GE水煤浆气化装置优化改造及总结
张军兵
（国能包头煤化工有限责任公司，内蒙古 包头 014000）
［摘 要］本文从某工厂GE水煤浆气化炉的实际生产运行情况出发，结合水煤浆气化炉在运行中存在的一些不足，搜集材料、整理数据、讨论论证、加以改造，并将改造情况及改造后取得的效果进行详细介绍，从高压煤浆泵入口缓冲罐、煤浆大槽C内壁、气化装置改善渣池顶部工作环境、分散剂泵出口缓冲罐、添加剂泵改型、研磨水槽厂房异味、除氧器底部箱体水浴中的气体均布管改造、气化炉产能不足、高闪气再回收等方面着手，细致介绍了上述设备在运行中存在的问题，在原因分析的基础上采取了相应的优化改造措施，取得了可喜的成果。
［关键词］GE水煤浆气化 直三通 下部进料下部出料 限流孔板
0 引 言 某气化装置采用美国 GE公司水煤浆加压气化技术，以煤和氧气为主要原料，在6.5MPa（G）压力下进行部分氧化反应，生成以 CO、H2、CO2为主要成份的粗煤气，经过激冷水、气化炉合成气出口喷淋、文丘里洗涤器、洗涤塔上下塔盘、洗涤塔水浴等一系列工艺增湿、降温、除尘处理后，送至下游气体净化装置进行变换、净化处理。另一方面，系统中产生的黑水送入高压闪蒸、低压闪蒸、第一真空闪蒸、第二真空闪蒸处理后进入沉降系统处理，这套闪蒸沉降系统能达到回收热量及灰水再生、循环使用的目的，产生的粗渣及细渣送出界区外。某气化装置有 6 套煤浆制备系统（5 开 1 备）；有 7 套煤气化系统和渣水处理系统（5 开 2 备），针对近年来在高压煤浆泵入口缓冲罐，气化煤浆大槽C内壁，渣池顶部工作环境，分散剂泵出口缓冲罐，添加剂泵改型，研磨水槽厂房异味，除氧器顶部蒸汽放空，气化炉产能，高闪气回收等方面存在的问题在原因分析的基础上采取了相应的优化改造措施，解决了系统存在的问题。
１ 高压煤浆泵入口缓冲罐改造
１１ 问题描述
原有高压煤浆泵入口缓冲罐的Y型三通，煤浆是先进入缓冲罐后在进入高压煤浆泵，经过高压煤浆泵的运行逐渐的将缓冲罐内的空气带走，导致缓冲罐内空气不足，当缓冲罐内空气不足时，缓冲罐就起不到缓冲的作用，最终导致缓冲罐晃动剧烈，入口管线随之也振动加剧，管线的震动会产生大量噪音，对操作人员身心健康有害；长期的管线晃动会造成金属疲劳，造成管道出现裂纹或者断裂，影响高压煤浆泵的机械性能和正常运行，对生产带来风险。该项目改造前高压煤浆泵在运行一段时间后，入口缓冲罐就开始晃动，只能通过架子杆进行固定，并且高压煤浆泵入口管线振动较为剧烈，焊缝及管线经常出现拉裂情况。
１2 优化改造
本项目主要是将原有高压煤浆泵入口缓冲罐的Y型三通经厂家重新设计后更换为直三通。经过改造为直三通后，煤浆不在进入缓冲罐，缓冲罐内的空气也不会被带走，从而使得缓冲罐始终具有缓冲作用。该项目改造后高压煤浆泵在运行一个周期后，入口缓冲罐未发现有晃动的情况，高压煤浆泵入口管线振动也明显减小，焊缝及管线未出现过漏点。
2 气化煤浆大槽C内壁改造
2１ 问题描述
改造前气化煤浆大槽内径大，造成煤浆大槽搅拌器搅拌能力差，煤浆大槽煤浆流动性和稳定性差，煤浆大槽侧壁和底部煤泥沉积量多，煤浆大槽底部沉积煤泥量大，长期下去，煤浆会在煤浆槽内壁形成，挂壁降低了煤浆大槽搅拌器运行安全稳定可靠性，运行时间久后煤浆大槽沉积煤泥塌方造成煤浆大槽搅拌器故障停车事故。
22 优化改造
