王鵬山， 李忠勇

(陜西長(zhǎng)青能源化工有限公司， 陜西寶雞 721400)

煤氣化技術(shù)是煤炭清潔轉(zhuǎn)化的核心技術(shù)之一，是發(fā)展煤基化學(xué)品、煤基液體燃料等過(guò)程工業(yè)的基礎(chǔ)。目前，無(wú)論是粉煤氣化技術(shù)還是水煤漿氣化技術(shù)，原料煤在氣化爐內(nèi)燃燒反應(yīng)生成的水煤氣中都含有大量的碳灰。通過(guò)洗滌塔水浴和足夠的氣液分離空間，可以使水煤氣中的固體顆粒分離出來(lái)，達(dá)到洗滌水煤氣的效果[1-2]。水煤氣洗滌后產(chǎn)生高含固量的黑水，排放至渣水閃蒸及沉降系統(tǒng)處理后循環(huán)使用。

陜西長(zhǎng)青能源化工有限公司60萬(wàn)t/a甲醇項(xiàng)目使用德士古水煤漿氣化工藝，在工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，洗滌塔的排黑管線(xiàn)在氣化爐投料后經(jīng)常出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響氣化爐系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。因此，筆者對(duì)影響洗滌塔排黑管線(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的原因進(jìn)行分析，并提出解決方案。

1 工藝流程

氣化爐系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。

H1301—破渣機(jī)； F1301—?dú)饣癄t; V1309—渣池； XV1336—激冷水過(guò)濾器底排黑切斷閥; TI1315—?dú)饣癄t工藝氣出口溫度計(jì); PI1322—?dú)饣癄t工藝氣出口壓力表; PI1336—激冷水過(guò)濾器壓力表; FIC1332—激冷水流量計(jì); P1306—激冷水泵； J1303—文丘里噴射洗滌器； C1301—洗滌塔； V1401—高壓閃蒸罐; LIC1331—洗滌塔液位計(jì); TI1319—洗滌塔排黑溫度計(jì)。圖1 氣化爐系統(tǒng)工藝流程

原料在氣化爐(F1301)燃燒室內(nèi)(溫度為1 350 ℃、壓力為6.5 MPa)進(jìn)行氣化反應(yīng)，從燃燒室出來(lái)的工藝氣與熔融狀態(tài)的灰渣通過(guò)下降管進(jìn)入激冷室，工藝氣被來(lái)自激冷環(huán)的灰水(溫度為245 ℃、壓力為7.1 MPa、質(zhì)量流量為530 t/h)激冷洗滌。

下降管上部有激冷環(huán)，下部浸入水浴中，工藝氣在水中冷激至露點(diǎn)以下，然后攜帶飽和水蒸氣及微量碳黑沿下降管與上升管之間的環(huán)隙上升出激冷室。同時(shí)，大部分煤灰及殘?zhí)家曰以问奖幌礈煜聛?lái)，根據(jù)灰渣粒度以2種形式排出：粗渣和部分黑水從鎖斗排放，細(xì)渣和黑水送去閃蒸系統(tǒng)進(jìn)行處理。在激冷室工藝氣出口處設(shè)有高溫冷凝液洗滌水，以防止灰渣在出口管累積堵塞，并將出激冷室的工藝氣進(jìn)行增濕處理，然后在文丘里噴射洗滌器(J1303)中與來(lái)自激冷水泵(P1306)分支的灰水(溫度為245 ℃、壓力為7.1 MPa、質(zhì)量流量為150 t/h)充分混合后進(jìn)入洗滌塔(C1301)。工藝氣沿下降管進(jìn)入洗滌塔塔底的水浴中，夾帶的細(xì)灰在洗滌塔水浴中與水充分接觸而被除去，工藝氣向上穿過(guò)水層，沿下降管和上升管的環(huán)隙向上經(jīng)過(guò)升氣罩折流后，穿過(guò)4層沖擊式塔板，再次被高壓工藝?yán)淠合礈斐堄嗟募?xì)灰，然后進(jìn)入塔頂折流式除沫器，送入變換工段。

洗滌塔底部大部分灰水(溫度為244 ℃、壓力為6.3 MPa、質(zhì)量流量為680 t/h)分兩路，一路由激冷水泵通過(guò)激冷水過(guò)濾器(X1306)將大顆粒渣過(guò)濾后送入氣化爐激冷環(huán)，另一路灰水(溫度為244 ℃、壓力為6.3 MPa、質(zhì)量流量為150 t/h)進(jìn)入文丘里噴射洗滌器，潤(rùn)濕洗滌氣化爐送到洗滌塔的工藝氣。洗滌塔底部小部分黑水(溫度為244 ℃、壓力為6.3 MPa、質(zhì)量流量為30 t/h)含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，從洗滌塔底部排出送去閃蒸系統(tǒng)進(jìn)行處理。

