馮海平，楊 星

(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(zhuǎn)化為合成氣的中間核心裝置，河南龍宇煤化工(以下簡稱龍宇煤化工)二期煤氣化裝置是采用中國五環(huán)工程有限公司(以下簡稱中國五環(huán))與河南能源化工集團(tuán)公司自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的五環(huán)爐(WHG)干粉煤氣化工藝技術(shù)，運(yùn)用將煤轉(zhuǎn)化為合成氣的煤氣化生產(chǎn)裝置。龍宇煤化工是國內(nèi)第一套使用五環(huán)爐的大型化工企業(yè)，經(jīng)過多年來的開車運(yùn)行實(shí)踐和實(shí)施技改，裝置運(yùn)行水平實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的進(jìn)步，截至2021年底，實(shí)現(xiàn)五環(huán)爐A級(jí)安全穩(wěn)定運(yùn)行288 d，最高運(yùn)行負(fù)荷為102%，連續(xù)創(chuàng)造了國內(nèi)同類型裝置多項(xiàng)記錄。

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(zhuǎn)化率高、煤種適應(yīng)范圍廣、熱效率高、安全環(huán)保系數(shù)高等特點(diǎn)。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(jī)和熱風(fēng)爐，通過碾磨和干燥后的合格煤粉(粒徑在10～90 μm之間約占70%～85%，水分<2%)送至煤粉加壓輸送系統(tǒng)后，進(jìn)入氣化爐與氧氣發(fā)生一系列反應(yīng)(溫度為1 400～1 600℃)生成高溫合成氣，上升到激冷室，通過壓縮機(jī)來的激冷氣冷卻，經(jīng)過激冷罐冷卻洗滌，再次進(jìn)入洗滌塔除塵洗滌冷卻之后，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系統(tǒng)和除氟系統(tǒng)再次處理，泥漿經(jīng)過臥式離心機(jī)和壓濾機(jī)處理，干凈的濾液返回系統(tǒng)再次使用，煤泥作為環(huán)保磚的原材料。

反應(yīng)室熔融狀態(tài)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態(tài)細(xì)小的渣，再經(jīng)過破渣機(jī)、渣收集器、渣鎖斗、撈渣機(jī)、皮帶輸送至界外。

2 激冷罐的結(jié)構(gòu)和作用

2.1 激冷罐的結(jié)構(gòu)和原理

激冷罐是由外殼、下降管、上升管、底錐、人孔、遠(yuǎn)傳液位計(jì)和溫度計(jì)、現(xiàn)場液位計(jì)、排水管組成，上部與輸氣彎管連接。

2.2 激冷罐的作用

來自氣化爐激冷后約650℃的合成氣，通過下降管進(jìn)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，再次與來自濕洗塔的激冷水洗滌后，進(jìn)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。工藝流程見圖2。

圖2 激冷罐工藝流程

3 激冷罐常見問題

3.1 排水管線不暢

排水管線由兩部分組成，洗滌后的黑水分兩股，一股在底錐正下方連接DN150管排入，通過高壓灰水緩沖罐37FV0006減壓后進(jìn)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。

3.1.1一股管線不暢的現(xiàn)象和原因分析

(1)現(xiàn)象：一股不暢，另一股暢通。表現(xiàn)為流量減小，管線上的壓力和溫度會(huì)降低。

(2)原因分析：①管道內(nèi)壁垢片脫落后，堵塞管道；②激冷罐內(nèi)的泥塊聚集進(jìn)入管道；③角閥處卡澀；④角閥閥芯脫落。

(3)處理措施：①逐漸開大對應(yīng)管道上的角閥，來回反復(fù)動(dòng)作，使垢片、大泥塊通過；②通過現(xiàn)場敲擊管線，使聚集的泥塊松動(dòng)后通暢；③提高儀表氣源壓力，確保角閥開關(guān)正常；④停車檢修后更換閥門。

