6.5 MPa水煤浆气化工艺特点及运行

6.5 MPa水煤浆气化工艺特点及运行
席文洪，唐卫兵［惠生（南京）化工有限公司，江苏南京210047］2008-02-04
水煤浆气化工艺在国内的发展已有十多年的历史，国内水煤浆气化工艺从压力来区分可分为4.0 MPa、6.5 MPa、8.7 MPa 3个等级，虽然从水煤浆气化的本质来讲，不同压力等级的气化工艺其工艺过程相近，但还是有各自不同的特点。

该文就6.5 MPa气化工艺的特点及运行维护方面作一总结。

1 水煤浆的制备要求
1）高煤浆浓度：一般要求煤浆浓度大于60％以上，煤浆浓度越高，生产单位有效气的比氧耗与比煤耗越低，冷煤气效率越高。

这是因为愈高的煤浆浓度，即进入气化炉燃烧室的水分愈少，这部分水分需要由液态（温度约40～60 ℃），在气化炉中变成1300～1400 ℃的水蒸气参与气化反应，此过程所需要的热量来自于气化反应，这就要消耗一定量的氧气和有效气体（CO／H2），造成氧耗上升，并使出气化反应室的总有效气含量降低，二氧化碳含量升高，有效气产量降低。

提高水煤浆浓度的措施：煤浆的成浆性能与多种因素有关。

经过研究发现：煤的形成年代越短，煤的内水含量越高，煤的可磨指数越低，制浆的难度越大，越不易制取高浓度的水煤浆。

同时，合理的煤粒级配，优质的添加剂也有助于提高煤浆浓度。

所以，制浆的关键在于煤的有关性质及添加剂的选取。

2）较高的稳定性：水煤浆是液固两相不稳定混合物，极易发生液固两相分层，假如在生产实践中发生分层现象，将会堵塞管道，或造成煤浆泵不打量，严重影响生产。

为了提高煤浆的稳定性，在水煤浆的制备过程中添加了一种由多种活性组分组成的添加剂，从而改变了煤粒的亲水性，增加了煤浆的稳定性，降低了煤浆的黏度。

对于某一种特定的煤而言，煤浆黏度越高，煤浆的稳定性越高，但相对而言煤浆输送功耗越大。

所以，一般控制水煤浆黏度在0.8～1.2 Pa·s。

3）合理的不同粒径的煤粒级配：水煤浆是由处于不同粒径范围的不同煤粒所组成的，煤粒的组成对于煤浆的性质和稳定性都有影响，煤浆中小粒径的煤粒所占比例过大，煤浆浓度将会降低，相应煤浆的稳定性将会提高。

反之，煤浆的浓度会有所提高，但稳定性会降低，同时，气化效率会降低。

所以，合理的煤浆粒子级配就是不同大小的粒子能够相互填充，减少煤粒间的空隙，达到理想的充填效果。

改变煤浆的粒子级配可通过调整磨机中的磨棒配比来实现。

4）正常运行中的维护：制浆系统是水煤浆气化的源头，煤浆的品质直接关系着气化工序的能量消耗和有效气产量，所以，制浆系统的日常维护非常重要。

日常维护的内容包括以下方面：①定期分析煤浆的粒度，根据粒度分布添加磨棒；②定期拆检添加剂泵，添加剂泵经常会出现进出口堵塞现象，导致不打量，需要定期进行维护；③定期检查磨棒及衬板，将小于φ50 mm的磨棒检出，将断棒及时捡出，以免损伤衬板。

2 气化系统配置及操作维护
1)灰水系统配置的选择：目前国内6.5 MPa水煤浆气化已经运行的厂家有4家，最长的运行时间已达10a以上，运行中暴露出来的问题已经基本得到了解决，表1是国内6.5 MPa水煤浆气化厂家总体工艺配置对比。

从上述厂家灰水系统的工艺配置可以看出，在6.5 MPa水煤浆气化工艺中，3台气化炉配备1套灰水处理系统是不能保证长周期运行的，所以，惠生（南京）项目采用2套灰水处理系统，1开1备，经过半年多的运行效果良好。