通过将气化煤浆大槽C内壁直径由原设计11000mm减少到9600mm,大大增强了煤浆大槽搅拌器搅拌能力，使煤浆大槽搅拌器搅拌能力与煤浆大槽容积匹配性更加合理，极大地改善煤浆大槽内部煤浆流动性和稳定性，大大减少煤浆大槽底部和侧面煤泥沉积量。气化装置现对3#煤浆大槽进行了改造，改造后煤浆大槽搅拌器运行良好，煤浆大槽底部煤浆沉积情况大大改善，取得了很好的效果。今后对其它煤浆大槽陆续进行技改。该项目改造前每台煤浆大槽底部煤泥沉积量大约300吨，该项目改造后每台煤浆大槽底部煤泥沉积量大约100吨。按照每台煤浆大槽底部清理煤泥减少200吨、煤泥量为：200吨*3次=600吨。按照每吨煤泥为200元/吨，全年煤泥节省费用为200元/吨*600吨=12万元。
3 气化装置改善渣池顶部工作环境改善
3１ 问题描述
某德士古水煤浆加压气化技术在气化炉原始烘炉时的设计是将气化炉预热水通过气化炉密封水罐直接排向渣池，气化炉开车后，气化炉预热水循环直接通过锁斗直排入渣池，因渣池排渣过程会释放出大量的的有毒有害气体，预热水的温度在50度左右，大于环境温度，大量溶解在水中的有毒有害气体从水中溢出，聚集在渣池顶部以及附近，从而CO指标浓度升高，特别是气化炉开停车过程中，洗涤塔底部有大量渣子，需要通过排水带至渣池，黑水中溶解的一氧化碳从水中溢出，最终导致渣池附近CO浓度高达50-100ppm。严重威胁到人身安全。
32 优化改造
由于气化炉原始烘炉时的设计是将气化炉预热水通过气化炉密封水罐直接排向渣池，气化炉开车后，气化炉预热水循环直接通过锁斗直排入渣池，因渣池排渣过程会释放出大量的的有毒有害气体，气化炉排水从密封水罐排水改至通过大黑水管线排至高压闪蒸罐，原来的排水管线不再使用。之前的气化炉烘炉排水通过气化框架五楼的原始管线排至渣池，原始烘炉水管线在气化五楼用一道球阀和一道盲板和气化炉连接，通过预热水罐将烘炉水排至渣池，之前的放空管线是4寸，改造后变成10寸并从室内引向室外，大大减少了有毒有害气体在渣池顶部的聚集，这次改造属于属于利旧改造，成本得到大大降低。渣池和气化炉密封水罐连通后和室外大气相连接，形成烟囱效应，之前渣池排渣过程产生的有毒有害气体及闪蒸酸性汽是散发到室内，改造后通过气化炉密封水罐和新加的10寸放空管线排向室外，进而在渣池内形成微真空的状态，改善了气化一楼、二楼的作业环境，消除了气化框架因渣池排渣过程和开停车过程中造成的有毒有害气体超标现象，给操作人员巡检、操作以及单台气化炉停车后的渣池和洗涤塔检修作业创造了比改造前更加良好的安全作业环境。
4 分散剂泵出口缓冲罐改造
4１ 问题描述
原有的缓冲罐下部进料顶出料时，分散剂液体是先进入缓冲罐后从缓冲罐顶部排出，分散剂逐渐的将缓冲罐内的空气带走，当缓冲罐内空气不足时，缓冲罐就起不到缓冲的作用，最终导致缓冲罐晃动剧烈，出口管线随之也振动加剧，对生产带来风险。经过改造为下部进料下部出料后，缓冲罐内始终保持有空气，从而使得缓冲罐始终具有缓冲作用。
42 优化改造
本项目主要是将原有分散剂泵出口缓冲罐的下部进料顶出料改为下部进料下部出料，该项目改造后，出口缓冲罐未发现有晃动的情况，分散剂泵出口管线振动也明显减小，管线无共振情况。通过本次改造，解决了分散剂泵出口缓冲罐的晃动和出口管线的振动。
5 添加剂泵改型
5１ 问题描述
该项目改造前每次巡检都需要调节添加剂量，并且流量波动频繁，基本每天都有添加剂泵需要进行检修。改造之前有6台隔膜泵（5开1备），改造后变成两台离心泵新增两台离心式添加剂泵（1开1备），用电量相对前者更多。
52 优化改造
