多喷嘴水煤浆气化炉扩容改造小结

新能凤凰(滕州)能源有限公司 山东 滕州 277500

一、概况

新能凤凰(滕州)能源有限公司70万t/a甲 醇项目采用多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺,于2006年7月20日开工建设,配套生产工序包括140 t/h锅炉3套、42000Nm3/h空分装置2套、1500t/d四喷嘴气化炉3台、净化和合成精馏装置2套等。气化装置自2009年12月开车成功以来,随着生产系统逐步稳定,生产负荷也不断提升。为了进一步的提高生产系统的产能,在原装置系统的基础上,进行扩产技术改造,生产负荷可达到100万t/a。在关键设备和主工艺没有变更的情况下,新增一套25000Nm3/h空分装置以保证气化炉供氧的条件;气化煤浆制备新增一套磨机系统,保证稳定浓度水煤浆的供应要求;对三台气化炉的炉砖进行改造、激冷室的基本没有改变;从安全方面考虑,将部分氧气管线的材质进行了相应的变更;渣水系统主要新增低压闪蒸冷凝器和低压闪蒸分离器、增加一台沉降槽、一台压滤机,进而来保证渣水的处理量。本文主要陈述气化炉炉砖改造方面的问题。

该装置采用的是水煤浆气化工艺,包括煤浆制备、气化框架、渣水处理三部分。煤浆制备采用的是棒磨机磨煤、低高压煤浆泵串联进行输送工艺;煤气化采用气流床反应工艺,加压气化生成粗煤气,作为甲醇生产的原料气。原单台气化炉装置日处理煤:1500t∕d。改造后单台气化炉装置日处理煤:1800t∕d。煤浆制备系统将粒度≤10mm以下的碎煤,经过煤浆制备工序,制备成浓度为60%以上的水煤浆,经高压煤浆泵加压至7.88MPa,与来自空分工序浓度为99.6%、压力达8.11MPa的纯氧,一起进入压力为～6.5MPa、温度为～1350℃、多喷嘴对置式水煤浆气流床气化炉进行反应,生成以一氧化碳和氢气为有效成份的粗煤气,煤气经初步净化后,作为甲醇系统的原料气,煤气净化后的水送入渣水工序处理后,送气化炉循环使用。

二、气化炉炉砖改造目的和内容

气化炉炉砖改造的目的是加大气化炉燃烧室的总体容积,扩大气化炉内部的反应的空间,从而增大气化炉的日处理煤量,来提高气化装置的产气量,达到生产装置的产能的扩大。通过气化炉燃烧室容积扩大的方法来提高产能的这一手段,是未来几年多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术的发展趋势。一方面,在整体的投资方面,大大降低了投资成本,这种技术即可在项目基础上进行技术改造,也适合在新项目上直接应用。另一方面,通过此技术改造,不仅可以提高生产产能,也降低了吨甲醇的单耗,具有很大的经济性,这也是多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术一直的追求。

气化炉炉砖改造的具体内容是在拱顶位置新增加一层托砖板,增加这一层托砖板的主要目的是从经济方面考虑的,因为拱顶砖的使用寿命比筒体砖的较长,约是2-3倍,为了在不更换拱顶转的情况下更换筒体砖,故在拱顶新增加一层托砖板,增加托砖板时要考虑到避开拱顶位置的热偶孔。整体气化炉炉砖改造后,气化炉炉膛原容积为40.58m3,经炉砖改造后炉膛容积为44.49m3,炉膛容积增大了9.6%。每年从拱顶炉砖更换的费用上就可以节约30万元,新增托砖板的位置见(图一)所示。

(图一)

气化炉衬里的耐火材料,采用的是多层耐火材料结构,主要包括:隔热砖:用于降低壳体温度,起到隔绝温度的作用。初始隔热砖的厚度为105mm,为了降低气化炉炉壁温度,将隔热砖厚度增加到130mm。背撑砖:自立于托砖架上,见(图二)所示。用于支撑筒体和拱顶的热面砖,原背撑砖的厚度为200mm。为了增大气化炉燃烧室的内径,经计算不影响背撑砖的强度并满足支撑热面砖,将背撑砖的厚度减小到100mm。热面砖:耐高温熔融灰渣的腐蚀及高温合成气的冲刷,能自由膨胀、自立于托砖板和背撑砖上,原砖的厚度为230mm。为了保证气化炉炉砖的整体使用寿命,改造后砖的厚度没有改变,厚度没有发生变化,由于背撑砖的减薄,使热面砖的曲率半径变大了,从而气化炉燃烧室的内径扩大,见(图三)所示。

(图二)

(图三)

考虑到气化炉处理煤量增大,炉渣相对增多,原渣口砖内径为750mm,将渣口砖的内径扩大到790mm,以防止由于生产负荷的增大会造成渣口的堵塞或是渣口压差的波动。原烧嘴口砖的材质为氧化铝空心球砖(隔热砖材料),在使用过程中,氧化铝空心球砖的使用情况不理想,在拆装烧嘴的过程中烧嘴口砖容易被损坏,根据气化炉运行时烧嘴口位置的实际温度不高,所以将烧嘴口砖改造为低铬砖(背撑砖材料),增大了烧嘴口砖的整体强度,从而延长烧嘴口砖的使用寿命。

三、气化炉炉砖改造的注意事项

针对炉砖设计和砌筑过程中应该注意的事项如下:

1.在原有气化炉上改造,背撑砖的减薄,原有背撑砖的托砖板的尺寸会影响到改型热面砖的砌筑,所以在砌筑炉砖之前要对原膨胀缝位置的托砖板做切割处理,对筑炉的质量和气化炉的运行没有影响。

2.在炉砖的设计过程中,应该将炉砖最薄弱的位置(膨胀缝)的设计考虑周全,因膨胀缝位置的炉砖易受侵蚀,使用寿命比其他位置较短,所以要考虑单独更换的膨胀缝砖的条件。建议热面砖的设计要在不影响砌筑的前提下,尽量将砖型做大,相对减少砖缝的数量,避免气化炉炉砖在运行时的砖缝侵蚀,从而保证气化炉炉砖的整体寿命,提高炉砖使用的经济性。

四、结语

多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术越来越成熟,好多用户都在追求提高装置的生产能力,减低单吨甲醇的单耗,从而提高企业的盈利能力。新能凤凰(滕州)能源有限公司通过气化炉燃烧室扩容,2019年度三台3.4m气化炉两开一备年产甲醇达100万吨,这种气化炉扩容改造的方法受到好多企业的青睐,也是未来几年多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术的发展趋势。