馮海平

(河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600)

煤氣化裝置是煤化工行業(yè)由煤轉化為合成氣的中間核心裝置。河南龍宇煤化工有限公司二期煤氣化裝置采用中國五環(huán)工程有限公司與河南能源化工集團公司自主設計、具有自主知識產(chǎn)權的五環(huán)爐干粉煤氣化工藝技術，經(jīng)過多年來的開車運行實踐和技改實施，至2021年底，實現(xiàn)五環(huán)爐A級安全穩(wěn)定運行288 d，最高運行負荷為102%。

1 五環(huán)爐工藝流程

五環(huán)爐工藝屬于粉煤氣流床氣化工藝，采用液態(tài)排渣、濕法除灰、激冷壓縮氣激冷等工藝，具有碳轉化率高、煤種適應范圍廣、熱效率高、安全環(huán)保系數(shù)高等特點[1-2]。五環(huán)爐工藝流程見圖1。

圖1 五環(huán)爐工藝流程

來自備煤系統(tǒng)的原料煤通過皮帶輸送至磨煤機和熱風爐，通過碾磨和干燥后的合格煤粉(粒徑在10～90 μm的煤粉質量分數(shù)為70%～85%，水分質量分數(shù)<2%)送至煤粉加壓輸送系統(tǒng)后，進入氣化爐與氧氣發(fā)生一系列反應(溫度為1 400～1 600 ℃)生成高溫合成氣。高溫合成氣上升到激冷室被壓縮機來的激冷氣冷卻后，經(jīng)激冷罐冷卻洗滌，再次進入洗滌塔除塵、洗滌、冷卻，然后送至下游變換裝置。通過激冷罐和洗滌塔洗滌后的黑水送入閃蒸黑水處理系統(tǒng)和除氟系統(tǒng)再次處理，泥漿經(jīng)過臥式離心機和壓濾機處理，干凈的濾液返回系統(tǒng)再次使用，煤泥則作為環(huán)保磚的原材料。

經(jīng)過反應室反應后的熔融狀的渣，通過水冷壁、渣屏流入渣池，經(jīng)過噴水淬冷后形成玻璃絲狀細小的渣，經(jīng)過破渣機、渣收集器、渣鎖斗、撈渣機、皮帶輸送至界外。

2 激冷罐概況

2.1 結構和原理

激冷罐由外殼、下降管、上升管、底錐、人孔、遠傳液位計和溫度計、現(xiàn)場液位計、排水管組成，上部與輸氣彎管連接(見圖2)[3]。

2.2 作用

來自氣化爐激冷后約650 ℃的合成氣通過下降管進入水浴，經(jīng)過洗滌、降溫、除塵后，190 ℃左右的合成氣通過上升管，再次經(jīng)來自濕洗塔的激冷水洗滌后，進入合成氣管道去濕洗塔。洗滌后的黑水分兩股，一股在底錐正下方連接DN150管排入中壓閃蒸罐，另一股通過激冷罐中部DN300管排入中壓閃蒸罐[4]。激冷罐工藝流程見圖3。

圖2 激冷罐結構

37LV0009、37FV0006—高壓灰水緩沖罐。

3 激冷罐常見問題

3.1 排水管線不暢

激冷罐排水管線由兩部分組成。洗滌后的黑水分2股，一股在底錐正下方連接DN150管，通過高壓灰水緩沖罐37FV0006減壓后進入中壓閃蒸罐，另一股在激冷罐中部通過DN300管后經(jīng)過高壓灰水緩沖罐37LV0009排入中壓閃蒸罐。

當2股管線中1股管線不暢時，該管線流量減小，管線壓力和溫度降低。分析原因為：(1) 管道內壁垢片脫落后，堵塞管道；(2) 激冷罐內的泥塊聚集進入管道；(3) 角閥處卡澀；(4) 角閥閥芯脫落。

對此可以采取以下措施：(1) 逐漸開大對應管道上的角閥，來回反復動作，使垢片、大泥塊通過；(2) 通過現(xiàn)場敲擊管線，使聚集的泥塊振動疏松后恢復管線通暢；(3) 提高儀表氣源壓力，確保角閥開關正常；(4) 停車檢修，拆檢更換閥門。

