劉 強，馮志超

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

中海石油華鶴煤化有限公司（以下簡稱“華鶴公司”）氣化裝置以煤和氧氣為原料，為后續(xù)合成工段提供以CO 和H2為主要成分的粗煤氣，是華鶴公司的核心裝置。氣化裝置采用美國GE 公司水煤漿氣化工藝專利技術，主要包括煤漿制備、氣化、渣水處理三個工段，現(xiàn)有三臺氣化爐，配套三套閃蒸系統(tǒng)，正常運行過程中兩開一備。2015 年4 月一次投料成功，5 月產出合格尿素。自2017 年開始，氣化爐運行至50 天左右，出現(xiàn)了激冷室液位持續(xù)上漲，支撐板溫度不同程度升高等現(xiàn)象，經歷幾次停車檢查后，確認為上升管與下降管環(huán)隙堵塞，導致檢修頻率高、勞動強度大，同時也帶來了一定的安全風險，嚴重制約了氣化爐的安全、穩(wěn)定、長周期運行。華鶴公司對此進行了原因分析，并采取了針對性的改進措施。改進后，2021 年下半年，氣化爐運行至50 天后，極少發(fā)生環(huán)隙堵塞導致的氣化爐高液位、支撐板溫度超溫等問題。本文結合華鶴公司實際運行情況，對氣化爐上升管與下降管環(huán)隙堵塞的原因進行分析，并提出相應的控制措施。

1 水煤漿氣化工藝流程

質量分數(shù)為65%～66%的水煤漿與氧氣（純度＞99.6%）經過三流式工藝燒嘴混合后進入氣化爐，在壓力6.5 MPa（G）、溫度1 350 ℃左右的條件下進行氣化反應，生成以CO+H2為主要成分的粗合成氣，合成氣在激冷室經過冷卻洗滌后，經過文丘里洗滌器進入洗滌塔再次進行洗滌，最后經過塔盤水洗滌后送至后系統(tǒng)；氣化爐和洗滌塔內黑水經過四級閃蒸后在系統(tǒng)內循環(huán)。

2 氣化爐上升管與下降管環(huán)隙堵塞現(xiàn)象

2.1 氣化爐液位緩慢上漲

尤其是氣化爐運行至后期，激冷室液位由正常的40%～50%緩慢上漲至80%以上，甚至穩(wěn)定在95%左右，在其他參數(shù)未有明顯異常的情況下可繼續(xù)維持運行，運行期間間斷性發(fā)生氣化爐因合成氣帶水、激冷室液位突降現(xiàn)象降至30%左右趨于穩(wěn)定后又繼續(xù)緩慢上漲至高液位。

2.2 支撐板溫度升高

氣化爐四個支撐板溫度均出現(xiàn)上漲，由正常運行時的250 ℃左右最高上漲至350 ℃左右，其他參數(shù)無明顯異常。

對氣化爐上升管與下降管環(huán)隙垢片取樣進行分析，結果見表1。從表1 分析結果來看，垢片主要成分為鋁、硅、鈣等物質的氧化物。

表1 氣化爐上升管與下降管環(huán)隙垢片分析結果 %

3 堵塞原因分析

3.1 原料煤煤質問題

華鶴公司所使用的原料煤由黑龍江龍煤集團鶴崗分公司提供（以下簡稱龍煤），期間夾雜不同區(qū)域的地方小煤礦提供的原料煤（以下簡稱地煤）進行摻燒，導致水煤漿灰分及灰熔融性溫度波動較大，且灰分異常偏高，最高時水煤漿灰分接近22%。進入2021 年下半年，華鶴公司所使用的原料煤發(fā)生較大變化，在加大助熔劑情況下，同等溫度時的煤灰黏度仍明顯增高，此時氣化爐燃燒后產生的灰渣呈塊狀，最大直徑達10 cm 左右，大量的細灰被塊狀渣包裹，進入激冷室水浴后直接進入鎖斗系統(tǒng)排出，使得粗煤氣帶灰減少，延緩了氣化爐上升管和下降管環(huán)隙的堵塞速度，這也驗證了2021 年下半年以來環(huán)隙很少發(fā)生堵塞情況的原因。華鶴公司氣化部B 氣化爐自2021 年8 月4 日投料，已經運行240 d，氣化爐液位和支撐板溫度仍舊十分穩(wěn)定，環(huán)隙未發(fā)生明顯堵塞，目前仍在運行。結合該情況判斷，煤質黏溫特性對氣化爐上升管和下降管環(huán)隙堵塞有著十分明顯的影響。