本项目主要是将原有的六号添加剂泵进行拆除，保留其他五台隔膜式添加剂泵，利用六号添加剂泵和其旁边的空地新增两台离心式添加剂泵。新增添加泵入口接至原有添加剂泵入口总管，在新增添加剂泵出口设总管，出口总管分支到原各添加剂泵出口流量计前总阀前。各磨机添加剂在制浆一区四楼阀后增加限流孔板，用来控制各磨机添加剂的添加量。新增添加剂泵入口设有冲洗水，用以泵检修时冲洗管线；出口设有释放桶，为防止固体颗粒堵塞限流孔板，定期进行排放。
改造后，添加剂泵的运行成本略有降低，约减少了每年2万元的维修费用，约节省了约（4*5-11）*8000*0.39=2.8万元的电费。
6 研磨水槽厂房异味治理
6１ 问题描述
由于研磨水槽接收较多的污水，其中包括：污泥水、含油废水和MTO初期雨水池废水，这些废水挥发出的气体有较大的异味，并且对人体有害。该项目改造前在研磨水槽厂房异味较大，操作人员待久后会发生呕吐、头晕等现象。
62 优化改造
本项目主要是将研磨水槽溢流管进行增加U型弯，并在U型弯中注水形成水封。将研磨水槽放空口延伸至屋顶外部。将旧真空过滤机真空管排水管增加盲板。最终将研磨水槽全面密封，并将研磨水槽内挥发出的气体排至室外。通过本次改造，研磨水槽厂内异味完全消除，保证了操作人员和检修人员的身体健康不会受到这些挥发其他的损害。
7 除氧器底部箱体水浴中的气体均布管改造
7１ 问题描述
GE公司水煤浆加压气化技术，以煤和氧气为主要原料，在6.5MPa（G）压力下进行部分氧化反应，生成以 CO、H2、CO2为主要成份的粗煤气，经过激冷水、气化炉合成气出口喷淋、文丘里洗涤器、洗涤塔上下塔盘、洗涤塔水浴等一系列工艺增湿、降温、除尘处理后，送至下游气体净化装置进行变换、净化处理。另一方面，系统中产生的黑水送入高压闪蒸、低压闪蒸、第一真空闪蒸、第二真空闪蒸处理后进入沉降系统处理，这套闪蒸沉降系统能达到回收热量及灰水再生、循环使用的目的，但是排到闪蒸系统的黑水中含有大量的一氧化碳和硫化氢，经过高压闪蒸出的气体送到硫回收处理，而低压闪蒸气和低压蒸汽都通过除氧器放空后，排到大气中，一方面里面含有的有毒气体一氧化碳和硫化氢会污染环境，二氧化碳会怎加温室效应；另一方面，会怎加安全隐患，特别是冬天，气温低，排出的蒸汽冷凝后在地面结冰，造成路面湿滑，有安全隐患；最后一方面，蒸汽大量放空，浪费热量。
72 优化改造
此次改造主要针对除氧器箱体底部水浴中的气体均布管进行改造，从进箱体的DN500管线闸阀后新配一根DN300管线至箱体底部替代现有的DN100蒸汽均布管，增加一台DN300闸阀，并将气体均布管上的分配支管及分配孔进行重新设计改造，在除氧器底部轴向DN300蒸汽管上布置有95根蒸汽分布管，每个支管交替非对称布置在DN300蒸汽主管两侧，相邻两支管夹角为90度，每个支管上布置有7列共计96个7mm蒸汽喷射孔，通过这次改造，提高了低压闪蒸汽和水系统的换热面积，使蒸汽最大限度被吸收，从而增加汽水热交换深度，回收热量，实现节约标准煤3136tce/a。
8 气化炉扩能改造
8 1 问题描述
某公司采用的气化炉为5开2备，原始设计产能425m3/h水煤浆，也就是每台气化炉的最大负荷是85立方米每小时水煤浆，而本单位使用的井口高压煤浆泵的设计42.5-102m3/h,有很大的提升空间，为了能增加产能50万吨甲醇，以及尽量降低投资成本，进而对核心制约产能设备气化炉进行改造，本次改造主要对象有工艺烧嘴、激冷环组件、下降管、上升管等部位进行了改造，改造后，将原来的单台炉负荷由85m3/h提升到93.5m3/h，其最大单台炉负荷甚至可以达到102m3/h，大大提高了产能。