2）开工冷却器的设置：6.5 MPa气化工艺由于系统压力较高，气化炉和洗涤塔排水温度较高（240 ℃左右），所以，设置了开工冷却器。

作用是在气化炉开车或灰水闪蒸系统发生故障时，将气化炉和洗涤塔排水切向开工冷却器，降温后灰水排往沉淀池。

工艺流程如图1。

4.0 MPa气化工艺大多没有设置开工冷却器，而采用在开车时将气化炉和洗涤塔排水切往真空闪蒸塔的方法。

因为所排灰水温度较高，就会造成真空系统工况波动，给系统操作带来困难。

同时，在正常运行过程中，假如闪蒸系统出现大的故障而需要系统短时停车检修时，气化系统就要停车。

另外，气化炉和洗涤塔排水采用2个可切换的减压角阀，正常情况下1开1备，采用2级减压方式，降低了进闪蒸系统减压角阀前的压力，延长了减压角阀的使用寿命，同时保证了运行安全。

3）关于闪蒸系统设置：灰水闪蒸系统的功能一是回收灰水所携带的热能；二是灰水的净化和回收再利用。

气化炉和洗涤塔排放灰水送到闪蒸系统后，经过高低压闪蒸将溶解在灰水中的气体释放出来，通过换热器回收热能，然后经过真空闪蒸系统，将灰水温度降低，随后送入沉淀池；灰水中所含有的绝大部分灰分沉淀后，比较洁净的灰水被送往气化系统循环使用。

在国内已运行的水煤浆气化装置中，有采用3级闪蒸（即1级高压闪蒸，1级低压闪蒸，1级真空闪蒸）、4级闪蒸（即1级高压闪蒸，1级低压闪蒸，2级真空闪蒸）2种工艺，惠生（南京）项目选用4级闪蒸工艺。

其特点是：采用2级真空闪蒸（上塔真空度69.56 MPa；下塔真空度78.01 MPa）后，进入沉淀池的灰水温度较低（≤45 ℃），这样灰分的沉降速度
较快，出沉降槽的水质较好。

气化系统结垢速度变慢，有利于整个气化系统的长周期运行。

表2是惠生（南京）项目的灰水分析结果。

从表2数据可以看出，灰水中悬浮物含量基本保持在200 mg／L以下，pH值较低，碱度也较低，从而使气化系统设备管道结垢趋势减弱。

4）系统用煤和操作氧煤比的选择：水煤浆气化需要液态排渣，要求煤的灰分含量较低（≤12％），T4温度低于1250 ℃，熔融态灰渣的运动黏度小于40 Pa·s；选择煤种必须结合灰熔点温度和灰渣的运动黏度综合考虑才能够确定。

对于某一个煤种来讲，有一个最合适的操作温度。

选择气化炉操作温度的原则：在保证气化炉顺利排渣的前提下，尽可能降低气化炉操作温度。

气化炉操作温度愈高，熔融态灰渣的运动黏度愈小，愈有利于煤渣的顺利排放，但是，气化炉操作温度愈高，耐火砖的损耗愈大，氧耗愈高，工艺气中二氧化碳含量愈高，有效气产量愈低，图2是2种煤灰粘温特性曲线。

从上述2条曲线可以看出，对于水煤浆气化用煤，A煤种优于B煤种。

对于A煤种，操作温度点在5左右，即操作温度在1350～1400 ℃；对于B煤种，操作温度点在6左右，即操作温度在1450～1500 ℃左右。

在实际操作中，操作温度一般高于T4温度50～100 ℃。

根据不同煤种在国内6.5 MPa水煤浆气化厂家的使用情况来看，神华系列煤优于华亭煤。

5）关于日常维护：6.5 MPa水煤浆气化系统的稳定运行取决于下列因素：①低灰熔点的合格原煤；②稳定高浓度的水煤浆；③合适的操作温度；④闪蒸系统的操作状况及灰水水质。

闪蒸系统的操作状况直接影响着送入气化系统的灰水水质，如果工况较差，那么进入气化系统的灰水水质将较差，将会引起气化系统管道容器结垢加速，从而缩短整个气化系统的长周期运行时间。

在日常维护过程中，气化炉排渣的状况也是判断气化炉运行工况的一个重要方面。

正常情况下，当操作温度较高时，气化炉排出渣的颗粒会较小，没有大块的渣出现。

如果排出的渣出现大块或者颗粒明显较大时，就表明气化炉炉温太低，需要提高炉温操作，否则会造成气化炉下渣口堵塞。

假如已经出现气化炉下渣口堵塞时，就需要提高操作温度，将堵塞的渣融化，但不能提温太快。

3 结束语
6.5 MPa水煤浆气化在国内已经工业化应用了10年多时间，工艺设备各个方面都已经进行了完善，各个厂家的运行情况不同，对某些问题的看法也不一定完全一样，希望通过总结交流促进国内煤气化的技术进步。