水煤浆气化制合成氨技术改进

水煤浆气化制合成氨技术改进

吕运江，王延坤，黄长胜（兖矿鲁南化肥厂，山东滕州277527） 2004-07-16

兖矿鲁南化肥厂德士古水煤浆加压气化制合成氨装置，是在仅引进水煤浆加压气化技术软件包（PDP）和部分关键设备的基础上，由天津第一设计院承担工程设计的煤气化装置，装置总投资1.6亿元（气化、空分两部分），装置的国产化率90%以上。气化装置为年产80kt合成氨提供合成气，是国内第一套德士古水煤浆加压气化示范装置。经过十多年的运行，该装置年生产合成氨最高达107kt，是设计能力的134%。

该装置于1993年3月在鲁南顺利投入试生产，由于是国内第一套示范装置，工艺流程复杂，开车初期出现了一系列问题。主要存在闪蒸系统流程长，渣浆泵运行周期短，对生产现场污染严重，维修工作量大；煤种单一，煤质差，煤灰熔点高，制浆需添加石灰石，水系统部分设备和管线结垢，进而引起换热器垢堵；气化炉激冷水系统运行周期短等一系列问题。经过针对性地组织技术攻关，解决了大量生产中存在的技术难题，为国内继续引进德士古技术提供了技术支持。

1 调整原料

鲁南德士古气化设计使用高灰熔点气化煤，由于灰熔点T3＞1400℃，熔融排渣困难，必须添加助熔剂石灰石，造成制气成本上升，产品成本居高不下。为了降低生产成本，以低灰熔点煤代替高灰熔点煤，提高气化炉发气量。经过对周边矿点十几个煤样复配，寻找到了适宜的低灰熔点配方，并由两种煤复配，发展到多种煤复配，配煤取得了突破，改烧低灰熔点煤，甩掉了原设计石灰石制浆系统及添加系统，简化了煤浆制备流程，煤浆发热量增加38.4％，合成氨产量迅速增加并突破设计值，制浆运行成本降低15.9％；由于煤灰熔点降低，操作温度随之降低，延长了耐火砖的使用寿命，气化炉维修费用迅速降低。

2 简化改进闪蒸系统

2.1 闪蒸系统暴露的问题

（1）原设计三级闪蒸为高压闪蒸、中压闪蒸、真空闪蒸，三级闪蒸黑水出口在锥底。由于真空闪蒸罐与沉降槽处于同一高度，真空闪蒸罐处在－0.005MPa压力下操作，真空闪蒸罐的黑水必须通过泵送入沉降槽，泵送介质为含固渣浆，泵的输送介质差，造成泵的泄漏量大，维修难度大，维修费用高。

（2）由于采用三级黑水闪蒸流程，减压阀的阀后含渣黑水流速快，阀后短节在高速渣水的冲刷下，经常磨穿，轻则系统减量后带压堵漏，重则停车更换，严重影响了系统生产运行周期。

（3）闪蒸系统液位计渣堵或垢堵后无法确认闪蒸罐的真实液位，经常导致大量的黑水夹带在闪蒸汽中，进入各级闪蒸汽换热器，在换热器内结垢沉积，换热器换热能力迅速降低，工艺状况明显恶化。

（4）随着三级闪蒸的进行，黑水中的Ca2+、CO2－3、HCO－3等离子浓度不断浓缩，浓度逐渐升高达到CaCO3析出条件，与黑水中的碳黑颗粒结垢吸附在管道、设备内壁上，慢慢形成较厚的垢层。

每次停车、开车时，由于温度变化大，设备、管道和垢层的膨胀系数差别大，垢层在降温过程被挤压，在开车升温过程中随着温度的升高，设备、管道膨胀大，垢层脱落堆积在设备及管道的底部，造成闪蒸系统设备管道黑水出口或管道低点堵塞，无法正常生产。

