孔德升 馬小剛

（新能鳳凰滕州能源有限公司，山東 滕州277527）

某公司720kt/a甲醇項(xiàng)目采用多噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化工藝，配套生產(chǎn)工序包括140t/h鍋爐3套、42×103m3/h空分裝置2套、1.5kt/d四噴嘴氣化爐3臺(tái)、凈化和合成精餾裝置2套等。氣化裝置自2009年12月開(kāi)車成功以來(lái)，遇到了一些技術(shù)性難題，需要得到解決。

1 問(wèn)題及處理措施

1.1 高壓煤漿泵軟管損壞

在運(yùn)行生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到軟管頻繁破損的情況，且損壞位置均為靠近出口處，形狀為一核桃狀的圓孔，不僅增加了生產(chǎn)成本和檢修任務(wù)，而且經(jīng)常出現(xiàn)非計(jì)劃停車。

導(dǎo)致軟管如此損壞的原因有：尖銳金屬異物刺破，運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)度變形，缸頭內(nèi)側(cè)與出口壓差大造成軟管的過(guò)度擠壓。通過(guò)對(duì)設(shè)備、工況、工藝操作3方面進(jìn)行分析，制定了預(yù)防菲魯瓦軟管隔膜泵軟管和隔膜損壞的措施，取得了較好的效果[1]。

高壓煤漿泵啟動(dòng)前需將泵轉(zhuǎn)速調(diào)至最低，以最低轉(zhuǎn)速啟動(dòng)高壓煤漿泵；現(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程控制切換時(shí)，需將2者泵轉(zhuǎn)速設(shè)定值調(diào)為一致，轉(zhuǎn)速加減采取“小幅多次”原則，幅度≤10r/min。為避免煤漿循環(huán)管線壓力調(diào)節(jié)閥開(kāi)度過(guò)小致使高壓煤漿泵出口管線憋壓、超壓，帶壓聯(lián)投時(shí)系統(tǒng)壓力控制在4.0MPa，高壓煤漿泵出口壓力提至4.8MPa進(jìn)行帶壓聯(lián)投操作；試泵時(shí)，滿負(fù)荷時(shí)泵出口所需壓力由原來(lái)的7.5MPa降為5.0MPa。停車前將負(fù)荷降至投料負(fù)荷（雙系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)還應(yīng)切氣放空，停車后快速關(guān)閉合成氣壓力調(diào)節(jié)閥），減小停車瞬間系統(tǒng)壓力的波動(dòng)。規(guī)范防凍液添加操作，杜絕防凍液添加不足、過(guò)量或存有氣體。煤漿管線泄壓改進(jìn)，煤漿管線泄壓從煤漿管線第1道切斷閥與煤漿第2道切斷閥之間導(dǎo)淋閥處緩慢泄壓。

1.2 鎖斗系統(tǒng)閥門內(nèi)漏頻繁

工藝水中含固量高，對(duì)閥芯磨損力大，鎖渣閥磨損內(nèi)漏需要定期更換是業(yè)界的技術(shù)難題，在開(kāi)車初期就出現(xiàn)鎖斗泄壓閥和鎖斗泄壓管線沖洗水閥關(guān)閉不到位造成內(nèi)漏的現(xiàn)象。研究認(rèn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)力度不夠，隨后將單氣缸更換為雙氣缸，鎖斗泄壓閥和鎖斗泄壓管線沖洗水閥的使用5個(gè)月無(wú)問(wèn)題。

在系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)多臺(tái)氣化爐鎖斗進(jìn)口閥動(dòng)作卡澀甚至開(kāi)關(guān)不到位現(xiàn)象，停車拆檢鎖斗進(jìn)口閥閥芯嚴(yán)重磨損變形，對(duì)比氣化爐運(yùn)行工況發(fā)現(xiàn)，鎖斗進(jìn)口閥閥芯損壞前均出現(xiàn)鎖斗內(nèi)漏不保壓的現(xiàn)象，在鎖斗充壓閥關(guān)閉至鎖斗進(jìn)口閥打開(kāi)存在時(shí)間差，由于鎖渣閥內(nèi)漏，氣化爐壓力高出鎖斗壓力很多，閥芯受到向下的擠壓力影響閥芯的正常開(kāi)關(guān)，鎖斗進(jìn)口閥打開(kāi)瞬間積攢大量灰渣的工藝水在高壓差下以高流速通過(guò)未全開(kāi)的閥芯，造成的磨損成倍增加。

改進(jìn)措施：當(dāng)鎖渣閥內(nèi)漏不保壓時(shí)及時(shí)更換，操作中禁止在氣化爐壓力高于鎖斗壓力0.3MPa的工況下打開(kāi)鎖斗進(jìn)口閥。

