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        氣化爐堵渣問(wèn)題及解決

        2021-11-10 02:17:48陳倩倩何曉方孫東柏
        氮肥與合成氣 2021年11期
        關(guān)鍵詞:工藝

        陳倩倩,何曉方,孫東柏,傅 超

        (萬(wàn)華化學(xué)(寧波)有限公司, 浙江寧波 315812)

        1 背景介紹

        1.1 煤氣化工藝反應(yīng)流程

        氣化工序大煤漿槽(V0701)內(nèi)的煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58%~65%,經(jīng)過(guò)2臺(tái)高壓煤漿泵(P0701)后與林德高壓氧氣一起進(jìn)入工藝燒嘴,噴射進(jìn)入氣化爐(F0701)(操作壓力為5.8~6.5 MPa,溫度為1 100~1 300 ℃),發(fā)生部分氧化反應(yīng),生成以CO(體積分?jǐn)?shù)為43%~51%)、H2(體積分?jǐn)?shù)為30%~40%)、CO2(體積分?jǐn)?shù)為12%~20%)為主要成分的粗合成氣。粗合成氣與熔融狀態(tài)的渣通過(guò)燃燒室下部的渣口和激冷環(huán)后進(jìn)入下降管,之后進(jìn)入激冷室。合成氣經(jīng)激冷水冷卻后,通過(guò)激冷室上部的出口管進(jìn)入旋風(fēng)分離器(Y0701)和水洗塔(T0701)中進(jìn)行后續(xù)處理,灰渣經(jīng)過(guò)冷卻后凝固為固態(tài),再通過(guò)靜態(tài)破渣器破碎后進(jìn)入鎖斗(V0707),再定期排入渣池(V0709)。排渣流程及氣化爐結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖見圖1。

        圖1 排渣流程及氣化爐結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖

        1.2 氣化爐堵渣異常

        案例1:2018年11月29日中班,F(xiàn)0701A使用神華511(1127批次)煤時(shí)出現(xiàn)堵渣現(xiàn)象,經(jīng)反復(fù)處理后,12月2日白班F0701A持續(xù)堵渣,影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。工藝人員手動(dòng)停車后,對(duì)其檢修。

        案例2:2019年2月3日,F(xiàn)0701B使用神華511(0103批次)煤時(shí)出現(xiàn)堵渣現(xiàn)象。工藝人員使用高壓灰水多次反沖后無(wú)效,進(jìn)行氣化爐切氣降壓處理,氣化爐壓力降至2.0 MPa后,仍無(wú)法疏通排渣路線,工藝人員手動(dòng)停車。

        案例3:2020年1月1日,F(xiàn)0701C使用神華515(1027批次)煤時(shí)出現(xiàn)堵渣現(xiàn)象。工藝人員現(xiàn)場(chǎng)堵渣處理后,避免停車。

        案例4:2020年2月9日,F(xiàn)0701C使用神華515(0108批次)煤時(shí)出現(xiàn)堵渣現(xiàn)象。工藝人員及時(shí)聯(lián)系碼頭將原煤更換為神華515(1020批次),3 h后氣化爐堵渣情況出現(xiàn)好轉(zhuǎn),避免停車。

        1.3 氣化爐堵渣現(xiàn)象與判斷

        經(jīng)過(guò)理論分析與氣化爐內(nèi)實(shí)際觀察,發(fā)現(xiàn)堵渣大多數(shù)發(fā)生在氣化爐渣口處,一旦堵渣,相關(guān)參數(shù)就會(huì)變化。

        1.3.1 CO體積分?jǐn)?shù)升高

        堵渣前后工藝氣中CO體積分?jǐn)?shù)變化見圖2。

        圖2 堵渣前后工藝氣中CO體積分?jǐn)?shù)變化情況

        由圖2可知:氣化爐正常運(yùn)行時(shí),合成氣中CO體積分?jǐn)?shù)為45%~48.5%;堵渣時(shí),CO體積分?jǐn)?shù)為49%~53%。

        氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),工藝氣各成分含量基本恒定不變。堵渣后,渣口流通面積減小,導(dǎo)致反應(yīng)物在燃燒室停留時(shí)間增加,更多的CO2參加副反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO。由在線觀察分析可知:CO2體積分?jǐn)?shù)降低,CO體積分?jǐn)?shù)升高且速率較快。合成氣中CO體積分?jǐn)?shù)顯著升高是判斷是否出現(xiàn)堵渣的重要參考依據(jù)[1]。

        1.3.2 氣化爐渣口壓差波動(dòng)