以上问题的存在从经济和安全的角度综合考虑，系统改造势在必行。

2.2 闪蒸系统进行的改造

（1）抬高真空闪蒸罐，甩掉沉降槽底流泵，改变黑水出口部位，减少黑水堵塞问题。

（2）减少管线不必要的U型弯，减少了堵塞机会。

（3）减压阀后法兰、短节使用内衬陶瓷材料的短节。同时，改变冲刷部位及增设耐磨板，利用短停机会及时更换阀后耐磨板，彻底解决影响系统生产运行周期的难题。

3 操作运行方面的创新

3.1 成功地实施了不换烧嘴联投操作

原设计每次停、开车必须置换系统，倒开工抽引盲板，更换烧嘴，加插开工抽引盲板，程序复杂，停车时间一般在4h以上，停车时间长。我厂经过大量的研究论证，成功地实施了不换烧嘴联投操作，不换烧嘴联投的开车时间控制在1～2h内，我厂最快的一次联投开车仅32min，解决了更换烧嘴时间长、激冷水流量下降、浪费人力物力、对后工序影响大、系统开工率低的难题。系统不换烧嘴联投技术的突破，标志着我们对德士古气化技术的掌握已走在世界同行业前列。

3.2 实现了不停车倒换高压煤浆泵和高压煤浆泵不停车单缸退出运行

我厂德士古气化炉设计为一开一备，配套的高压煤浆泵也是一开一备。高压煤浆泵因煤浆质量问题经常出现垫缸（单缸不工作）或单缸隔膜破裂，初期必须停车。我厂经过大量的研究论证，成功地实施了运行过程中不停车倒换高压煤浆泵操作。1996年8月25日成功实现了不停车倒高压煤浆泵，减少了系统停车；2002年后成功地实现4次高压煤浆泵不停车单缸退出运行，仪表更换驱动液系统2位2通气控阀（高压煤浆泵补油延时联锁解除），这是我厂在德士古气化技术上的又一次突破。

4 设备创新进展

4.1 计算机供电系统改进

计算机供电系统采用双电源串UPS供电系统，确保系统供电安全，保证了断电时系统安全停车。

4.2 气化炉配套的高、低压煤浆泵实现国产化

高、低压煤浆泵原为引进荷兰产GEHO隔膜泵，由于煤浆泵输送的为高浓度、高粘度颗粒物料，工艺要求高，普通的柱塞泵类无法满足工艺要求，而隔膜泵我国尚未开发，为此，我厂与沈阳有色冶金机械厂、上海大隆机械厂联合，开发生产高、低压隔膜泵，通过长时间运行，沈阳有色冶金机械厂生产的低压煤浆泵性能稳定，已运行4年，各项指标与进口设备相近，上海大隆机械厂生产的高低压煤浆泵经过测试，性能也很好，计划下一步投入正式运行；同时，对原进口的两台低压煤浆泵减速机构进行了成功改造，基本完成了主要引进设备的国产化。

4.3 气化炉耐火砖国产化

气化炉耐火砖是易损材料，最初的耐火砖为进口法国砖，单炉价格600万元以上，使用寿命4300～8500h，生产成本长期居高不下，因此，耐火材料的国产化攻关成为德士古技术在我国发展的重要组成部分。

1994年我厂与洛阳耐火研究院、新乡耐火材料厂共同参加了国家八五科技攻关，经过努力，第一炉向火面耐火砖于1994年11月在我厂使用，运行达6000h以上。经过分析残砖晶间结构，基本搞清了耐火砖腐蚀、磨蚀的原因，经过不断研发，国产耐火砖的寿命可以达到13050h（拱顶、筒体砖）。

气化炉渣口砖尺寸对气化的运行参数影响较大，为了达到最佳运行的工艺运行状态，在充分论证的基础上，将气化炉渣口砖由

φ625mm缩小至φ525mm，延长了气体在燃烧室的停留时间，提高了合成气有效成分，降低了灰渣可燃物，实现了效益运行。由于锥底耐火砖与筒体耐火砖使用周期不同步，取消了锥底、筒体耐火砖间榫槽，使锥底耐火砖更换方便，砖缝质量得到保证。

4.4 工艺烧嘴的国产化

我厂最初使用的工艺烧嘴由德士古提供，每台10万美元，运行费用高，一般运行周期在45天左右；为此，我厂向科研单位学习，同时借鉴了兄弟厂家经验，改进烧嘴材质、结构，烧嘴运行最长周期达到2420h的纪录。

4.5 激冷水系统改进

气化炉激冷环堵塞问题，已成为制约气化长周期运行的首要因素。在激冷水管线上我厂进行了大量改造。

激冷环入口总管增加了一个过滤器，过滤器网孔选择直径为φ5mm，将尺寸≥5mm的颗粒阻挡在过滤器内，根据激冷水变化情况，