2股管線由通暢到堵死期間的關鍵參數(shù)變化見表1。由表1可以看出：當2股管線都不暢通時，37FV0006管線壓力由2.97 MPa逐漸下降。來回調整37FV0006閥門，并通知現(xiàn)場敲擊管線，效果不明顯。隨后出現(xiàn)激冷罐、濕洗塔、去變換粗煤氣分離器液位上漲，導致工況大幅波動，激冷罐、濕洗塔、變換粗煤氣分離器帶液。由于激冷罐液位上漲較快，導致合成氣不能順暢地排出。氣化爐溫度上漲較快，最高上漲至702 ℃；激冷量大幅降低，壓縮機電流減小、振值上漲；氣化爐壓力上漲，總壓差上漲；汽包壓力升高，液位降低；蒸汽產(chǎn)量增高。當激冷罐的水被帶出后，氣化爐溫度大幅降低至450 ℃。

表1 管線不暢到堵死前后關鍵參數(shù)變化

分析原因為：(1) 隨著運行時間的延長，管道內壁垢片增加，內徑縮小，堅硬的垢片突然脫落，導致管道內徑縮小，通流量降低；(2) 激冷罐內積泥較多，順著管道流入，管徑縮小。

對此可以采取以下處理措施：(1) 短時間內為了維持系統(tǒng)運行，可以逐步減小去系統(tǒng)的水量，形成新的水平衡；(2) 現(xiàn)場敲擊管線；(3) 系統(tǒng)降低負荷，減少氣量；(4) 減小閃蒸系統(tǒng)壓力，增大壓差，利用背壓加快剩余通道內黑水的流動。

3.2 激冷罐出口積灰

氣化爐壓差上漲較快，系統(tǒng)總壓差上漲。

分析原因為：原設計煤氣化后經(jīng)過激冷后的合成氣，通過輸氣彎管向激冷罐輸送時，由于設計激冷段入口口徑大，合成氣流速低，進入激冷罐水浴后，上升至激冷段頂部的大量水汽與高溫合成氣碰撞造成激冷罐頂部積灰，導致合成氣通道減小，最低減小至原通道的15%左右，氣化爐至輸氣彎管處壓差增大，同時導致氣化爐膜式壁因合成氣偏吹出現(xiàn)泄漏的情況時有發(fā)生。

對此可以采取以下處理措施：在激冷罐入口膜式壁上增加縮口(見圖4)，口徑由999 mm縮至500 mm(具體采用 825 的鎳基鋼板,厚度為 8 mm)，使合成氣的流速增大，緩解或降低積灰的程度。

改造后沒有再出現(xiàn)激冷罐頂部積灰的情況，且激冷罐因沒有頂部大塊積灰脫落堵塞管道的影響，整個運行周期激冷罐積泥也大幅減少，改造效果良好。

3.3 激冷水量下降

系統(tǒng)運行一段時間后激冷水管線過濾器壓差升高，檢修后發(fā)現(xiàn)濾筒孔有灰塊結垢堵塞。

分析原因為：進入激冷罐的激冷水原設計經(jīng)過過濾器后，由DN300管道分布成8根支管，支管上設計噴頭，長時間運行后，激冷水中攜帶的細灰渣容易在噴頭處結垢堵塞，導致激冷水流量大幅降低，無法維持激冷罐液位。為了確保合成氣溫度不出現(xiàn)高報警而損壞內件，不得已減少黑水外排，合成氣攜帶的飛灰無法充分洗滌，造成飛灰積存，長時間造成大量泥在激冷罐內積存，制約裝置的長周期運行。

對此可以采取以下處理措施：

(1) 在激冷水過濾器前后DN300 管線上增加 DN200副線，副線至管線流量計前，從而短路激冷水過濾器,如果出現(xiàn)過濾器壓差高部分堵塞的情況，可切換至副線，從而保證激冷水的流量。

(2) 將激冷水分布方形盒上 8 根進水管上的噴頭拆除，同時分別開 2個 DN50 支管，共16 個。再次通過上升管與下降管之間的環(huán)隙中開孔進入下降管內部，增加 DN50 的彎頭貼著內壁噴水,彎頭朝下向左旋安裝，與合成氣上升流向一致，容易形成旋膜。

