趙紅濤 王濤

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了水煤漿加壓氣化的現(xiàn)狀、工藝流程、長(zhǎng)周期運(yùn)行中存在問題及其解決方案。

關(guān)鍵詞：氣化；德士古；水煤漿；多原料漿；四噴嘴；長(zhǎng)周期運(yùn)行

水煤漿加壓氣化技術(shù)最早是由美國(guó)德士古公司在重油氣化的基礎(chǔ)上開發(fā)成功的第二代煤氣化技術(shù)，是一種以水煤漿為進(jìn)料、氧氣為氣化劑的加壓氣流床并流氣化工藝，屬于氣流床濕法加料、液態(tài)排渣的加壓氣化技術(shù)，20世紀(jì)90年代引入我國(guó)。21世紀(jì)初，我國(guó)西北化工研究院開發(fā)的多原料漿氣化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，同一時(shí)間華東理工大學(xué)潔凈煤技術(shù)研究所開發(fā)的對(duì)置四噴嘴氣化技術(shù)也進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)推廣階段。水煤漿氣化過程包括煤漿制備、煤漿氣化、灰水處理等工序。各水煤漿氣化技術(shù)經(jīng)過近二十年的大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)裝置驗(yàn)證，已發(fā)展為成熟的煤氣化技術(shù)，我廠采用的是西北化工研究院多原料漿氣化技術(shù)。

1 水煤漿制氣的典型工藝流程圖

2 水煤漿氣化長(zhǎng)周期運(yùn)行探討

水煤漿氣化在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)階段，存在破渣機(jī)架橋，爐膛熱電偶?jí)勖蹋だ洵h(huán)堵塞，閥門管道易磨損，筒體向火面磚壽命短等問題，嚴(yán)重影響水煤漿氣化長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)過近二十年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，以上問題已經(jīng)得到了很好的解決，氣化爐已經(jīng)能穩(wěn)定運(yùn)行60天以上。近年來，在追求生產(chǎn)效益最大化目標(biāo)下，在建項(xiàng)目的氣化爐規(guī)格不斷增大；項(xiàng)目投產(chǎn)后，追求長(zhǎng)周期運(yùn)行，減少開停車倒?fàn)t損失，減少檢修頻次達(dá)到縮減維修費(fèi)用的目的，各廠在對(duì)標(biāo)后紛紛確定高負(fù)荷，長(zhǎng)周期運(yùn)行目標(biāo)。但氣化爐在設(shè)計(jì)操作負(fù)荷110%以上連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行90天，依然存在一些問題，現(xiàn)逐條進(jìn)行探討。

2.1 氣化黑水進(jìn)高閃角閥下緩沖罐易磨穿

氣化黑水含有大量的細(xì)灰，經(jīng)過角閥減壓后，高溫黑水會(huì)閃蒸出大量氣體，產(chǎn)生三相流，對(duì)角閥后緩沖罐及緩沖罐后管線磨損嚴(yán)重。為了降低緩沖罐及管線的磨損速率，其一在操作上應(yīng)逐級(jí)減壓，利用氣化界區(qū)角閥將黑水從6MPa降壓至4.2MPa，在利用進(jìn)高閃角閥進(jìn)一步減壓至0.9MPa；其二在運(yùn)行中根據(jù)角閥開度，黑水流量判斷角閥閥芯磨損情況，若角閥閥芯磨損偏噴會(huì)沖蝕喇叭口，喇叭口沖蝕失效后，會(huì)失去其對(duì)流體整形作用，從而會(huì)加快角閥下緩沖罐的磨蝕速率。因此應(yīng)定期檢查角閥閥芯及角閥內(nèi)喇叭口完好情況，若發(fā)現(xiàn)磨損及時(shí)對(duì)其修復(fù)或更換；其三將緩沖罐及其后進(jìn)入高閃的管線內(nèi)襯耐磨材料碳化鎢，降低二者的磨損速率，氣化爐每個(gè)運(yùn)行周期后對(duì)罐壁等易磨損處進(jìn)行壁厚檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)壁厚變薄，及時(shí)更換內(nèi)襯。采取以上措施后，角閥下緩沖罐及其后管線的壽命可達(dá)到1～1.5年。

2.2 渣口磚壽命短

根據(jù)建廠的位置和原料煤的運(yùn)輸成本，各廠可能經(jīng)常就近采購一些低灰熔點(diǎn)原料煤，為了保證原料煤中C元素的利用率及降低爐渣內(nèi)的C含量，氣化爐氧煤比及爐溫會(huì)控制的相對(duì)較高，氣化爐渣口磚上無掛渣；另外氣化爐長(zhǎng)期在高負(fù)荷運(yùn)行，粗煤氣及熔渣的流速增大，渣口磚磨蝕嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生部分耐火磚脫落，一般氣化爐渣口磚在累計(jì)運(yùn)行3000h左右時(shí)即失效，渣口磚失效后，氣化爐托磚板易發(fā)生燒蝕。耐火磚的主要成分Cr2O3、ZrO2，Al2O3，更換耐火磚型號(hào)，增加渣口磚內(nèi)Cr2O3含量，有助于耐火磚抗高溫腐蝕性能，增加ZrO2含量有助于增加耐火磚的抗沖刷性能。同時(shí)更換椎體磚形狀，由“階梯形”改為“雙曲線形”，進(jìn)一步增加渣口磚抗沖蝕性能，改造后渣口磚的使用壽命在4500h左右，完全滿足氣化爐高負(fù)荷，長(zhǎng)周期運(yùn)行兩個(gè)周期。