2 排黑管線(xiàn)堵塞對(duì)系統(tǒng)的影響

洗滌塔排黑管線(xiàn)在開(kāi)車(chē)階段堵塞后，工藝氣中夾帶的細(xì)灰通過(guò)洗滌塔水浴后無(wú)法排出，在洗滌塔底部聚積沉淀，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患，需要系統(tǒng)停車(chē)進(jìn)行檢修清理，嚴(yán)重制約了系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行[3-4]。具體表現(xiàn)為：

(1) 當(dāng)洗滌塔底部灰渣聚積到洗滌塔液位計(jì)正壓端時(shí)，會(huì)堵塞液位計(jì)正壓端取壓管并結(jié)塊，導(dǎo)致液位計(jì)顯示不準(zhǔn)。運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣化爐運(yùn)行至80 d左右時(shí)洗滌塔3個(gè)液位計(jì)均顯示不準(zhǔn)，顯示偏差較大。此時(shí)用液位計(jì)膜盒沖洗水進(jìn)行沖洗時(shí)，沖洗水無(wú)法注入，沖洗效果不明顯，導(dǎo)致中控室操作人員無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)控洗滌塔液位。當(dāng)洗滌塔液位過(guò)高時(shí)工藝氣帶水，嚴(yán)重時(shí)損壞變換系統(tǒng)催化劑觸媒；當(dāng)洗滌塔液位過(guò)低時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致激冷水泵吸入量不足，部分液態(tài)水在激冷水泵吸入口處汽化產(chǎn)生氣泡，產(chǎn)生的氣泡隨著激冷水進(jìn)入泵葉輪處(從低壓區(qū)到高壓區(qū))，此時(shí)氣泡急劇收縮凝結(jié)為液態(tài)，其周?chē)囊后w以極高的速度沖向原氣泡所占空間，產(chǎn)生高強(qiáng)度的沖擊波，沖擊葉輪和泵殼，發(fā)出噪聲、引起振動(dòng)，同時(shí)激冷水泵汽蝕會(huì)造成激冷環(huán)缺水，高溫熔融渣與激冷環(huán)、下降管直接接觸，損壞氣化爐內(nèi)件。

(2) 當(dāng)洗滌塔底部灰渣積聚到激冷水泵在洗滌塔內(nèi)的吸入口時(shí)，水帶著細(xì)渣進(jìn)入激冷水泵入口，在入口管線(xiàn)內(nèi)沉淀，產(chǎn)生硬塊(見(jiàn)圖2)。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，激冷水泵吸入量不足，使泵吸入口處高溫水部分汽化，發(fā)生汽蝕，損壞激冷水泵、激冷環(huán)、下降管。

圖2 激冷水泵入口清理出積渣

(3) 當(dāng)洗滌塔底部灰渣積聚到激冷水泵吸入口時(shí)，水帶著渣進(jìn)入激冷水泵入口，通過(guò)激冷水泵加壓后經(jīng)過(guò)激冷水過(guò)濾器過(guò)濾大顆粒后送至氣化爐激冷環(huán)。系統(tǒng)運(yùn)行至后期時(shí)，激冷水過(guò)濾器頻繁堵塞造成過(guò)濾器壓差高引起激冷水量不足。此時(shí)激冷水量無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)負(fù)荷要求，需要系統(tǒng)減負(fù)荷操作或停車(chē)處理；同時(shí)，由于激冷水中固含量增加，高流速的激冷水中夾帶的灰渣對(duì)激冷環(huán)噴孔和內(nèi)環(huán)管沖刷加劇，造成內(nèi)環(huán)管沖刷泄漏(見(jiàn)圖3)，引起熔融的灰渣在內(nèi)環(huán)管處冷凝結(jié)塊，出現(xiàn)渣口堵塞現(xiàn)象，使氣化爐產(chǎn)生的有效氣量明顯降低，縮短了激冷環(huán)的使用壽命。

圖3 激冷環(huán)沖刷

3 排黑管線(xiàn)堵塞原因分析

該排黑管線(xiàn)堵塞主要發(fā)生在開(kāi)車(chē)過(guò)程中，原因有2個(gè)方面：(1) 氣化爐在運(yùn)行過(guò)程中工藝氣中夾帶的細(xì)灰沉降、吸附在工藝氣管道和洗滌塔內(nèi)壁，形成垢片，在開(kāi)停車(chē)過(guò)程中工藝氣管道和洗滌塔內(nèi)壁的垢片因?yàn)闊崦浝淇s而脫落；(2) 氣化爐投料時(shí)燃燒室內(nèi)部爆燃引起設(shè)備及管道的輕微振動(dòng)，導(dǎo)致垢片脫落。

