多噴嘴水煤漿氣化重要設(shè)備的在線清洗

孔德升，孫化祥，馮國印

(新能鳳凰滕州能源有限公司，山東 滕州　277527)

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多噴嘴水煤漿氣化重要設(shè)備的在線清洗

孔德升，孫化祥，馮國印

(新能鳳凰滕州能源有限公司，山東 滕州277527)

摘要：分析了多噴嘴水煤漿氣化裝置在運(yùn)行中遇到的二級(jí)滾筒篩堵塞、廢水換熱器堵塞和酸性氣冷凝器腐蝕內(nèi)漏的原因，采取了一系列改造措施，實(shí)現(xiàn)了鎖斗沖洗水換熱器、廢水換熱器和酸性氣冷凝器在線沖洗(吹掃)、二級(jí)滾筒篩在線清理，在運(yùn)行中取得了較為理想的效果。

關(guān)鍵詞：二級(jí)滾筒篩；堵塞；換熱器；在線清洗

新能鳳凰滕州能源有限公司(以下簡稱“新能鳳凰公司”)65 t/a精甲醇項(xiàng)目采用由華東理工大學(xué)和兗礦國拓科技工程有限公司共同研發(fā)的、具有我國完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝，自2009年12月首次投料成功運(yùn)行以來，遇到了二級(jí)滾筒篩堵塞、 鎖斗沖洗水換熱器堵塞、 廢水換熱器堵塞和酸性氣冷凝器結(jié)垢腐蝕內(nèi)漏等問題，增加了檢修清理和維護(hù)的成本，嚴(yán)重制約了煤漿濃度的提高和系統(tǒng)的長周期高效穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，采取了一系列改造處理措施，實(shí)現(xiàn)了鎖斗沖洗水換熱器、廢水換熱器和酸性氣冷凝器在線沖洗(吹掃)、二級(jí)滾筒篩在線清理，降低了設(shè)備檢修和維護(hù)的成本，消除了制約煤漿濃度提升的重要因素，保障了系統(tǒng)的長周期、高效、穩(wěn)定運(yùn)行，現(xiàn)年產(chǎn)精甲醇已突破74萬t。

1磨煤系統(tǒng)工藝流程

原料系統(tǒng)將粒度<10 mm的碎煤間歇送入煤倉，煤倉中的煤依靠自身重力連續(xù)下落至煤稱重給料機(jī)，經(jīng)準(zhǔn)確計(jì)量后與研磨水泵送來的工藝水、添加劑泵送來的添加劑一起經(jīng)落煤管進(jìn)入磨煤機(jī)入口處的鼓型給料器，經(jīng)鼓型給料器內(nèi)螺旋溜管充分混合后，再經(jīng)進(jìn)料中空軸進(jìn)入棒磨煤機(jī)筒體內(nèi)部，在鋼棒與鋼棒、鋼棒與襯板間的擠壓、磨削作用下，原料煤被研磨成具有一定粒度分布、較高濃度的水煤漿，經(jīng)與出料端中空軸相連接的一級(jí)滾筒篩濾除大顆粒，進(jìn)入磨煤機(jī)出料槽，再由低壓煤漿泵加壓送至二級(jí)滾筒篩再次精過濾除去大于8目的大顆粒，自流進(jìn)入大煤漿槽儲(chǔ)存，由高壓煤漿泵加壓送入氣化爐與空分來的高純度氧氣在高溫高壓下發(fā)生部分氣化反應(yīng)，生成以CO+H2為主要成分的合成氣供裝置生產(chǎn)甲醇使用。

2二級(jí)滾筒篩在線清洗改造

2.1二級(jí)滾筒篩運(yùn)行概況

二級(jí)滾筒篩是磨煤系統(tǒng)中精濾煤漿中大顆粒和雜物的關(guān)鍵設(shè)備，從而避免大顆粒及其他異物卡住高壓煤漿泵進(jìn)出口單向閥，造成高壓煤漿泵打量降低、氣化爐過氧超溫、高壓煤漿泵軟管隔膜破裂、燒嘴損壞和耐火磚局部過氧燒蝕等一系列問題，在氣化裝置的安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行中起到重要作用。