圖4 激冷罐頂部縮口改造

改造后，激冷水體積流量基本能夠穩(wěn)定在350 m3/h，且基本不需要打開過濾器的副線，就可以滿足正常的水平衡的要求。

3.4 激冷罐水冷壁泄漏

激冷罐主要是對高溫合成氣進行洗滌降溫。合成氣在通過激冷罐水浴時，洗去了大部分飛灰；同時溫度由650 ℃降至190 ℃。合成氣離開水浴時攜帶大量飽和水蒸氣上升至激冷罐上部，激冷罐頂部空間為盲區(qū)(中間有隔板，使激冷罐與輸氣管分開)，水冷壁材質為15CrMoG，而合成氣中含有CO2、H2S、HCN、HCl、NH3等酸性氣體，在此處易形成積聚大量含有酸性氣的濕氣環(huán)境，由于溫度降低大量水蒸氣冷凝后溶解有酸性氣體對水冷壁造成腐蝕，長時間運行后水冷壁管壁厚逐漸減薄而出現(xiàn)漏點，管道原壁厚由7 mm降至2.4 mm左右；當合成氣攜帶的飛灰在表面結垢后，形成垢下腐蝕，進一步加劇腐蝕速度，當水冷壁漏點較大時，造成氣化爐無法正常運行，逼迫停車檢修。

經(jīng)過綜合評估后計劃對水冷壁材質升級，管道升級為15CrMoG堆焊625材質，180°回轉彎頭升級為 825材質。材質升級后能有效控制管道腐蝕量，為五環(huán)爐長周期運行提供保障。改造前后對比見圖5、圖6。

改造后，經(jīng)過檢查，激冷罐水冷壁運行效果較好，并未出現(xiàn)再次泄漏的情況。

圖5 激冷罐水冷壁切除舊管件

3.5 激冷罐內積泥

當出現(xiàn)激冷罐積泥后，激冷罐壁溫受傳熱效果影響，逐漸降低，泥量越多，溫度越低。激冷罐液位不準確，出現(xiàn)假液位，系統(tǒng)總壓差上漲。

分析原因為：

(1) 經(jīng)過氣化爐激冷后的合成氣經(jīng)過水浴再次激冷后，合成氣中的大部分細灰經(jīng)過初步降溫洗滌，冷卻后的細灰外排到后系統(tǒng)。隨著運行周期的延長，泥狀物附著在外排管道的內壁，管道變細，通道縮小，阻力增加，導致泥狀物在激冷罐內沉積，泥量的增加致使傳熱效果降低，壁溫緩慢下降。

圖6 更換后激冷罐水冷壁內件

(2) 正常情況下，激冷罐液位控制在40%左右。隨著泥狀物沉積并在液位計根部積累，沖洗效果較差時，液位計測量值漂移顯示錯誤，若不能夠準確判斷，會加劇泥狀物積累。

(3) 隨著激冷罐內部泥狀物積累，合成氣經(jīng)過水浴后，阻力增加，導致系統(tǒng)壓力上升，總壓差上漲。

(4) 原煤灰分變化。正常情況下入爐煤灰分質量分數(shù)在20%以內，當配煤不均或者來煤灰分質量分數(shù)增大時，合成氣帶灰量增加，同等飽和水浴下，會導致洗滌效果下降，泥狀物增加，進而積泥。

(5) 來自激冷罐的水濁度過高，水質變差，洗滌效果下降，泥狀物碰撞而積累。

對此可以采取以下處理措施：

(1) 確保入爐煤灰分質量分數(shù)穩(wěn)定在20%以內，當灰分質量分數(shù)增加時，洗滌水量和外排量做好動態(tài)調整，減少泥狀物在激冷罐內的沉積。

(2) 應經(jīng)常動作外排量，嚴禁固定閥位不變，激冷罐液位遠傳和現(xiàn)場液位計需要經(jīng)常調校，以確保液位顯示準確。

(3) 保證入激冷罐的水質穩(wěn)定，濁度合格。

4 結語

通過不斷地技改和運行優(yōu)化，至2021年底，實現(xiàn)五環(huán)爐A級安全穩(wěn)定運行288 d，最高運行負荷為102%。激冷罐運行比較平穩(wěn)，積泥情況明顯改善，為五環(huán)爐裝置的安全穩(wěn)定長周期運行提供了技術支撐。