氣化爐在投料后煤和氧氣燃燒反應(yīng)生成水煤氣。大流量、高流速的水煤氣在通過(guò)工藝氣管線(xiàn)時(shí)將脫落的垢片帶入洗滌塔。大量的垢片在極短的時(shí)間內(nèi)積聚在洗滌塔底部，通過(guò)洗滌塔排黑管線(xiàn)輸送至高壓閃蒸罐時(shí)將管線(xiàn)堵塞。

4 解決方案

改造后的洗滌塔排黑管線(xiàn)流程見(jiàn)圖4。

XV1334—切斷閥； FV1401—洗滌塔排黑流量調(diào)節(jié)閥; XV1380—洗滌塔排黑到撈渣機(jī)切斷閥。

4.1 改造彎頭

在管線(xiàn)出現(xiàn)堵塞停車(chē)后對(duì)管線(xiàn)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)彎頭位置處特別容易積渣。氣化爐投料后洗滌塔開(kāi)始排黑水，黑水中夾帶洗滌塔底部的垢片排至高壓閃蒸系統(tǒng)。排黑過(guò)程中，彎頭位置阻力大，黑水中的塊渣容易在彎頭位置擁堵而聚集，從而堵塞管道，在系統(tǒng)運(yùn)行期間無(wú)法將洗滌塔底部產(chǎn)生的灰渣排出。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)排黑管線(xiàn)切斷閥(XV1334)前后2個(gè)直角彎頭易堵塞，為減少?gòu)濐^處的阻力，將其更換為大半徑彎頭(10D彎頭)，改造后未再發(fā)現(xiàn)彎頭位置堵塞的現(xiàn)象。

4.2 增加臨時(shí)排放管線(xiàn)

投料后短時(shí)間內(nèi)大量的垢片進(jìn)入洗滌塔，并通過(guò)洗滌塔排放。洗滌塔排放管線(xiàn)在低壓階段流速低、流量小，導(dǎo)致垢片容易在管道內(nèi)沉淀發(fā)生堵塞。針對(duì)該情況，增加去撈渣機(jī)的臨時(shí)排放管線(xiàn)，在投料前將該管線(xiàn)閥門(mén)打開(kāi)。開(kāi)車(chē)投料過(guò)程中大流量的水?dāng)y帶垢片排放到撈渣機(jī)，防止垢片堵塞洗滌塔排黑流量調(diào)節(jié)閥(FV1401)。

4.3 增加角閥副線(xiàn)

洗滌塔排黑流量通過(guò)角閥控制，角閥流通底座為DN20，當(dāng)管道中的垢片流過(guò)角閥底座時(shí)，容易堵塞角閥底座。針對(duì)該情況，將洗滌塔排黑管線(xiàn)在渣水工段與角閥(LV1401-2)底部管線(xiàn)連接，將管道內(nèi)的垢片在開(kāi)車(chē)后通過(guò)該排放口進(jìn)行排放，以防止渣堵塞角閥。開(kāi)車(chē)階段在系統(tǒng)壓力升至1.0 MPa時(shí)關(guān)閉洗滌塔排水撈渣機(jī)切斷閥，打開(kāi)進(jìn)洗滌塔排黑流量調(diào)節(jié)閥底部緩沖罐手閥直接排進(jìn)高壓閃蒸罐，待排水正常后關(guān)閉排水進(jìn)洗滌塔排黑流量調(diào)節(jié)閥底部緩沖罐手閥，打開(kāi)洗滌塔排黑流量調(diào)節(jié)閥控制洗滌塔排水量，通過(guò)洗滌塔排黑流量調(diào)節(jié)閥減壓進(jìn)入高壓閃蒸罐進(jìn)行正常排放。

4.4 增設(shè)沖洗水

在洗滌塔排黑管線(xiàn)切斷閥后增加高壓沖洗水，沖洗水壓力為9.0 MPa。在氣化爐開(kāi)停車(chē)階段可利用該沖洗水將開(kāi)車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)堵塞的位置進(jìn)行充壓疏通。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)洗滌塔排黑管線(xiàn)進(jìn)行了優(yōu)化改造，改造后運(yùn)行2 a來(lái)未發(fā)生過(guò)堵塞現(xiàn)象，排黑管線(xiàn)運(yùn)行良好，洗滌塔底部無(wú)積渣，洗滌塔液位計(jì)運(yùn)行工況良好，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，成功地將氣化爐運(yùn)行周期從70 d提高到140 d，提高了氣化爐運(yùn)行效率。