由于提高煤漿濃度可以降低煤耗與氧耗、提升裝置生產(chǎn)能力、減小氣化爐上下溫差、改善爐內(nèi)流場和延長單爐運(yùn)行周期，2013年新能鳳凰公司開展煤漿提濃項(xiàng)目，通過磨機(jī)調(diào)整添加鋼棒量、鋼棒級(jí)配優(yōu)化和原料煤進(jìn)廠控制等技術(shù)攻關(guān)，磨煤機(jī)出料槽內(nèi)煤漿濃度提升約2個(gè)百分點(diǎn)，二級(jí)滾筒篩卻出現(xiàn)大量淌漿現(xiàn)象，造成大煤漿槽煤漿濃度一直不能提高。通過觀察更換下的滾筒篩，發(fā)現(xiàn)多數(shù)篩網(wǎng)被大顆粒及干固的煤漿所堵塞，篩網(wǎng)堵塞是造成二級(jí)滾筒篩淌漿的根本原因。

2.2二級(jí)滾筒篩堵塞淌漿原因分析

二級(jí)滾筒篩堵塞分為2類：一類為大粒徑煤粒堵塞篩孔，煤漿顆粒以不規(guī)則多面體存在，粒徑為2.5 mm的煤粒很容易卡在篩孔中無法逃出，造成篩孔有效面積減小，滾筒篩篩分能力下降，當(dāng)累積堵塞面積較大時(shí)，合格水煤漿便會(huì)從二級(jí)滾筒篩大顆粒出口流出，形成淌漿現(xiàn)象，只能通過降低煤漿流量、降低煤漿濃度和黏度的方法提高煤漿流通能力；另一類為煤漿干固形成堵塞，為防止沖洗水進(jìn)入大煤漿槽，影響入爐煤漿濃度，設(shè)計(jì)中均未設(shè)置二級(jí)滾筒篩在線沖洗管線，當(dāng)二級(jí)滾筒篩停車時(shí)間較長時(shí)，殘留在篩孔網(wǎng)上的煤漿失水固化，造成篩網(wǎng)有效面積大幅減小，篩分能力大幅下降，再次投用時(shí)依靠煤漿自身沖刷無法疏通清理。

2.3傳統(tǒng)清理方法2.3.1機(jī)械清理法

傳統(tǒng)清理大顆粒的方法是機(jī)械清理，即將特制工具插入篩孔，采用物理敲擊，使篩孔中的干固煤漿和大顆粒投入篩網(wǎng)內(nèi)，通過旋轉(zhuǎn)篩網(wǎng)使大顆粒通過排出口排出，清理過程中大顆粒會(huì)重復(fù)堵塞篩孔，清理勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，不僅容易損壞篩網(wǎng)，還有異物掉入大煤漿槽的危險(xiǎn)。

2.3.2沖洗水沖洗法

部分廠家在二級(jí)滾筒篩下增加蝶閥，蝶閥上管段側(cè)面配有去地溝的排放管線，管線上安裝有蝶閥，煤漿制備工序停車后，將二級(jí)滾筒篩下蝶閥關(guān)閉，排放管線上的蝶閥打開，利用磨煤機(jī)和低壓煤漿泵的沖洗水即可對二級(jí)滾筒篩進(jìn)行沖洗操作，其具有設(shè)計(jì)簡單、操作靈活的優(yōu)點(diǎn)，但蝶閥密封性不好，沖洗水會(huì)泄漏進(jìn)入大煤漿槽，造成入爐煤漿濃度降低，在開、關(guān)蝶閥時(shí)，附著在管線內(nèi)壁的干固煤塊脫落掉入大煤漿槽，有堵塞高壓煤漿泵入口管線的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.3在線更換高壓水槍清理法