3.1.2兩股都不暢通的現(xiàn)象和原因分析

(1)現(xiàn)象：①37FV0006管線壓力由2.97 MPa逐步下降，隨即來回調(diào)整37FV0006閥門，并通知現(xiàn)場敲擊管線，效果不明顯；②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(dǎo)致工況大幅波動(dòng)，隨即出現(xiàn)激冷罐、濕洗塔帶液，導(dǎo)致變換粗煤氣分離器帶液；③由于激冷罐液位上漲較快，合成氣不能順暢地排出，導(dǎo)致氣化爐溫度上漲過快，氣化爐溫度最高上漲至705℃，激冷量大幅降低，壓縮機(jī)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，隨后，當(dāng)激冷罐水帶出去后，又出現(xiàn)氣化爐溫度大幅降低至450℃。

(2)原因分析：①隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，管道內(nèi)壁垢片增加，內(nèi)徑縮小，堅(jiān)硬的垢片突然脫落，導(dǎo)致管道內(nèi)徑縮小，通透量降低；②激冷罐內(nèi)積泥較多，順著管道流入，管徑縮小。

(3)處理措施：①短時(shí)間內(nèi)為了維持系統(tǒng)運(yùn)行，可以逐步減小去系統(tǒng)水量，形成新的水平衡；②現(xiàn)場敲擊管線；③系統(tǒng)降低負(fù)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(nèi)黑水的流動(dòng)。

3.2 激冷罐出口積灰

(1)現(xiàn)象：氣化爐壓差上漲較快，導(dǎo)致系統(tǒng)總壓差上漲。

(2)原因分析：原設(shè)計(jì)煤氣化后，經(jīng)過激冷的合成氣，通過輸氣彎管向激冷罐輸送時(shí)，由于設(shè)計(jì)激冷段入口口徑大、合成氣流速低，進(jìn)入激冷罐水浴后，上升至激冷段頂部，大量水汽與高溫合成氣碰撞，出現(xiàn)了在激冷罐頂部積灰，導(dǎo)致合成氣通道減少，氣化爐至輸氣彎管處壓差增大，積灰情況最低至原有通道的15%左右，同時(shí)導(dǎo)致氣化爐膜式壁因合成氣偏吹而出現(xiàn)泄漏的情況時(shí)有發(fā)生。

(3)改造措施：鑒于以上情況制約裝置的長周期運(yùn)行，經(jīng)過與中國五環(huán)溝通，在激冷罐入口膜式壁上增加縮口，使得原先尺寸為φ999 的口徑縮口至φ500(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(gè)運(yùn)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

(1)現(xiàn)象：系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，激冷水管線過濾器壓差升高，檢修后打開檢查，發(fā)現(xiàn)濾筒孔有灰塊結(jié)垢堵塞。

(2)原因分析：進(jìn)入激冷罐的激冷水原設(shè)計(jì)經(jīng)過過濾器后，由DN300管道分布成8根支管，支管上設(shè)計(jì)噴頭，長時(shí)間運(yùn)行后，激冷水中攜帶的細(xì)灰渣，容易在噴頭處結(jié)垢堵塞，導(dǎo)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(bào)而損壞內(nèi)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(shí)間造成大量泥在激冷罐內(nèi)積存，制約裝置的長周期運(yùn)行。

(3)改造措施：①在激冷水過濾器前后DN300 管線上增加DN200副線，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(jìn)水管上的噴頭去掉，同時(shí)分別開2個(gè)DN50 支管，共16 根。再次通過上升管與下降管之間的環(huán)隙中開孔進(jìn)入下降管內(nèi)部，增加DN50 的彎頭貼著內(nèi)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。