8 2 优化改造
其设备改造主要改造了工艺烧嘴和气化炉内件，而本来的气化炉、洗涤塔、高压煤浆泵等设备的本体结构都符合要求，没有进行改造。工艺烧嘴重新设计了尺寸，其内部的煤浆管线尺寸由5寸改至6寸，同时外接管线也需由原来的10寸变8寸变5寸改为10寸变8寸变6寸，为了满足改造后新的高负荷下烧嘴能正常雾化，重新设计了烧嘴头部的外部配合尺寸，新制加工更换了外氧头和煤浆头以及中心氧头。同时对激冷环进行了重新设计，满足了水量增加的要求，喷射孔由原来∅20mm的36孔均布改为∅17mm的72孔均布。激冷环水室也进行了整体加厚，将激冷环水室厚度由原有的60mm增加至85mm。为了能够适应高负荷下的产气量冲击，经过大量核算，对上升管以及下降管的内径也进行了扩大改造，相应下降管和上升管连接的T型连接板，上升管与炉体连接的角钢支撑进行了重新制作。其中下降管内径由φ1156mm增加至φ1250mm,上升管内径由1460mm增加至1650mm，环隙增大了48m，提高了设备生产效率和设备的工艺性能，有效提高了我公司的经济效益。
9 高闪气改造
9 1 问题描述
某德士古水煤浆加压气化技术产生的黑水压力为6.5MPa,经过减压阀减压后排向高压闪蒸系统，溶解在黑水中的一氧化碳，二氧化碳，硫化氢等气体随着压力的突然降低，沸点降低，流体在高压闪蒸罐中迅速沸腾气化，溶解在水中的气体和水这两相迅速分离，气体通过高压闪蒸顶部管线排出，7套高压闪蒸（5开2备）排出的闪蒸气汇集后排至硫回收装置，由于高压闪蒸气里面含有大量水分和灰分，直接排至硫回收装置会对其造成严重影响，在经过洗涤、除尘、降温后进入吸收塔，吸收里面的硫化氢，剩余的气体排至火炬管线进行焚烧。高压闪蒸底部排出的水排至后系统继续闪蒸处理。
9 2 优化改造
经过改造后，新加了一套高闪气压缩装置，高闪气压缩系统由洗涤塔，压缩机和漏气回收装置组成，本系统用到的压缩机是四列四级对称平衡压缩机，包括主电机、油系统、循环水系统、密封水系统、氮气密封系统，改造后高压闪蒸气从排至硫回收改到排至高闪气压缩机，进行压缩机压缩后，压力接近合成气进净化装置前的压力后，并入合成气管线，送至净化装置，处理后到达合成装置，经过计算，本套高闪气压缩装置能带来0.75t/h的MTO级甲醇产量，相当于每年多产出273吨MTO级甲醇，不仅消除了高闪气排至火炬焚烧产生的环境污染，而且废物重新利用，达到增产甲醇的目的，大大提高了经济效益。
10 结束语
通过多年来对气化炉的运行操作和对运行过程中的指标数据的分析，将暴露出较多问题,进行总结分析，提出优化措施并及采取技术改造,我认为，这些好的解决方案，为我们长周期稳定运行提供了解决现存问题的办法,不但解决了已有问题，还达到了增产降耗的目的，并为气化装置的安、稳、长、满、优运行打下了基础。
［参考文献］
［１］秦嘉潞．水煤浆气化系统的优化改造 ［Ｊ］．中氮肥，２０１６ （１）：５２－５４．
［２］孟祥南，高志刚 ＧＥ水煤浆气化装置优化改造总结
2020（6）：12－14．
［３］ 李志祥．粗煤气洗涤的工艺研究与优化设计 ［Ｊ］．中氮肥， ２０１８（３）：１７－１９．
作者简介：张军兵（1986年7月-）男，甘肃静宁人，中级工，助理工程师，在国能包头煤化工有限责任公司工作，主要从事煤气化装置技能操作。电话：15247223133 地址：内蒙古自治区包头市昆都仑区钢铁大街苏宁广场公寓。
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