為避免沖洗二級(jí)滾筒篩時(shí)，沖洗水進(jìn)入大煤漿槽造成煤漿濃度降低事故的發(fā)生，新建設(shè)項(xiàng)目中往往取消了在二級(jí)滾筒篩下增加蝶閥和沖洗水排水管線的設(shè)計(jì)，新能鳳凰公司早期配備了一個(gè)備用篩網(wǎng)，并在煤漿進(jìn)入二級(jí)滾筒篩最后一道手動(dòng)閥前增加煤漿直接排入大煤漿槽的旁路管線，當(dāng)運(yùn)行篩網(wǎng)堵塞較為嚴(yán)重、制約煤漿濃度提升時(shí)，將煤漿不經(jīng)二級(jí)滾筒篩直接切入大煤漿槽，經(jīng)斷電和拆卸處理后，采用吊車更換，換下的篩網(wǎng)用高壓水槍清洗，清洗效果顯著，但在線更換工作量大，更換過程中篩體容易碰撞損壞，有異物掉入大煤漿槽內(nèi)的危險(xiǎn)，煤漿不經(jīng)過濾直接進(jìn)入大煤漿槽，高壓煤漿泵單向閥大顆粒墊缸的風(fēng)險(xiǎn)增大。

2.4二級(jí)滾筒篩在線吹掃清理改造

在二級(jí)滾筒篩處平臺(tái)增設(shè)1臺(tái)空氣壓縮機(jī)，在二級(jí)滾筒篩頂部位置，均勻安裝1排4~5個(gè)噴嘴(以噴嘴大小和清理面積定)，噴嘴與空壓機(jī)采用管線連接，每條管線上安裝1個(gè)手動(dòng)閥，在線清理時(shí)，煤漿制備運(yùn)行無需做任何調(diào)整，先啟動(dòng)空壓機(jī)，待壓力正常后，逐個(gè)打開進(jìn)料端至出料端壓縮空氣閥門，對每一段區(qū)域篩網(wǎng)逐個(gè)清理，二級(jí)滾筒篩轉(zhuǎn)速16 r/min,每次吹掃10 s(滾筒篩約轉(zhuǎn)動(dòng)3周)，如改為電磁閥加PLC控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化吹掃清理。二級(jí)滾筒篩在線吹掃清理改造見圖1。

圖1　二級(jí)滾筒篩在線吹掃清理改造

2.5在線吹掃改造優(yōu)勢

(1)可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)滾筒篩在線清理，對煤漿制備運(yùn)行工況和負(fù)荷不會(huì)造成任何影響，采用壓縮空氣清理，避免沖洗水進(jìn)入大煤漿槽造成煤漿濃度降低的事故，可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)清理。

(2)清理效果好。壓縮空氣出噴嘴后壓力迅速降低，體力迅速膨脹，流速加快，沖擊力強(qiáng)，噴嘴安裝在頂部，垂直向下噴射，加上煤漿和煤粒自身重力作用，清理效果更好。