3.2 燒嘴壓差波動頻繁

華鶴公司氣化部前期所使用工藝燒嘴為低壓差燒嘴，正常運行時燒嘴壓差在400 kPa 左右，但燒嘴壓差波動頻繁，最低時為0，導致燒嘴霧化效果不佳，使煤漿在氣化爐燃燒室內與氧氣接觸面積變小，可能存在部分煤漿沒有參與氧化反應，隨著粗煤氣和粗渣進入激冷室進行冷卻和洗滌，致使激冷室內部水質變差，導致粗煤氣和水汽夾帶著大量細灰一起向上去合成氣管線，隨著氣化爐的運行，積累在上升管和下降管環(huán)隙處的灰渣越來越多，最終導致環(huán)隙堵塞。當上升管與下降管環(huán)隙發(fā)生嚴重堵塞后，粗煤氣在上升管外圍去合成氣管線量增加，大量灰渣包裹在支撐板底部，導致高溫氣體在上升管外圍相對停留時間長，支撐板熱電偶散熱效果下降，從而引起氣化爐支撐板溫度升高[1]。

3.3 系統(tǒng)水質問題

華鶴公司所使用的原料煤灰分較高且變化頻繁，經現(xiàn)場沉降實驗，發(fā)現(xiàn)當煤質發(fā)生變化引起水質變化時，現(xiàn)有的絮凝劑不能達到絮凝效果，灰水濁度和硬度均偏高且波動較大，水質情況較差，經與藥劑廠家技術人員共同實驗、研究，現(xiàn)場配置了三種不同分子量的絮凝劑，供不同煤質選擇性使用。同時，現(xiàn)場所使用的分散劑阻垢效果不佳，導致管線結垢嚴重，激冷水量運行至后期低至180 m3/h，遠低于正常運行時的250 m3/h，系統(tǒng)水循環(huán)量低，進一步導致水質變差，上升管與下降管的堵塞也越來越嚴重。

3.4 工藝操作方面

因設備問題，灰水加熱器運行至后期換熱效果變差，基本無熱交換，導致進入洗滌塔的高壓灰水溫度較低，合成氣水氣比較低，最低至0.85，采用多種工藝參數(shù)調整仍舊無法滿足后系統(tǒng)要求，在此情況下，只能減小氣化爐與洗滌塔黑水排放量，長此以往，系統(tǒng)水質持續(xù)變差，氣化爐帶水量增加，加速了上升管與下降管的堵塞，造成氣化爐無法長周期運行。

4 應對措施

4.1 加強原料煤煤質的管控

加大對煤質的分析頻率，每日對水煤漿灰分和灰熔融性溫度進行分析，根據(jù)煤質變化情況及時調整助熔劑添加量，在灰熔融性溫度能夠滿足系統(tǒng)運行要求的情況下，盡量減少助熔劑的加入量，這是因為華鶴公司所使用的助熔劑為石灰石粉，在原料煤灰分較高的情況下，加入過量的石灰石會進一步加大水煤漿中的灰分，導致進入水系統(tǒng)的細灰增加，間接加快了氣化爐上升管和下降管環(huán)隙的堵塞速度。

同時在進行煤炭混配使用時，應針對不同配比和石灰石加入量進行成漿性實驗，確定最佳配比，控制煤漿的灰分和灰熔融性溫度在工藝指標要求范圍內。

4.2 解決燒嘴壓差波動問題

借鑒行業(yè)內經驗，經與北京航天石化技術裝備工程有限公司共同研究，對現(xiàn)有燒嘴進行改造，改造后燒嘴壓差較以往明顯提高，正常運行時燒嘴壓差在550 kPa 左右，且抗干擾能力增強，燒嘴壓差極少波動，波動時范圍也較小且持續(xù)時間短，一般在2 min以內，不需要工藝調整干擾即可自行恢復。