1.3 系統(tǒng)結(jié)垢問(wèn)題

氣化裝置產(chǎn)生的灰、黑水屬于高硬度、高pH、高懸浮物含量的嚴(yán)重結(jié)垢型水質(zhì)[2]。在生產(chǎn)中CaCO3結(jié)垢最為常見(jiàn)，王慶武等指出，高溫下CaCO3溶解于水中，水溫降低時(shí)CaCO3解析成晶核并不斷增大，附著在管道和設(shè)備內(nèi)壁形成結(jié)垢，因此優(yōu)化水質(zhì)（減少工藝水中結(jié)垢離子的含量）是減輕系統(tǒng)結(jié)垢的根本措施[3]。

灰、黑水中的灰渣均來(lái)源于煤，選取較好的煤質(zhì)和控制適宜的氣化爐操作工況是改善系統(tǒng)水質(zhì)的源頭，廖胡等模擬實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)渣口堵塞、爐溫過(guò)高工況下會(huì)產(chǎn)生大量飛灰隨黑水進(jìn)入閃蒸系統(tǒng)[4]。此外，當(dāng)鎖斗系統(tǒng)故障，集渣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，也會(huì)有大量灰渣隨黑水進(jìn)入閃蒸系統(tǒng)，增加沉降系統(tǒng)負(fù)荷。

水質(zhì)的工藝指標(biāo)包括pH、濁度（或懸浮物含量）、鈣離子含量、總硬度、堿度、氯離子含量、電導(dǎo)率、COD、氨氮含量等，通常以pH、濁度、堿度、鈣離子含量指標(biāo)為主，因?yàn)檫@些指標(biāo)與灰、黑水結(jié)垢的程度有直接關(guān)系[2]。

預(yù)防結(jié)垢最重要的環(huán)節(jié)就是藥劑的添加，藥劑有絮凝劑和阻垢分散劑2種，對(duì)于阻垢分散劑來(lái)說(shuō)，應(yīng)選用阻垢分散性能優(yōu)異、耐高溫和高壓、抗分解的藥劑；對(duì)于絮凝劑而言，選取絮凝速度快、絮凝團(tuán)大、濁度低和對(duì)煤種適應(yīng)能力強(qiáng)的藥劑[5]。阻垢分散劑和絮凝劑必須穩(wěn)定連續(xù)投加保證水系統(tǒng)各工段中藥劑含量在要求的控制范圍內(nèi)。水系統(tǒng)水質(zhì)發(fā)生變化，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整加藥量，尤其是出現(xiàn)絮凝效果惡化情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)換藥劑，以保證水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

在藥劑投入上絮凝劑的投加成本只占整個(gè)系統(tǒng)加藥成本（絮凝劑+阻垢劑）的10%左右，所以應(yīng)盡可能保障系統(tǒng)絮凝劑添加量達(dá)到最佳使用量以保障沉降效果。但也不是越多越好，絮凝劑量過(guò)大時(shí)，壓濾機(jī)濾餅含水量增高甚至淌漿，因澄清槽底部沉泥粘度過(guò)高，超過(guò)泵送能力有時(shí)出現(xiàn)泵不打量等情況，黑水溫度會(huì)影響絮凝劑的活性，運(yùn)行中要保證真空閃蒸罐真空度的穩(wěn)定[5]。

氯離子含量、電導(dǎo)率的影響也不容忽視，氯離子含量高，在高溫、高壓下會(huì)對(duì)設(shè)備（特別是不銹鋼）產(chǎn)生較強(qiáng)的化學(xué)腐蝕；電導(dǎo)率過(guò)高，表明水中離子含量高，可導(dǎo)致鹽析。對(duì)于灰水中的pH、堿度、氯離子及鈣離子含量、電導(dǎo)率等指標(biāo)，一般采用調(diào)節(jié)灰水去污水處理站的排放量及足夠的新鮮水補(bǔ)入進(jìn)行置換的方式來(lái)平衡控制，補(bǔ)入的新鮮水最宜為脫鹽水（補(bǔ)入一次水會(huì)引入鈣鎂離子，增加系統(tǒng)結(jié)垢的負(fù)擔(dān)）。

1.4 開(kāi)工抽引系統(tǒng)消音器堵塞

開(kāi)工抽引系統(tǒng)是氣化爐的重要輔助裝置之一，起到建立爐膛真空度、調(diào)整火焰長(zhǎng)度、防止安裝或拆除工藝燒嘴時(shí)回火傷人和控制氣化爐升溫和降溫速率的作用。隨系統(tǒng)運(yùn)行周期的延長(zhǎng)，開(kāi)工抽引系統(tǒng)逐漸表現(xiàn)為真空度低和消耗蒸汽量大，當(dāng)蒸汽量增加到一定程度氣化爐內(nèi)有蒸汽冒出、出消音器的蒸汽夾帶部分的黑灰，拆檢消音器發(fā)現(xiàn)內(nèi)件幾乎被細(xì)灰堵死。