(3)清理面積大，安裝噴嘴少。高壓水沖洗噴嘴口徑小，清理面積小，需要安裝噴嘴較多，成本高。

(4)改造簡單，成本低。只需增設(shè)1臺(tái)空壓機(jī)和若干噴嘴。

(5)相比機(jī)械清理和吊裝換篩操作，不會(huì)損壞篩網(wǎng)，操作簡單，工作量極小。

3灰水換熱器自沖洗改造

3.1運(yùn)行概況

灰水槽內(nèi)較清潔的灰水經(jīng)廢水泵加壓，分別經(jīng)廢水換熱器和鎖斗沖洗水換熱器冷卻降溫至45℃，送往廢水處理和鎖斗沖洗水罐，作為系統(tǒng)置換外排水和鎖斗間歇排渣用水，溫度高的廢水會(huì)抑制廢水處理生物菌的活性，甚至致其死亡，鎖斗沖洗水溫度過高會(huì)造成鎖斗充壓困難，進(jìn)而影響氣化爐正常排渣，由于灰水中含有的細(xì)灰、鈣鎂離子較多，堿度較高，經(jīng)過換熱器后，細(xì)灰沉積或附著在換熱器封頭或管束內(nèi)形成堵塞，影響廢水和鎖斗沖洗水流量，使用周期一般僅為1~2個(gè)月，便需要隔離切出進(jìn)行高壓清洗，工作量大，檢修維護(hù)成本高，并影響系統(tǒng)正常生產(chǎn)運(yùn)行。

3.2廢水換熱器和鎖斗沖洗水換熱器自沖洗改造

每套鎖斗系統(tǒng)對應(yīng)1臺(tái)鎖斗沖洗水換熱器，將鎖斗沖洗水換熱器進(jìn)口閥后管段改為三通管，一端連接進(jìn)口閥，一端連接換熱器，一端通過安裝有球閥的沖洗排放管線引入地溝。

廢水換熱器一開一備，將2臺(tái)換熱器進(jìn)口閥后管段均改為三通管，一端連接進(jìn)口閥，一端連接換熱器，一端通過安裝有球閥的沖洗排放管線引入地溝。

3.3換熱器在線沖洗步驟

根據(jù)換熱器使用情況可以進(jìn)行定期反沖洗，新能鳳凰公司每半月沖洗1次效果較好。沖洗步驟如下。

(1)啟動(dòng)備用廢水泵，同時(shí)滿足換熱器沖洗、鎖斗沖洗水供水和廢水外排水量。

(2)廢水換熱器切換為備用換熱器，原運(yùn)行換熱器進(jìn)口閥關(guān)閉，出口閥保持打開；鎖斗沖洗水換熱器打開換熱器旁路閥，關(guān)閉進(jìn)口閥，通過廢水流量調(diào)節(jié)閥或手動(dòng)閥開度保證介質(zhì)的正常輸送流量。

(3)逐漸打開沖洗排放管線的手動(dòng)閥，確認(rèn)泵不超電流，對換熱器進(jìn)行反沖操作。

(4)通過排放倒淋觀察排水變清后，證明沖洗合格，關(guān)閉反沖洗閥停止沖洗。

(5)原運(yùn)行廢水換熱器關(guān)閉出口閥，鎖斗沖洗水換熱器逐漸打開進(jìn)口閥，關(guān)閉旁路閥。

(6)停廢水泵的備用泵，通過調(diào)節(jié)廢水流量調(diào)節(jié)閥和鎖斗沖洗水罐加水閥開度保持灰水流量正常，并通過調(diào)節(jié)閥開度和流量判斷沖洗效果。

4酸性氣冷凝器在線吹掃改造及吹掃步驟

4.1酸性氣冷凝器運(yùn)行概述

多噴嘴水煤漿氣化工藝閃蒸系統(tǒng)采用蒸發(fā)熱水塔，高溫黑水在蒸發(fā)室內(nèi)減壓閃蒸，解析的酸性氣體隨產(chǎn)生的大量水蒸氣在熱水室與返回系統(tǒng)的灰水直接接觸換熱，回收熱量，經(jīng)酸性氣冷凝器冷凝和酸性氣分離罐分離冷凝液后，不凝酸性氣體送往變換汽提塔，運(yùn)行中酸性氣冷凝器列管經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)漏問題，大量閃蒸汽進(jìn)入渣水框架循環(huán)水管線，并在管線內(nèi)積聚，引發(fā)氣阻，造成真空閃蒸冷凝器、廢水換熱器及渣水界區(qū)各機(jī)泵循環(huán)水供水減少，系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)紊亂。通過拆檢發(fā)現(xiàn)，冷凝器內(nèi)有大量積灰，灰垢層下有明顯腐蝕痕跡，判斷為垢下腐蝕，由于輸送介質(zhì)為有毒有害的H2S、CO等氣體，無法完全切出在線處理。切為旁路后，蒸發(fā)熱水塔易出現(xiàn)超溫超壓，為了克服酸性氣冷凝器結(jié)垢堵塞造成腐蝕內(nèi)漏的問題，對冷凝器進(jìn)行改造，從而實(shí)現(xiàn)酸性氣對換熱器進(jìn)行定期反吹掃操作，解決換熱器積灰和垢下腐蝕等問題。