        堵渣前后渣口壓差(PDI-0706)變化趨勢(shì)見圖3。

        圖3 堵渣前后渣口壓差變化趨勢(shì)

        由圖3可知:由于堵渣初期渣口未完全堵死,PDI-0706會(huì)出現(xiàn)不明顯波動(dòng),是體現(xiàn)氣化爐燃燒室與激冷室之間是否通暢的指標(biāo)。

        1.3.3 鎖斗運(yùn)行異常

        當(dāng)出現(xiàn)CO體積分?jǐn)?shù)升高及PDI-0706波動(dòng)時(shí),工藝人員會(huì)通過(guò)提高氧煤比來(lái)升高爐溫,進(jìn)而使渣口的灰渣熔化排出。但在熔渣過(guò)程中,有可能出現(xiàn)大塊灰渣掉落,造成鎖斗堵塞。此時(shí)鎖斗運(yùn)行參數(shù)會(huì)出現(xiàn)異常。

        (1) 鎖斗壓差(PDI-0709)下降,P0703出口流量(FI-0713)降低?;以氯赩0707中會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水流動(dòng)不暢,表現(xiàn)為FI-0713下降以及PDI-0709降低,最低時(shí)為-0.2 MPa。嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致鎖斗閥門(KV0709)聯(lián)鎖關(guān)閉,鎖斗循環(huán)無(wú)法建立。

        (2) 排渣時(shí)V0707溫度變化不明顯,撈渣機(jī)(L0701)電流波動(dòng)幅度下降。氣化爐正常排渣時(shí),V0707上層溫度(TI-0711)會(huì)顯著上升;氣化爐處于集渣狀態(tài)時(shí),鎖斗中的灰渣逐漸下沉,使V0707下層溫度(TI-0712)逐漸上升。發(fā)生堵渣時(shí),由于氣化爐中的灰渣無(wú)法排入V0707中,導(dǎo)致TI-07111和TI-0712不會(huì)明顯上升。故可以通過(guò)TI-0712上升來(lái)判斷V0707是否出現(xiàn)堵渣。

        氣化爐正常排渣過(guò)程中,V0707中的渣排至V0709后,L0701將固態(tài)的灰渣撈出。因氣化爐周期性排渣,所以L0701的電流也會(huì)出現(xiàn)周期性上漲。堵渣發(fā)生后,因灰渣堵在V0707中,無(wú)法全部進(jìn)入V0709,故L0701的電流波動(dòng)幅度會(huì)明顯下降。

        (3) 氣化爐正常排渣時(shí),進(jìn)入V0709中的渣其粒度均勻,直徑在5 mm左右,表面光滑,灰量占總渣量的50%(體積分?jǐn)?shù))以上。

        堵渣時(shí),有少量拉絲現(xiàn)象,渣量適中或偏小,說(shuō)明渣的流動(dòng)性變差,渣口出現(xiàn)堵塞,呈不規(guī)則狀;拉絲較多甚至呈巖棉狀,無(wú)成型渣塊或渣粒,且數(shù)量偏多,說(shuō)明渣口或下降管已堵塞且較嚴(yán)重;渣量較少,存在大塊且拉絲較多,說(shuō)明在堵渣處理過(guò)程中有少量渣落下,處理效果不明顯。

        1.4 堵渣后工藝處理措施

        1.4.1 提溫熔渣處理

        氣化爐出現(xiàn)堵渣后,工藝人員要緩慢提高氣化爐溫度進(jìn)行熔渣處理,避免大塊灰渣突然落下,使堵渣情況惡化。具體操作為中控人員調(diào)節(jié)氧氣流量,增大氧煤比使?fàn)t膛溫度升高,觀察各項(xiàng)參數(shù)(如PDI-0706、工藝氣成分等)的變化?,F(xiàn)場(chǎng)人員需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)氣化爐爐壁溫度及拱頂溫度,防止超溫現(xiàn)象,在爐壁溫度接近設(shè)計(jì)高限時(shí)必須停車處理。中控提溫過(guò)程中,灰渣易堵塞在氣化爐與鎖斗管道鎖渣閥之間,要做好應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備。

        1.4.2 V0707手動(dòng)狀態(tài)處理

        (1) 增大KV0708/KV0709之間反沖洗水量。

        中控人員關(guān)閉除KV0708/KV0709以外的所有鎖渣閥,現(xiàn)場(chǎng)人員確認(rèn)KV0717前手閥全開后,中控人員打開KV0717及KV0708/KV0709之間的反沖洗水閥,用最大量向上反沖,一般持續(xù)10 min。沖洗后投用集渣,觀察沖洗效果。為保證達(dá)到最大沖洗水量,需要現(xiàn)場(chǎng)人員啟動(dòng)備用泵(P0801)。同時(shí)中控人員需要將氣化爐液位計(jì)聯(lián)鎖摘除,避免沖洗過(guò)程中氣化爐液位計(jì)波動(dòng)造成氣化爐異常停車。

