炉阻力为0.02MPa，到2009年10月更换时，床层阻力仅增加到0.045MPa。和国泰公司同期投产的某公司单喷嘴水煤浆气化装置，水洗塔带灰严重，造成变换催化剂因床层阻力增大被迫更换。此外，由于采用分程除尘，入水洗塔的合成气含尘量较少，使水洗塔洗涤水中含固量大幅降低，从而保证气化炉激冷水的质量，可有效防止激冷环内结垢堵塞现象的发生。国泰公司的激冷环从未出现因激冷环结垢或激冷水流量降低的现象，激冷环和下降管使用时间达到25000小时，明显高于其它煤气化技术。三、高效的热回收系统：多喷嘴对置式气化技术采用直接换热式废热回收工艺。从气化炉、旋风分离器、水洗塔出来的三股黑水减压后进入蒸发热水塔蒸发室，黑水在蒸发室进行闪蒸，闪蒸出的水蒸汽通过上升管进入蒸发热水塔上部热水室填料层，与低压灰水直接换热，低压灰水被加热返回系统循环使用。国泰公司采用的蒸发热水塔回收热量技术，闪蒸汽和灰水温差小，热回收效率高。另外蒸发热水塔填料层运行周期较长，运行以来没有由于蒸发热水塔填料进行过停炉检修，填料清理比较简单，填料卸出后经过简单的机械清理即可重新使用。四、特有的带压联投技术由于多喷嘴对置式气化炉的两对烧嘴有各自独立的控制系统，在气化炉运行过程中一对烧嘴因非烧嘴因素停止运行后，另外一对烧嘴可以正常工作维持后系统的生产。停止运行的一对工艺烧嘴通入高压氮气进行保护，在线消除停车故障后，在高压下进行投料恢复正常生产。根据国泰公司的运行现状，每成功实施一次带压连投就可为公司减少几十万元的损失。根据有关部门的统计，80%的事故发生在系统开停车过程中，带压联投技术避免了后系统开、停车，大大减轻了操作、维修人员的劳动强度，在一定程度上避免了事故的发生。五、长寿命的高温热偶：多喷嘴对置式水煤浆气化炉的流场决定了气化炉高温热偶寿命较长，国泰公司现在使用的热偶平均寿命一般≥3个月，为及时监控、调节气化炉提供了重要的参考依据。长寿命的高温热偶对新投入运行的生产厂家尤其重要，可大大缩短了操作人员掌握气化炉运行规律的时间，有利于装置的安全稳定运行。六、环保压力小：由于多喷嘴对置式气化炉碳转化率高，渣中含碳量低，气化渣和滤饼粘度低，更容易进行渣、水分离，有利于现场的清洁管理，真空过滤机排出的滤液可全部用来研磨煤浆，从而有效减轻环保的压力。现在国泰公司气化装置在保证水系统正常浓缩倍数的情况下，每吨煤产生的废水量约为0.5吨。由于经过高温反应，排水中有机污染物、氨氮等含量较少，因此对污水处理工艺要求也较低，经过常规处理即可以实现达标排放。七、更适合大型化生产：多喷嘴对置式水煤浆气化炉在一水平面上布置四只烧嘴，单只烧嘴的分担的能力相对较小，每只烧嘴按照500吨的负荷设计，即可达到2000吨的处理能力。单喷嘴气化炉只有一只工艺喷嘴，加大生产能力需要增加烧嘴间隙，较大的烧嘴间隙影响雾化，采用更多流道的烧嘴还需要经过工业化的验证，短期内单喷嘴气化炉提高气化负荷受到限制。八、无波动倒炉：国内的甲醇、合成氨厂的空分装置一般都有富裕，但富裕量不足维持一台气化炉低负荷运行。国泰公司根据多喷嘴对置式气化装置的特点，提出了甲醇系统无波动倒炉的概念并成功实施。无波动倒炉是在带压联投基础上开发的一种新的运行方式，在该技术开发成功前气化倒炉时都要先停后开，后系统50%负荷运行，波动较大，有时会造成后系统切气停车，整个过程需要8个小时。2009年3月国泰公司首次实施无波动在线倒炉，倒炉时先开后停——即先将即将投入运行的气化炉一对烧嘴投料、升压，并入系统运行，然后将需要停车的气化炉一对烧嘴停车，再将要运行气化炉另一对烧嘴带压联投并入运行，最后将需要退出的气化炉的另一对烧嘴退出。整个过程前后系统基本没有波动，期间系统负荷波动也较小，实现了系统的稳定运行。结束语：兖矿国泰化工有限公司多喷嘴对置式气化炉经过近5年的生产运行考验，从当初业内的怀