(4)改造效果：改造之后，激冷水量基本能夠穩(wěn)定在350m3/h，且不需要打開過濾器的副線，就可以滿足正常的水平衡要求。

3.4 激冷罐水冷壁泄漏

(1)改造原因。激冷罐主要是對高溫合成氣進(jìn)行洗滌降溫，合成氣在通過激冷罐水浴時(shí)，洗去了大部分飛灰；同時(shí)溫度由650℃降至190℃，在合成氣離開水浴時(shí)，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(zhì)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(shí)間運(yùn)行后水冷壁管壁厚逐漸減薄而出現(xiàn)漏點(diǎn)，管道原壁厚為7 mm，目前為2.4 mm左右，當(dāng)合成氣攜帶的飛灰在表面結(jié)垢后，形成垢下腐蝕，進(jìn)一步加劇腐蝕速度，當(dāng)水冷壁漏點(diǎn)較大時(shí)，造成氣化爐無法正常運(yùn)行，逼迫停車檢修。

經(jīng)過綜合評估后計(jì)劃對水冷壁材質(zhì)升級(jí)，管道升級(jí)為15CrMoG，堆焊625材質(zhì)，180°回轉(zhuǎn)彎頭升級(jí)為 825材質(zhì)。材質(zhì)升級(jí)后能有效控制管道腐蝕量，為五環(huán)爐長周期運(yùn)行提供保障。

(2)改造后效果評估。自改造后，經(jīng)過評估，運(yùn)行效果較好，未出現(xiàn)再次泄漏的情況。

3.5 激冷罐內(nèi)積泥

3.5.1積泥現(xiàn)象與原因分析

(1)現(xiàn)象：①當(dāng)出現(xiàn)激冷罐積泥后，激冷罐壁溫受傳熱效果影響會(huì)逐漸降低，泥量越多，溫度越低；②激冷罐液位不準(zhǔn)確，出現(xiàn)假液位；③系統(tǒng)總壓差出現(xiàn)上漲。

(2)原因分析：①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(xì)灰經(jīng)過初步降溫洗滌，冷卻后外排到后系統(tǒng)，隨著運(yùn)行周期的延長，泥狀物附著在外排管道的內(nèi)壁，管道變細(xì)、通道縮小、阻力增加，導(dǎo)致在激冷罐內(nèi)沉積，泥量的增加會(huì)致使傳熱效果降低，壁溫緩慢下降；②正常情況下，激冷罐液位控制在40%左右，隨著泥狀物沉積，在液位計(jì)根部積累，沖洗效果較差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致液位計(jì)測量值漂移顯示錯(cuò)誤，若不能夠準(zhǔn)確判斷，會(huì)加劇泥狀物積累；③隨著激冷罐內(nèi)部泥積累，合成氣經(jīng)過水浴后，阻力增加，導(dǎo)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在20%以內(nèi)，當(dāng)配煤不均或者來煤灰分增大時(shí)，合成氣帶灰量增加，同等飽和水浴下，會(huì)導(dǎo)致洗滌效果下降，泥狀物增加，進(jìn)而積泥；⑤來自激冷罐的水濁度過高，水質(zhì)變差，洗滌效果下降，泥狀物因碰撞而積累。

3.5.2積泥處理及改進(jìn)措施

(1)確保入爐煤灰分穩(wěn)定在20%以內(nèi)，當(dāng)灰分增加時(shí)，洗滌水量和外排量做好動(dòng)態(tài)調(diào)整，減少泥在激冷內(nèi)的沉積。

(2)嚴(yán)禁固定閥位不變，激冷罐液位遠(yuǎn)傳和現(xiàn)場液位經(jīng)常調(diào)校，確保液位顯示準(zhǔn)確。

(3)保證入激冷罐的水質(zhì)穩(wěn)定，濁度合格。

4 結(jié)語

通過不斷地技改和運(yùn)行優(yōu)化，至2021年底，實(shí)現(xiàn)五環(huán)爐A級(jí)安全穩(wěn)定運(yùn)行288 d，最高運(yùn)行負(fù)荷為102%。激冷罐運(yùn)行比較平穩(wěn)，積泥情況明顯改善，為WHG裝置的安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行提供了技術(shù)支撐。