分析原因認(rèn)為，裝置投運(yùn)初期氣化爐運(yùn)行周期較短，在合成氣出口去開(kāi)工抽引器的彎頭處積累的細(xì)灰減少，隨系統(tǒng)運(yùn)行周期的不斷刷新，細(xì)灰累積量增大，停車投用開(kāi)工抽引器時(shí)大量細(xì)灰被蒸汽帶走，消音器結(jié)垢緊密，細(xì)灰撞擊到壁面被收集不斷積累形成堵塞。

優(yōu)化措施：每次停車后對(duì)合成氣出口處積灰進(jìn)行清理；控制氣化爐液位不要太高防止帶水帶灰；選用優(yōu)質(zhì)煤種和適宜的控制爐溫，避免高爐溫或渣口堵塞時(shí)產(chǎn)生細(xì)灰增多；停車后，抽引蒸汽加量要緩慢，出現(xiàn)消音器堵塞現(xiàn)象可將抽引蒸汽量加到最大，吹掃疏通。

1.5 灰水換熱器堵塞

灰水系統(tǒng)換熱器分鎖斗沖洗水換熱器和廢水換熱器2種，平均使用1個(gè)月便會(huì)出現(xiàn)堵塞灰水流量降低的現(xiàn)象。為維持系統(tǒng)運(yùn)行，通常采用旁路控制的方法保證供水，較多的灰水未經(jīng)過(guò)換熱水溫升高，造成鎖斗充壓緩慢、渣池水溫升高（特別在冬季，在撈渣機(jī)周圍產(chǎn)生大量蒸汽，影響巡檢安全和渣樣的觀察）和廢水生物菌減少等一系列安全和環(huán)保問(wèn)題。

一般的處理方法是利用氣化爐檢修的時(shí)間進(jìn)行高壓清理，但不僅費(fèi)用高，而且頻繁的清理或造成換熱器管束減薄、泄露，最終減少換熱器的實(shí)際換熱能力和流通能力，不能從本質(zhì)上解決問(wèn)題。

在拆檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)換熱器為沉積結(jié)垢堵塞，質(zhì)地疏松較容易清理，分析原因認(rèn)為，灰水在管道中流速較低只能達(dá)到0.07m/s，進(jìn)入換熱器封頭后灰水流速更低，灰水中顆粒的重力勢(shì)能大于動(dòng)能逐漸沉積造成堵塞。

優(yōu)化措施：優(yōu)化系統(tǒng)水質(zhì)，增加了絮凝劑和分散劑使用量，改進(jìn)了絮凝劑的配制方法，控制系統(tǒng)水質(zhì)濁度≤50，堿度+硬度≤18mmol/L，7≤pH≤8.3；灰水槽定期排污，根據(jù)大修過(guò)程中灰水槽內(nèi)均有大量淤泥存在（灰水槽直徑10.5m內(nèi)介質(zhì)流速最低，細(xì)灰的沉積現(xiàn)象最為顯著），制定了灰水槽定期排污的措施，運(yùn)行班組在接班后和班中各排污1次；將鎖斗沖洗水流量由原來(lái)的45m3/h增大至75m3/h，通過(guò)增大灰水湍流程度的方法減少灰渣沉降。

現(xiàn)在換熱器使用周期有了較大程度的改善，使用周期延長(zhǎng)至2個(gè)月，但依然不能滿足氣化爐運(yùn)行周期的需要。為此制定了進(jìn)一步優(yōu)化措施，計(jì)劃將3臺(tái)鎖斗沖洗水換熱器并聯(lián)使用，2套系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)僅投用1臺(tái)換熱器，使灰水在管線和換熱器內(nèi)的流速增加1倍，如果效果明顯還將運(yùn)用到廢水換熱器中。

1.6 渣池泵出口流量調(diào)節(jié)閥磨損內(nèi)漏

渣池泵出口流量調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏在不少?gòu)S家都出現(xiàn)過(guò)，咎其原因在于工藝水含固量高，對(duì)閥芯長(zhǎng)時(shí)間沖刷所致，有些廠家取消渣池泵出口流量調(diào)節(jié)閥將渣池泵電機(jī)更換為變頻電機(jī)，雖然能起到避免調(diào)節(jié)閥磨損問(wèn)題，但資金投資入增加多，起不到根治的目的，渣池泵葉輪和出口管線彎頭的磨損依舊存在，檢修成本依然很高。