2.3 激冷環(huán)結(jié)垢易磨穿

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，氣化爐在運(yùn)行60天后，激冷環(huán)易磨穿。

從圖2和圖3表觀可以看出：孔洞邊緣圓滑、鋒利，無腐蝕的點(diǎn)坑現(xiàn)象，無燒蝕的變色現(xiàn)象，且激冷環(huán)內(nèi)分水孔延伸段溝槽明顯，因此激冷環(huán)損壞的原因應(yīng)為沖蝕。停車檢查激冷環(huán)的部分布水孔發(fā)生結(jié)垢，甚至完全堵塞布水孔，導(dǎo)致其他布水孔水流速增大，激冷環(huán)易發(fā)生沖蝕失效。為降低激冷環(huán)的沖蝕，其一是按設(shè)計(jì)嚴(yán)格控制激冷水量，在氣化爐液位能保住的情況下，用盡量低的激冷水量；其二是控制激冷水水質(zhì)，減少激冷水中細(xì)灰的含量，可加大洗滌塔的排黑量；其三聯(lián)系專利商對(duì)激冷環(huán)進(jìn)行改造，擴(kuò)大布水孔直徑，即降低了該處激冷水的流速，又使布水孔結(jié)垢后不至于完全堵塞。經(jīng)過采取以上3點(diǎn)措施，我廠的激冷環(huán)壽命已經(jīng)能達(dá)到12000h。

2.4 燒嘴壽命短

我廠燒嘴尺寸經(jīng)過專利商的多次優(yōu)化，已經(jīng)適應(yīng)高負(fù)荷運(yùn)行，影響燒嘴壽命的主要是原料煤中硫含量，煤中的硫在氣化爐中反應(yīng)后會(huì)生產(chǎn)硫化氫，與燒嘴中的金屬元素生成Ni3S2，此化合物又與金屬內(nèi)部的鎳元素形成低熔點(diǎn)共晶，呈薄膜狀分布與晶界，使金屬產(chǎn)生脆性，燒嘴的端面及盤管腐蝕糟酥，會(huì)影響燒嘴的使用壽命。

我廠使用硫含量高于2～2.5%的高硫原料煤，通常燒嘴壽命在65～75天，我廠也試燒了高硫（4.0%wt）煤及低硫（0.8%wt）煤的混煤，試燒期間，兩臺(tái)氣化爐燒嘴分別高負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行91天及90天后，按計(jì)劃停車檢修，工藝燒嘴經(jīng)供應(yīng)商拆解發(fā)現(xiàn)燒嘴外氧頭水室端面并沒有以往高硫煤運(yùn)行六七十天的燒嘴腐蝕的嚴(yán)重；測(cè)得煤漿噴頭比標(biāo)準(zhǔn)尺寸大10mm，且煤漿噴頭內(nèi)表面被沖刷呈波浪紋狀；冷卻水盤管表面存在大量的腐蝕點(diǎn)群，冷卻水盤管表面有大面積的硫堆積現(xiàn)象。

從混煤期間原煤硫含量的分析數(shù)據(jù)可以看出，混煤的硫含量均值并不高，但煤中硫含量波動(dòng)大?；烀毫蚝烤灯?，因此燒嘴外氧頭水室端面并沒有以往運(yùn)行六七十天的燒嘴腐蝕的嚴(yán)重；煤中硫含量波動(dòng)，當(dāng)煤中硫含量高時(shí)，容易附著在冷卻水盤管上，冷卻水盤管處易積灰，附著的硫不易被工藝氣帶走，因此冷卻水盤管表面存在大量的腐蝕點(diǎn)群，冷卻水盤管腐蝕嚴(yán)重。

測(cè)得煤漿噴頭比標(biāo)準(zhǔn)尺寸大10mm，且煤漿噴頭內(nèi)表面被沖刷呈波浪紋狀，符合燒嘴長(zhǎng)周期運(yùn)行的狀態(tài)，為了解決該問題，聯(lián)系了燒嘴供應(yīng)商確定可以在燒嘴煤漿頭增加了耐磨襯套，防止煤漿頭內(nèi)表面被沖刷呈波浪紋磚后，燒嘴發(fā)生偏噴，損壞耐火磚。

3 結(jié)論及建議

水煤漿氣化爐在設(shè)計(jì)操作負(fù)荷110%連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行90天以上，燒嘴壽命依然是需要我們亟待解決的問題，通過摻燒低硫煤或原料煤全部采用低硫煤是延長(zhǎng)燒嘴壽命的有效措施。另外開發(fā)耐高溫、耐硫材質(zhì)燒嘴是未來水煤漿氣化燒嘴發(fā)展的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳永獻(xiàn).德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)存在問題探討[J].河南化工，2005（11）：46-47.

[2]王旭賓.德士古煤氣化工程技術(shù)問題探討[J].化肥工業(yè)，2004（2）：38-41.

[3]王文偉.德士古煤氣化與華理四噴嘴煤氣化技術(shù)比較[J].內(nèi)蒙古石油化工，2013（17）：118-120.