探討航天爐粉煤氣化裝置檢測與優化策略

李海飛 李富強

摘 要：航天爐粉煤氣化技術是新型的先進技術，然而在應用實踐中逐漸暴露出航天爐粉煤氣化裝置運行中的問題。對此要從航天爐粉煤氣化裝置的關鍵部位結構和腐蝕方面入手，進行裝置設備關鍵結構的檢測、計算和分析，改進和優化裝置關鍵結構，并采用有效的防護措施，重點解決航天爐粉煤氣化裝置設備的腐蝕問題，確保航天爐粉煤氣化裝置的安全穩定性。

關鍵詞：航天爐粉煤氣化裝置 結構 檢測 優化

粉煤氣化爐技術是新型的技術，當前普遍采用HT-L粉煤氣化技術裝置，主要是利用氣流床氣化技術，實現磨煤干燥、粉煤加壓輸送、氣化、合成氣洗滌、灰水處理等過程，然而在運行實踐中暴露出一些問題，諸如：磨煤單元中空氣量不足;粉煤水分含量高且摻有雜質;熱風火爐火焰檢測穩定性不足;洗滌塔結構出現堵塞等，為此要對航天爐粉煤氣化裝置設備進行檢測和結構優化，更好地提升航天爐粉煤氣化裝置設備的運行安全穩定性[1]。

一、HT-L粉煤氣化裝置檢測分析

HT-L粉煤氣化裝置在長期的運行周期內存在設備損傷現象，對此要進行航天爐粉煤氣化裝置的全面檢測，主要包括以下檢測內容：

（一）氣化爐檢測

航天爐粉煤氣化裝置以氣化爐為核心設備，通過宏觀檢測和錘擊檢測的方式，發現大量氯離子介質對于氣化爐激冷室內壁產生較大的腐蝕，同時粉煤顆粒在較高的流速下，也對氣化爐輸送管線、相關設備產生一定的沖刷影響。

（二）文丘里洗滌器檢測

考慮到文丘里洗滌器的特殊結構，采用超聲波測厚的方式，重點對易沖刷部位進行檢測，發現正對氣流方向的彎頭下段存在嚴重的沖刷問題，導致該處的壁厚減少30%以上，最薄處僅有9.6mm。同時，在洗滌器工藝水入口及內件部位也存在明顯的沖刷影響。

（三）渣鎖斗及粉煤給料罐的檢測

渣鎖斗和粉煤給料罐主要存儲粉煤，由于粉煤顆粒較細且沒有過快的流速，因而對設備的沖刷影響較小，筒體及封頭的厚度基本保持不變。而在粉煤給料罐的錐形接管部位，則存在明顯的凹陷現象，極易出現開裂。在渣鎖斗的下部錐段則存在明顯的沖刷侵蝕現象，其兩側的支座也檢測出明顯的蠕變損傷和細小裂紋。

二、航天爐粉煤氣化裝置的結構優化策略分析

（一）粉煤給料罐封頭結構優化策略

由于粉煤給料罐封頭在長時間的惡劣運行環境下，其錐形的接管結構會出現較大的應力集中的現象，導致封頭出現開孔缺陷。對此要進行粉煤給料罐封頭結構的應力計算和分析，將錐形管改進為直筒形管，采用壓力容器常規設計軟件SW-6進行開孔補強計算，快速有效地進行應力計算和分析，提升結構工作效率。同時，從結構制造的角度考慮，錐形鍛管封頭開孔是不規則的曲線結構，增大了制造的難度，而直管開孔制造則相對簡便高效。加之，錐形接管焊縫過長，存在焊接工藝上的安全隱患，而直管接管設計制造則無須考慮這一問題[2]。

（二）渣鎖斗支座結構優化策略

航天爐粉煤氣化裝置的渣鎖斗支座在長時間的受力狀態下，墊板、底板、蓋板、筋板等部位要承受較大的應力荷載，對此要進行應力分析和計算，針對性地加以改進和優化。具體來說，筋板長度要進行適當縮減，由530mm改進為460mm，厚度則由16mm增加到24mm;底板厚度要適當增加，由之前的22mm改進為36mm;墊板厚度也要加大，由之前的14mm改進為20mm，較好地承受工作時的荷載強度要求。

（三）文丘里洗滌器結構優化策略

航天爐粉煤氣化裝置的文丘里洗滌器主要用于粗合成氣洗滌除塵前的潤濕，在該設備中實現霧化工藝水與粗合成氣的均勻混合，濕潤并凝結粗合成氣中的固體灰塵，再由合成氣洗滌塔進行粗合成氣的洗滌。考慮到氣液固混合流體的流速過大，會對設備造成嚴重的沖刷侵蝕性影響，為此要改進和優化文丘里洗滌器結構，可以對氣化爐和洗滌塔中的黑水進行選擇性的替代，也即采用經過澄清處理后的灰水，替代含有固態熔渣的復雜黑水，更好地優化工藝，避免流體介質固態熔渣飛灰顆粒物過多的現象，并減少介質流體速度對設備的沖蝕性影響。

從技術的角度來看，可以采用堆焊耐磨合金技術進行文丘里洗滌器結構的優化，通過全自動管內壁堆焊鉻鉬鈷鎢系合金的方法，將高密度的耐磨料堆焊于不銹鋼板，采用先堆焊后成型的方式，使之具有一定的厚度，保證耐磨堆焊層與基材的冶金結合。要注意的是，在采用堆焊耐磨合金技術的過程中，要尤其關注喉管內壁、進水管內伸管外壁等部位的優化，減少流體的沖蝕性影響。

從材質的優化角度來看，文丘里洗滌器可以采用奧氏體-鐵素體雙相鋼組織的S22053雙相鋼材料，替代之前的S31603不銹鋼材料，提升設備的強度、硬度、耐磨、耐腐蝕性能。另外，從經濟成本的角度考慮，設備結構的入口彎頭部位采用S22053雙相鋼彎頭，喉管處外筒、擴散筒、出口筒等部位則可以采用Q345R和S316.3復合板材料，喉管和進水管則采用S31603管材，減少設備磨蝕余量，提升優化效果。

三、結語

綜上所述，航天爐粉煤氣化裝置檢測要重點關注粉煤給料罐封頭、渣鎖斗支座、文丘里洗滌器等部位，進行應力計算和分析，從結構、材質等方面加以改進和優化，未來還要盡量減少應力分析的誤差，并從介質工藝的角度進行結構優化，從根本上解決裝置設備的腐蝕性問題。

參考文獻

[1]魯承明，羅濤.粉煤氣化工藝中高壓粉煤輸送管道的優化改造[J].化肥工業.2017（04）.

[2]吳國祥.殼牌粉煤氣化裝置長周期連續運行影響因素分析[J].化肥設計.2011（06）.