優(yōu)化措施：首先要保障渣池溢流閥的正常開(kāi)閉，排渣時(shí)閥門不關(guān)閉或者關(guān)閉不到位，排入撈渣機(jī)的灰渣來(lái)不及沉降便會(huì)進(jìn)去渣池內(nèi)；控制適宜的鎖斗排水量，使排渣后的渣水不會(huì)從撈渣機(jī)溢流到渣池內(nèi)；適當(dāng)延長(zhǎng)鎖斗出口閥關(guān)閉至渣池溢流閥打開(kāi)的設(shè)定時(shí)間，給灰渣更多的沉降和打撈時(shí)間，由原設(shè)計(jì)的5min延長(zhǎng)至15min，這對(duì)優(yōu)化渣池內(nèi)水質(zhì)起到關(guān)鍵作用。

1.7 優(yōu)秀的技改技措

1)煤稱重給料機(jī)下煤口增設(shè)鼻子版，可有效攔截原料煤中的鐵絲、木楔、布條等雜物，改善了磨煤機(jī)進(jìn)料質(zhì)量；

2)將磨煤機(jī)進(jìn)料管容易磨損的管段底部利用廢棄的下降管材料更改為梯狀結(jié)構(gòu)，充分利用以煤抗煤的機(jī)理，形成動(dòng)態(tài)保護(hù)層，減緩管道磨損；

3)將低壓灰水引入沖洗水管網(wǎng)，利用系統(tǒng)內(nèi)水完成各種沖洗工作，減少了一次水補(bǔ)入量；

4)沉降槽底流泵改為變頻電機(jī)，有效解決了管線堵塞問(wèn)題，并節(jié)省了出口流量調(diào)節(jié)閥頻繁磨損檢修的消耗；

5)在燒嘴冷卻水故障聯(lián)鎖中增加了出進(jìn)口流量差高高跳車聯(lián)鎖，使燒嘴冷卻水系統(tǒng)聯(lián)鎖更加靈敏、安全、準(zhǔn)確；

6)設(shè)立了水煤氣手動(dòng)取樣系統(tǒng)，與在線分析取樣分開(kāi)，避免了手動(dòng)分析后在線分析檢測(cè)失真的現(xiàn)象。

2 尚存問(wèn)題及改進(jìn)方案

2.1 低壓閃蒸蒸汽量大，熱量回收問(wèn)題

隨著裝置設(shè)計(jì)規(guī)模的不斷增大，3級(jí)閃蒸和4級(jí)閃蒸越來(lái)越多得到應(yīng)用，富產(chǎn)的蒸汽用于除氧器的熱力除氧還有大量剩余，全部送去除氧器會(huì)造成帶水，直接放空既污染環(huán)境又噪音污染。曾改造引入變換汽提塔作汽提汽，但影響汽提效果系統(tǒng)氨氮升高，未取到較好的效果。

計(jì)劃增加換熱器，大部分閃蒸汽用以對(duì)進(jìn)除氧器和絮凝劑槽的脫鹽水預(yù)熱，少部分送入除氧器熱力除氧，即可以增加除氧器除氧效果，又可以提高配制絮凝劑水溫，增大溶解度減少未溶解膠團(tuán)的產(chǎn)生，提高熱量的回收利用率。

2.2 閃蒸系統(tǒng)角閥下筒體頻繁磨損

氣化爐排出的6.4MPa黑水經(jīng)角閥減壓后進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔（0.8MPa），壓差達(dá)到5.6MPa。黑水的溫度為215℃，減壓至0.8MPa后，黑水迅速汽化轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，體積迅速膨大，角閥減壓后的黑水流速增大，其中夾帶的細(xì)灰顆粒隨之加速。閥門選型偏大致使正常生產(chǎn)時(shí)角閥開(kāi)度過(guò)?。ㄒ话阍?5%～20%閥位），氣液固混合介質(zhì)流向改變，在慣性作用下對(duì)三通內(nèi)側(cè)筒體造成沖擊，頻繁磨漏補(bǔ)焊困擾長(zhǎng)周期的穩(wěn)定運(yùn)行，考慮到硬件設(shè)施更改難度大、費(fèi)用高，在角閥前增加限流孔板可以減小角閥前后壓差增大角閥使用時(shí)的開(kāi)度，能否有效還需要裝置運(yùn)行進(jìn)行驗(yàn)證。

3 總結(jié)

具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化技術(shù)，自首套四噴嘴氣化爐投入工業(yè)應(yīng)用以來(lái)，經(jīng)過(guò)研發(fā)人員及應(yīng)用單位技術(shù)人員不斷的改進(jìn)，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行周期不斷刷新，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到均達(dá)到當(dāng)前大型煤氣化技術(shù)的國(guó)際領(lǐng)先水平，與同類技術(shù)相比，顯示出了突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。今后隨著系統(tǒng)的不斷完善，和運(yùn)行周期的不斷刷新，還會(huì)暴露出更多的問(wèn)題，交流、互通、互助才是中國(guó)煤氣化不斷發(fā)展和前行的保障。

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