        (2) 間歇性鎖斗高壓反沖,提高F0701與V0707壓差。

        中控人員將除KV0708以外所有鎖渣閥關(guān)閉;打開KV0717給鎖斗充壓,壓力至8 MPa以上后打開KV0709;待壓力降低后,關(guān)閉KV0709;重復(fù)上述操作10次以上后投用集渣,觀察處理效果。

        若處理效果不佳,則打開KV0709,關(guān)閉KV0708,給V0707充壓后,打開KV0708,待壓力下降后,關(guān)閉KV0708。重復(fù)10次以上后投用集渣,觀察處理效果。

        (3) 氣化爐降負(fù)荷,降壓后進(jìn)行反沖。

        以上操作無(wú)效時(shí)需要降低氣化爐負(fù)荷,進(jìn)行氣化爐切氣降壓(至3.0~4.0 MPa)操作,目的是進(jìn)一步提高氣化爐與V0707之間壓差,提高反沖洗效果。降壓操作時(shí),氣化爐運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較高,中控人員應(yīng)關(guān)注大煤漿泵出口壓力以及流量變化,及時(shí)調(diào)整氧煤比。同時(shí),關(guān)注P0705入口溫度、入口流量及泵電流變化,防止低壓運(yùn)行時(shí)激冷水泵運(yùn)行異常。氣化爐長(zhǎng)期未排渣,利用大量水進(jìn)行反沖時(shí),沖洗水有可能通過(guò)燃燒室氣相出口進(jìn)入Y0701中,所以需要注意高壓閃蒸系統(tǒng)溫度和壓力。

        1.5 氣化爐堵渣原因

        1.5.1 氣化爐操作溫度

        爐溫偏低導(dǎo)致灰渣流動(dòng)性不好。根據(jù)灰渣的黏溫特性曲線可知:爐溫偏低時(shí),灰渣的黏度較高、流動(dòng)性較差[2],在爐壁及渣口處無(wú)法順利流下,產(chǎn)生堆積;當(dāng)爐壁的灰渣積累到一定厚度時(shí),在重力和流體沖刷的雙重作用下,大塊的灰渣會(huì)掉落,使渣口流通面積進(jìn)一步減小。

        因氣化爐負(fù)荷調(diào)整過(guò)快引起爐溫波動(dòng)較大,以及新煤的灰渣黏溫特性曲線發(fā)生變化導(dǎo)致溫度控制出現(xiàn)偏差,均會(huì)對(duì)氣化爐排渣情況造成影響。

        1.5.2 原煤因素

        由于操作要求略高于灰熔點(diǎn)30~50 ℃,灰分高、灰熔點(diǎn)高時(shí)[3-4],溫度很難把握,而且灰渣含量較平時(shí)大。如溫度稍低,渣流動(dòng)變慢,易在渣口聚集,影響排渣。

        針對(duì)案例1,對(duì)異常原煤(1127批次)與正常原煤(1025批次)取樣并委外進(jìn)行黏溫特性分析發(fā)現(xiàn):1127批次煤的黏溫特性曲線斜率較大;臨界溫度(牛頓流體流動(dòng)狀態(tài))較1025批次煤高12 ℃,操作彈性差(見圖4)。

        圖4 黏溫特性對(duì)比曲線圖

        大塊灰渣掉落過(guò)程中造成破渣器損壞。案例1中,氣化爐堵渣停車后檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)破渣器頂部被砸斷,積渣較多。

        2 改進(jìn)措施

        2.1 原煤控制

        制定煤使用流程:原煤到貨后,進(jìn)行原煤全分析、灰組分檢測(cè)、黏溫特性分析;根據(jù)數(shù)據(jù),由工程師制定爐溫控制標(biāo)準(zhǔn);新煤試燒3 d后進(jìn)行新煤適用評(píng)估;差煤時(shí)需進(jìn)行摻兌。

        2.2 統(tǒng)一氣化爐工藝操作標(biāo)準(zhǔn)

        針對(duì)操作人員不固定、操作標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的情況,工程師應(yīng)根據(jù)每批次煤的黏溫特性測(cè)試報(bào)告下達(dá)氣化爐操作溫度控制標(biāo)準(zhǔn),明確甲烷控制范圍,進(jìn)而穩(wěn)定氣化爐溫度,控制灰渣流動(dòng)。