4.3 改善系統(tǒng)水質

經與藥劑駐廠技術服務人員反復實驗，根據(jù)系統(tǒng)水循環(huán)量計算分散劑及絮凝劑加入量，最終確定最佳加入量，以系統(tǒng)低壓灰水循環(huán)量為300 m3/h 計算，分散劑每日加入量為1 t，絮凝劑每日加入量為29 kg，并根據(jù)不同煤質選用不同分子量的絮凝劑，以保證絮凝效果。同時對分散劑選型進行優(yōu)化，增加除垢性能，提升阻垢能力，保證系統(tǒng)水質。

控制閃蒸系統(tǒng)壓力，高閃壓力控制在0.80 MPa～0.85 MPa，低閃壓力控制在0.20 MPa～0.25 MPa，第一真空閃蒸系統(tǒng)壓力控制在-65 kPa～-60 kPa，第二真空閃蒸系統(tǒng)壓力控制在-75 kPa～-70 kPa。尤其是真空閃蒸系統(tǒng)的負壓要保持，以保證閃蒸效果，有效去除水中酸性氣體，降低黑水溫度，濃縮黑水含固量，保證黑水在澄清槽內有效絮凝。

加大氣化爐和洗滌塔黑水排放，在以往的操作中，氣化爐運行至50 天后，為滿足后系統(tǒng)要求，提高水氣比，氣化爐黑水排放量控制在75 m3/h 左右，洗滌塔黑水排放量控制在20 m3/h 左右，造成系統(tǒng)水質越來越差，濁度、硬度、堿度、懸浮物等參數(shù)明顯超標，嚴重制約氣化爐的長周期運行。以當前煤質和工況，黑水排放量不足會造成氣化爐上升管和下降管環(huán)隙堵塞加劇，目前華鶴公司氣化爐黑水排放量控制在85 m3/h～90 m3/h，洗滌塔黑水排放量控制在50 m3/h 以上，運行兩個多月，管線結垢減緩，氣化爐上升管和下降管環(huán)隙堵塞情況顯著改善，目前B 爐已經運行240 d，未發(fā)生氣化爐上升管和下降管環(huán)隙堵塞現(xiàn)象。

4.4 優(yōu)化工藝參數(shù)

嚴格控制各項工藝參數(shù)，根據(jù)黏溫曲線選擇合適的操作溫度，避免操作溫度過高導致黑水中夾雜大量細灰難以去除。通過細微調整氧煤比，控制溫度改變渣樣形態(tài)，將細灰包裹在粗渣內部，避免大量飛灰進入水系統(tǒng)而加速氣化爐上升管和下降管環(huán)隙堵塞。

盡量避免氣化爐長期在低負荷狀態(tài)下運行，以利于氣化爐激冷室內氣體流動的穩(wěn)定性和避免氣化爐氣體大量夾帶液體[2]，亦可增強工藝氣對氣化爐上升管和下降管環(huán)隙垢片的沖擊力和剪切力，能夠有效減緩氣化爐上升管和下降管環(huán)隙堵塞速率。

保證系統(tǒng)平穩(wěn)，避免系統(tǒng)負荷、壓力等大幅度波動后系統(tǒng)發(fā)生嚴重帶水現(xiàn)象加速氣化爐上升管和下降管環(huán)隙的堵塞。

5 結 語

經過以上幾個方面的分析和提出的應對措施，逐步優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，改善系統(tǒng)運行環(huán)境，華鶴公司氣化爐上升管和下降管環(huán)隙堵塞問題得到明顯的改善，運行周期較以往有了大幅度的延長，減少了備爐檢修次數(shù)，節(jié)約備品備件，降低安全風險，提高經濟效益，實現(xiàn)了氣化爐的長期穩(wěn)定運行。

隨著氣化爐運行周期的不斷延長，勢必要面對更多新的難題，華鶴公司將繼續(xù)以問題為導向，確保氣化爐的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行。