水煤浆气化关键设备运行问题及处理措施

水煤浆气化关键设备运行问题及处理措施

高健

内蒙古天润化肥股份有限公司 内蒙古自治区鄂尔多斯市 010321

摘要：在煤气化过程中会生成硫化物、氮化物和氯化物等腐蚀性介质，对煤气化装置的设备和管道产生严重危害，影响装置的长周期稳定运行。水煤浆气化技术已成为煤气化技术的典型代表，具有对煤种适应性强、碳转化率高和整体热利用率高等优点。水煤浆气化工艺采用煤、氧气( 或空气) 为原料，经气化反应，将其转化为 CO 和 H2为主要组分的粗合成气。

关键词：水煤浆；气化设备；运行

1、引言

水煤浆是一种应用广泛的煤基液态清洁燃料，通常由质量分数 60%~70%的煤，30%~40%的水，配合少量辅助药剂制备而得。由于其具备和石油类似的良好的流动特性和燃烧效率，在管道运输、储运以及燃烧方面体现出较强的性能，最早被视作一种高效的“代油燃料”，可替代重油应用于电站的大型锅炉，替代柴油应用于中小型燃油锅炉以及作为合成气的原料等。

2、概述

煤炭气化技术是现代煤化工的核心技术，主要有固定床、流化床、气流床气化技术。多喷嘴对置式水煤浆气流床加压气化技术因煤种适应性强、技术成熟、系统效率高等优势得以广泛应用。目前国内气化水煤浆普遍存在浓度偏低、流变性差、气化效果不理想等不足，影响了水煤浆气化炉效率，不利于企业降本增效和稳定生产。现有水煤浆浓度大都在 60% 左右，通常情况下即使将水煤浆浓度提高 0. 5% 也很困难。段清兵等结合传统制浆工艺和制浆原料性质，自主研发的低阶煤制备高质量水煤浆专利工艺技术，可将煤浆浓度提高 3%～5% 。但是此法需要另外添置设备，增加了生产成本。

在原料煤种不变的情况下，另外一种提高水煤浆浓度的方式是提高添加剂性能。水煤浆添加剂一般要求成本低、性能稳定、成浆浓度高。目前国内市场中好的添加剂产品已能满足工业生产需要，综合评价国内工业添加剂产品已经处于国际先进水平，因此通过提高添加剂性能进而较大幅度提高成浆浓度已不太可能。

3、水煤浆气化装置工艺流程

水煤浆气化装置主要包括水煤浆制备单元、气化单元、合成气洗涤单元、黑水闪蒸单元和黑水沉降单元等。

3.1、水煤浆制备单元

原煤中加入添加剂后进入磨煤机M－1001与水混合，开始磨煤，制得的水煤浆通过溢流的方式经滚筒筛脱除不符合粒度分布要求的煤粒后，进入煤浆槽T－1301，由煤浆泵提供动力送入气化单元。

3.2、水煤浆气化单元

水煤浆和气化剂(氧气)以喷射的形式进入气化炉F－1301的燃烧室，在压力为6．5MPa，温度为1300℃的条件下发生反应，生成粗合成气。在气化炉的激冷室，熔渣被冷却固化后送入锁斗V－1 305，再进入渣池V－1308;粗合成气中的大部分固体颗粒被除去后进入洗涤塔C－1301。由气化炉底部出来的黑水进入高压闪蒸罐V－1401。

3.3、合成气洗涤单元

合成气进入洗涤塔C－1301下部经过初步洗涤后，所含的大部分固体颗粒被脱除。在洗涤塔内部，合成气继续上升，与灰水、变换冷凝液进行逆流接触，经过深度洗涤后去变换工段。洗涤塔底部黑水经流量调节后去高压闪蒸罐V－1401。

3.4、黑水闪蒸单元

来自气化炉F－1301、洗涤塔C－1301的黑水进入高压闪蒸罐V－1401闪蒸浓缩。顶部的闪蒸蒸汽经过冷凝冷却后进入高压闪蒸分离器V－1405，分离出的不凝气去火炬系统，冷凝液进入灰水槽T－1401。高压闪蒸罐V－1401底部的浓缩黑水送入真空闪蒸罐V－1404继续闪蒸浓缩，顶部的闪蒸蒸汽经冷凝冷却后进入真空闪蒸分离器V－1402，分离出来的闪蒸蒸汽放空，底部的冷凝液送至灰水槽T－1401。

