氣化激冷室至中壓閃蒸罐管線的優化

李慶春 張志剛 馮明艾 李彥強 王樂天 劉亮（內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司，內蒙古 017313）

氣化激冷室至中壓閃蒸罐管線的優化

李慶春 張志剛 馮明艾 李彥強 王樂天 劉亮（內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司，內蒙古 017313）

本文分析了氣化激冷室至中壓閃蒸罐管線堵塞的原因，并針對堵塞原因做了相應改造，并在實際生產中取得了較好的效果。

激冷室;黑水角閥;三通;堵塞

1 兩段式氣化爐煤氣化

1.1 氣化爐介紹

煤氣化系統是我公司煤制甲醇的核心，采用國內自主研發的兩段式干煤粉加壓氣化爐（氣流床）煤氣化工藝。

氣化工段工藝流程為煤粉、氧氣在加壓條件下并流進入氣化爐內，在極為短暫的時間內完成升溫、揮發分脫除、裂解、燃燒及轉化等一系列物理和化學過程，產生以H2和CO為主的合成氣。[1]氣化工藝采用干煤粉加壓進料方式，純氧作為氣化劑，反應溫度為1400℃～1600℃，壓力4.0MPa，碳轉化率高達98%以上，氧耗低，冷煤氣效率高，液態排渣，產品氣體潔凈。

本煤氣化裝置由磨煤與干燥單元、煤粉加壓輸送單元、煤粉氣化單元、除渣單元、濕洗單元、灰水處理單元及公用工程單元組成，其中灰水處理單元、公用工程等單元為煤氣化系列共用。[2]

1.2 煤氣化工藝

原煤經過磨煤機磨成粉狀后，由氮氣加壓輸送至煤燒嘴，煤與氧氣通過煤燒嘴進入氣化爐，在氣化爐內發生不完全化學反應生成CO和H2等氣體，產生的煤渣則由除渣系統排到系統外。氣化爐內生成的粗合成氣溫度較高，經過減溫水降溫后，溫度降至750℃左右。

高溫粗合成氣（700℃～900℃）的降溫是通過激冷罐來實現的，粗合成氣經過下降管進入激冷水罐，激冷水罐內裝滿激冷水，粗合成氣在流過激冷水的過程中發生傳質傳熱被降溫至

180℃～190℃之間，同時攜帶的大部分灰渣被激冷水冷卻固化，細灰渣隨著激冷罐底部管線排出的黑水進入灰水處理單元。氣化反應流程見圖一。

2 運行中出現的問題

2.1 由于壓力的變化，造成污水對管道和閥門沖刷，致使管道和閥門經常發生泄露。

合成氣中帶有大量的灰渣顆粒，經過減溫水后會使大量的灰融潤灰渣顆粒固化，然后隨著合成氣通過導管一同進入激冷室進行降溫洗滌，激冷罐底部黑水經管線由黑水角閥減壓后進入中壓閃蒸罐。激冷罐排污壓力約3.5Mpa，經過黑水角閥減壓后壓力約為0.8Mpa，排放污水經過閥座的速度約1.2米/秒。污水從閥座出來后，由于壓力迅速降低，速度被提高至25米/秒以上，且其中混合著大量的堅硬顆粒物質，很容易對閥后管道、彎頭及黑水角閥進行沖刷，進而磨損。管道被磨穿后，會導致大量污水及有毒有害氣體外泄，甚至造成氣化爐停車。

圖一氣化反應工藝流程

圖二排放黑水管道被磨穿泄露后的現場情況

黑水角閥介紹：我公司所用的黑水角閥閥芯直徑約50mm，由特殊耐磨耐高溫碳化鎢材料制成，硬度和耐磨性極強。作用是通過改變閥芯到閥座的距離，來調節污水排放量。排放黑水管道被磨穿泄露后的現場情況見圖二。

2.2 激冷室底部黑水排污管線經常堵塞

原設計中，激冷罐底部排污管線經黑水角閥排放至中壓閃蒸罐，排污管線直徑為DN150。由于激冷室內部容易形成渣塊，渣塊脫落后，極易堵塞管線。

2.3 水中Cl-對設備和管道造成腐蝕

黑水管道、彎頭及黑水角閥進行磨損，破壞其不銹鋼表面的氧化膜，當氧化膜被損壞后，黑水中含有的大量Cl-離子會腐蝕設備和管道。

3 維修與改進措施

(1)對黑水角閥后方的彎頭改為等徑三通形式，三通的材料使用更耐磨的鉻鉬鋼，并對管道進行加固加厚處理，使管道壁厚達到20mm以上。同時在三通底部焊接兩層厚度約為20mm的鋼板，并在三通下層預留信號孔。

三通中心距三通底部距離約為管道直徑的8倍以上。當水高速的從閥芯處往三通底部噴射后，減速反向三通處，這時又與新送來的黑水碰撞，相互抵消速度及能量，以渣抗渣的方式減少黑水對管道的沖刷。同時兩層底板及信號孔可以更早發現底板被磨破，擇機檢修，避免因泄露事故導致系統的停車。示意圖見圖三：

圖三三通內水流示意圖

(2)原黑水去中壓閃蒸槽管線直徑為DN150，現將其改為DN200，減小了黑水角閥前后壓差，降低了黑水流速。

(3)原設計激冷罐底錐上部有兩個DN100的預留孔，現將一個預留孔與到黑水角閥管線連通，當發生堵塞時，打開此管線，確保煤泥能從此管線排出，減少激冷罐底部堵泥量。

(4)在黑水從激冷室至中壓閃蒸罐管線上增加DN15或DN25的沖洗水管線，避免煤泥在管線中間堆積堵塞。所有沖洗水均來自高壓灰水泵，以防止增加污水排放量。

中壓閃蒸罐原設計中有兩路排污管線，兩路排污管線匯集到一根總管，然后經過黑水角閥到真空閃蒸罐。由于黑水角閥節流作用，導致管道流速變低，渣塊與煤泥在中壓閃蒸罐底部堆積堵塞。現將中壓閃蒸罐底部排污管線增加一條旁路排至地溝，定期帶壓開閥排污，將中壓閃蒸罐底部渣塊與煤泥排出，避免中壓閃蒸罐底部堵塞。

圖四激冷室至中壓閃蒸罐改造后示意圖

4 效果與總結

經過我公司對激冷室底部至中壓閃蒸罐管線上一系列的改造，角閥閥芯被磨損程度顯著降低，黑水將三通磨穿的幾率明顯減少,延長了黑水管線的使用壽命。同時兩層底板及信號孔可以更早發現底板被磨破，即使在水流變向處出現磨穿現象，也能夠及早發現問題并給予充足的時間進時處理，避免了因管線被磨穿而造成的氣化爐停車。

[1]吳勝軍HT-L與Shell及Texaco粉煤氣化技術的比較[J]，化肥工業，2011,38(3)；

[2]丁志云兩段式干煤粉加壓氣化爐的復雜控制[J]，廣州化工，2013,41(4),163-171.

In this paper,the reasons of the pipeline blockage in the gasification quench chamber to the medium pressure flash tank are analyzed,and the corresponding improvement is made in the paper.

chilling chamber;black wateranglevalve;three way;plug

李慶春(1986-)，內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司，男，山東濰坊，研究方向：煤化工