        氣化爐調(diào)整負(fù)荷時(shí)間控制在10 min以內(nèi),負(fù)荷調(diào)整時(shí)增減一個(gè)煤漿泵變頻,同時(shí)及時(shí)調(diào)整氧氣量,控制工藝氣甲烷體積分?jǐn)?shù)在200×10-6內(nèi)波動(dòng)。防止氣化爐爐溫波動(dòng)造成氣化爐堵渣。

        根據(jù)氣化爐運(yùn)行情況,制定煤漿濃度及黏度控制標(biāo)準(zhǔn),保證煤漿質(zhì)量。

        2.3 氣化爐靜態(tài)破渣器改善

        靜態(tài)破渣器工作原理:灰渣進(jìn)入洗滌水中后,粒徑大于150 mm的灰渣在重力和水的湍動(dòng)作用下沿靜態(tài)破渣器柵格斜面向下滾動(dòng);借助水的湍動(dòng)和靜態(tài)破渣器的棱角將其破碎,未被破碎的灰渣(一般量不大)被柵格攔截,堆積于靜態(tài)破渣錐的底部,通過(guò)檢修時(shí)將其清除。另外,在洗滌冷卻管與靜態(tài)破渣器之間的渣水因受氣泡的擾動(dòng)而湍動(dòng)得相當(dāng)劇烈,借助渣水的流動(dòng)可以將灰渣松散地堆積在靜態(tài)破渣器柵格上(有利于細(xì)渣集體下沉),大塊的灰渣在不斷擾動(dòng)中與棱錐碰撞而破碎。

        靜態(tài)破渣器可以破除蓬松的渣,但部分大塊的灰渣無(wú)法被破碎,會(huì)在靜態(tài)破渣器上堆積堵塞。

        案例1中,F(xiàn)0701A停車檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)靜態(tài)破渣器上部被砸壞。為此將靜態(tài)破渣器由鐵環(huán)式改為鋼板式,減小其受力面積并增大壓強(qiáng),更利于渣的破碎(見圖5和圖6)。同時(shí)增加靜態(tài)破渣器強(qiáng)度,避免損壞。

        圖5 鐵環(huán)式靜態(tài)破渣器

        圖6 鋼板式靜態(tài)破渣器

        2.4 鎖斗反沖管線改造

        鎖渣系統(tǒng)中,原始設(shè)計(jì)鎖斗反沖管道管徑為DN50,在實(shí)際使用過(guò)程中,當(dāng)鎖斗堵渣時(shí),管道流量低,反沖效果不明顯。2019年大修時(shí)對(duì)反沖洗管道進(jìn)行以下變動(dòng):

        (1) 將原有P0801至鎖斗管道管徑由DN50改為DN80,并在擴(kuò)徑后的管道上增加程控閥門,便于中控及時(shí)操作。

        (2) 在高壓氮罐(V0702)處引出一股N132,接至KV0708/KV0709之間作為備用反沖管道,并配備程控閥與“8”字盲板、安全閥等安全附件。

        (3) 增加超壓保護(hù)邏輯,在KV0708與KV0709同時(shí)關(guān)閉或KV0709打開時(shí),當(dāng)PI0710B1大于7.1 MPa,N132反沖洗閥門(XV07102)聯(lián)鎖關(guān)閉。

        制定原煤使用方案以及處理措施,堵渣現(xiàn)象得到改善。因?yàn)槭褂玫讓用阂约案鼡Q煤,氣化爐2018年堵渣多達(dá)13次,造成2次停車。后經(jīng)過(guò)改善,2019年堵渣次數(shù)明顯減少。

        5 結(jié)語(yǔ)

        要從多方面分析氣化爐堵渣原因,并進(jìn)行綜合改善。2016年至今,氣化爐堵渣頻繁出現(xiàn),工藝人員把控原煤以解決原煤成分對(duì)氣化爐運(yùn)行的影響;及時(shí)關(guān)注氣化爐運(yùn)行參數(shù),根據(jù)參數(shù)變化下達(dá)爐溫控制指令;根據(jù)檢修進(jìn)度改善設(shè)備,進(jìn)一步減少氣化爐堵渣異常的發(fā)生;完善堵渣異常處理操作規(guī)程,使員工有章可循。只有在氣化爐運(yùn)行過(guò)程中不斷嘗試和改進(jìn),才能實(shí)現(xiàn)裝置的高效生產(chǎn),提高裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。

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