3.5、黑水沉降单元

真空闪蒸罐V－1404底部的黑水送至沉降槽T－1402，为了加速黑水的沉降，在黑水中加入絮凝剂。沉降槽上部的澄清水溢流到灰水槽T－1401，底部沉降的细渣送往后续过滤装置。灰水槽T－1401中的一部分灰水送入除氧器V－1407除氧后返回洗涤塔C－1301循环利用，另一部分灰水去废水处理处进行净化处理。

4、水煤浆气化关键设备运行存在问题及处理措施

4.1、磨煤机筒体螺栓频繁漏浆

（1）故障现象及原因分析

该公司使用的磨煤机属于湿式溢流型棒磨机，物料通过溜管给料，由进料中空轴内进料衬套给入筒体内部，主电动机经棒销联轴器、主减速器、气动离合器、大、小齿轮装置带动装有介质棒的筒体旋转，物料受到介质的撞击以及介质之间、介质与筒体衬板之间的研磨，达到合格粒度的物料，经排料中空轴内出料衬套排出，完成研磨过程。 筒体螺栓的主要作用是固定筒体内部钢衬板，增强钢棒提升能力，磨煤机在正常工作时，筒体内 １００ 多 ｔ 钢棒随着筒体旋转，筒体内衬板的提升条辅助钢棒尽可能达到一定高度，落下时对原煤进行研磨。

（2）故障解决办法及效果

考虑到筒体螺栓密封频繁泄漏是由于密封装置设计不合理，所以打算针对密封装置进行改造，经过研究考察。 选用计算好弹性模量的优质橡胶制成弹性密封垫。 相应增加密封垫及外套筒的厚度，使密封垫有足够的面积包裹螺栓及筒体两个泄露方向，并且在安装密封组件时，注入一定量的密封胶。 这样在紧固螺栓过程中，通过压盖施加给密封胶套的压力从而使密封胶套产生垂直方向的形变和水平方向上的形变。 垂直方向上的形变使得密封胶垫和筒体之间的密封面紧密贴合，结构胶的注入保证螺栓和螺栓孔无缝隙，从而保证了密封。

4.2、低压煤浆泵不打量

（1）故障现象及原因

低压煤浆泵采用某公司生产的双软管隔膜泵用于将煤浆出料槽中贮存的煤浆输送到煤浆槽中贮存。该泵工作时，由变频电机驱动经齿轮减速箱减速（减速箱的输出轴与曲轴箱的输入轴用联轴器连接），带动曲轴箱内曲轴旋转，经连杆将旋转运动转换为活塞的往复运动。

当活塞向左运动时，驱动一定量的液压油，使左边第二软管隔膜收缩，第二软管隔膜收缩的同时，驱动传动液使泵液压腔中的第一软管隔膜收缩，挤压所输送的煤浆通过输出单向阀排出泵出口管线。 此时，吸入单向阀被关闭。 同时使右边第二软管隔膜松弛，第二软管隔膜松弛的同时，驱动传动液使泵液压腔中的第一软管隔膜松弛，第一软管隔膜内就形成局部真空吸入单向阀被打开。 此时，输出单向阀被关闭。 这样周而往复运动使煤浆不断的被输出。

（2）故障解决方法及效果

经过考察交流，现在国内煤化工行业低压煤浆泵普遍采用离心式低压煤浆泵，且使用效果较好，维修成本低，且操作方便。 离心式低压煤浆泵主要依靠叶轮来输送煤浆。 考虑到煤浆介质对叶轮的磨损磨蚀性较大， 泵盖、蜗壳、阻封导叶和挡板均采用高铬铸铁材料，叶轮、阻封叶轮采用抗磨合金材料，大大延长了叶轮的使用寿命及更换周期。

这种离心泵的过流部件使用寿命可达 ５ ０００ ｈ。 叶轮可连同泵架整体向上拆装，而泵进出口管路不动，此种结构设计方便了维修。

5、结束语

煤气化装置是煤制烯烃企业的龙头装置，它的运行好坏关系到企业的生产负荷和经济效益，该装置由于大多介质存在高温、高压、有毒、有害，并且水系统含固量高，所以对设备的检修质量和选型是一种很大的考验。针对某公司水煤浆气化关键设备运行10 年来在生产过程中出现的问题，从原始设计和设备结构以及工艺条件等方面进行了详细分析，并采取了相应的措施进行设备改造，取得了节能降耗、降本增效，达到了水煤浆气化高负荷、长周期运行的目的。

参考文献：

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[3]董志龙.GE水煤浆气化装置运行中存在的问题及解决[J].中氮肥,2020(04):9-11.