4.2酸性氣冷凝器在線沖洗改造方案

每套閃蒸系統(tǒng)配置1臺(tái)酸性氣冷凝器，在換熱器進(jìn)口閥后管段改為三通管，一端連接進(jìn)口閥，一端連接換熱器，一端通過切斷閥門連接火炬放空管線放空。

4.3在線吹掃具體步驟

根據(jù)冷凝器使用情況可以進(jìn)行定期反沖洗，步驟如下。

(1)打開冷凝器旁路閥，通過調(diào)節(jié)冷凝器后的調(diào)節(jié)閥或手動(dòng)閥開度保證介質(zhì)的正常輸送流量。

(2)關(guān)閉冷凝器進(jìn)口閥。

(3)逐漸打開進(jìn)口三通處的反沖洗閥，對冷凝器進(jìn)行反沖操作，安全無害介質(zhì)可以通過排放口觀察反沖效果，排放介質(zhì)干凈后，關(guān)閉反沖洗閥停止沖洗。

(4)逐漸打開冷凝器進(jìn)口閥。

(5)緩慢關(guān)閉冷凝器旁路閥，通過調(diào)節(jié)冷凝器后的調(diào)節(jié)閥或手動(dòng)閥開度保證介質(zhì)的正常輸送流量。

5結(jié)語

(1)通過壓縮空氣吹掃改造，二級(jí)滾筒篩堵塞問題得到了較好解決，停車吹掃后，二級(jí)滾筒篩較為干凈，無煤漿殘留和大顆粒堵塞現(xiàn)象。

(2)灰水換熱器改造實(shí)現(xiàn)了利用自身輸送灰水對廢水換熱器和鎖斗沖洗水換熱器在線反沖洗，具有時(shí)間短、效果好、改造簡單的特點(diǎn)，改造后廢水換熱器和鎖斗沖洗水換熱器每半月在線反沖1次，通過排放導(dǎo)淋觀察有大量黑灰沖出，沖洗效果明顯，運(yùn)行中未出現(xiàn)換熱器堵塞現(xiàn)象。

(3)酸性氣冷凝器改造實(shí)現(xiàn)在線反吹掃后，再未出現(xiàn)冷凝器內(nèi)漏和渣水框架循環(huán)水氣阻現(xiàn)象，拆檢冷凝器，內(nèi)部積灰明顯減少。

On-line Cleaning of Key Equipment of Multiple Nozzle CWS Gasification Process Plant

KONG De-sheng，SUN Hua-xiang,FENG Guo-yin

(XinnengPhoenixTengzhouEnergyCo.,Ltd.,TengzhouShandong277527China)

Abstract：This article analyzed the reasons of the two-stage drum screen blocking, waste water heat exchanger blocking and internal leakage of acid gas condenser, a series of reforming measures were taken to realize on-line cleaning (purging) of lock hopper flushing water heat exchanger, waste water heat exchanger, acidic gas condenser and two-stage drum screen, which obtained good effects during operation.

Keywords：two-stage drum screen; blocking; heat exchanger; on-line cleaning

收稿日期：2015-07-31

作者簡介：孔德升(1986年-)，男，2007年畢業(yè)于山東化工技師學(xué)院化工工藝專業(yè)，現(xiàn)在新能鳳凰滕州能源有限公司生產(chǎn)運(yùn)行中心氣化工段從事煤氣化生產(chǎn)工作。

中圖分類號(hào)：TQ 546

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-8901(2016)01-0059-03

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.015 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.016