德士古廢鍋流程氣化爐激冷水系統改造

徐廣偉

(國家能源集團寧夏煤業甲醇分公司, 寧夏銀川 750411)

國家能源集團寧夏煤業甲醇分公司25萬t甲醇氣化裝置，采用德士古水煤漿廢熱鍋爐(簡稱廢鍋)流程，氣化爐2開1備，日投煤量1 200 t。氣化爐運行前期輻射段頻繁結渣，造成氣化爐運行困難;為了解決氣化爐結渣問題,將新增水冷壁進行部分割除，增加了熔渣通道;但是水冷壁的減少造成了系統熱量后移，在氣化爐運行1周后對流廢鍋出口溫度頻繁發出高報警，導致氣化爐被迫降負荷，嚴重影響氣化爐長周期運行。

1 運行現狀

針對甲醇氣化裝置存在的輻射廢鍋結渣問題，對輻射廢鍋水冷壁進行改造并對滴水檐進行修復，使氣化爐能高負荷運轉。隨著新增水冷壁的部分割除，氣化爐對流廢鍋出口溫度上漲明顯，氣化爐滿負荷運行4～5 d后，氣化爐從拐點處到對流廢鍋溫度整體有所上升，拐點平均溫度達到550 ℃，輻射廢鍋出口溫度達到530 ℃，對流廢鍋出口溫度達到394 ℃，甚至發生溫度高高聯鎖跳車(聯鎖值420 ℃)，嚴重影響甲醇氣化裝置的滿負荷、長周期運行。為了維持甲醇氣化裝置滿負荷運行，只能通過投用吹灰氣進行吹掃(通常強制常開1～2個對流廢鍋螺桿吹灰器相對應的HV-231系列吹灰閥)，表面上解決了對流溫度高的問題，但是不能真正將輻射廢鍋第一、第二次通道及對流廢鍋水冷壁上的積灰吹掉，實際只是通過大量低溫吹灰氣(50 ℃、15 000 m3/h，約占總氣體積流量的0.18%)與工藝氣混合進行降溫，而且在通過強制常吹閥降溫的同時會造成合成氣量的波動，從而引起合成工況的不穩定,影響氣化爐的長周期運行。筆者借鑒德士古激冷流程氣化爐的降溫方式，在該甲醇氣化裝置的輻射廢鍋拐點處引入激冷水[1]，以降低粗煤氣的溫度，使對流廢鍋出口溫度滿足設計要求。

2 激冷水系統的設計及改造

2.1 激冷水系統計算和設計

(1) 噴頭直徑的計算公式[2]為：

(1)

式中：d為噴頭直徑，m；qV為激冷水體積流量，L/min；η為噴頭效率系數，取1.05～1.10；n為噴頭數量,該裝置激冷水噴頭為6個；Δp為激冷水壓差，MPa，取激冷水壓力為6.0 MPa、氣化爐實際運行壓力為4.3 MPa，則Δp=1.7 MPa。

根據前期設計院的計算，需要的激冷水體積流量為8 m3/h，考慮實際運行需要，故放大取12 m3/h。將各參數代入式(1)后計算得出理論的噴頭截面積為12 mm2。實際裝置運行時，激冷水體積流量控制在15～20 m3/h。

激冷水管線進入爐體后穿過導渣錐體，形成1個環，并以120°均布3個三通，垂直向上引出3條管線，分別為A管、B管和C管(見圖1)。

根據計算結果，考慮C管相對入口管線較遠，管道阻力較大，故其管道上噴頭截面積需要比A管、B管大一些。最終定為：A管、B管上噴頭截面積為13.5 mm2；C管上噴頭截面積為16.2 mm2。在環底部制作支撐，焊接固定到導渣錐體內壁上?？紤]粗煤氣通過冷卻水網的通量應盡可能大，選用平面扇形式噴頭。噴頭平面分為2層，第1層在輻射廢鍋拐點向上1 500 mm平面，第2層在拐點向上800 mm處。同層內噴頭為120°均布，層間噴頭以60°錯開，使其霧化效果互補，增強冷卻效果，激冷水現場安裝圖見圖2。

P-503A/B—激冷水泵； KV206—鎖斗充壓閥。

圖2 激冷水噴頭現場安裝圖

增設激冷水系統以后，隨著裝置的運行，出現了以下問題：

(1) 噴頭材質達不到工藝要求，噴頭在運行過程中被嚴重沖刷，導致其霧化效果和對粗煤氣的降溫效果下降。

(2) 噴頭位置較高，占用一次通道空間，固定支架結構復雜，容易造成水冷壁掛渣。

(3) 噴頭結構設計不合理，霧化效果不佳，大量水未霧化直接噴射在對面水冷壁上，減弱了冷卻效果，且易在水冷壁上形成積灰、積垢。

(4) 噴頭處采用對焊，焊渣易進入管線堵塞噴頭。

(5) 為了不增加外來用水，激冷水采用變換工段的工藝冷凝液和系統灰水，水質較差，造成激冷水噴頭易堵塞[3]，運行不穩定，影響裝置長周期運行并增加了非計劃檢修頻次。在增加激冷水系統后3臺氣化爐共因激冷水流量低停車檢修4次，降負荷運行65 d。

(6) 激冷水調節閥為手動閥門，緊急情況下操作不及時易引發氣化爐聯鎖跳車。

2.2 激冷水系統改造

2.2.1 激冷水噴頭的改造

激冷水噴頭原始噴頭通道直徑為6.5 mm，扇面厚度為2.5 mm，容易堵塞(見圖3)；將激冷水噴頭及管口的尺寸進行適當擴大，扇面厚度由2.5 mm 擴大至3.00 mm、3.25 mm，管口直徑由6.5 mm 擴大至7.0 mm、8.5 mm，隨后進行組合水分布試驗。激冷水噴頭原始尺寸見圖4。

(a) 側視圖

根據噴頭噴射效果及分布情況，最終確定選用直徑8.5 mm、扇面厚度3.25 mm的噴頭。

2.2.2 激冷水噴頭位置的改造

激冷水噴頭由原來2層平面合成在同一平面上，均在原來第1層平面上，6個噴頭夾角60°(見圖5)。

2.2.3 激冷水系統穩定性改造

為了解決激冷水泵緊急情況不打量或者停機的問題，從中壓鍋爐給水管線配制備用激冷水管線與激冷水泵出口匯合，同時在中壓鍋爐給水管線上增加程控閥門，實現遠程控制，在激冷水泵出現故障時中控能第一時間打開程控閥門，同時減小碳洗塔塔盤補水，保證激冷水不斷水，滿足氣化爐運行需要，保障了激冷水系統的可靠性。

2.3 改造效果

激冷水系統改造后，氣化爐激冷水平均體積流量由12 m3/h提高至18 m3/h；激冷水噴頭擴徑后，降低了激冷水噴頭堵塞的概率；使用承插焊有效避免了焊渣進入后堵塞噴頭；固定支架的簡化和噴頭位置的變更，減小了一次通道結渣的風險。經過對激冷水系統的改造，3臺氣化爐再未發生對流廢鍋出口溫度高的問題，氣化爐對流廢鍋出口溫度由改造前平均380 ℃降至330 ℃左右。圖6為激冷水系統改造后對流廢鍋出口溫度曲線。

圖5 改造后激冷水噴頭及位置

圖6 激冷水系統改造后對流廢鍋出口溫度

3 結語

經過對氣化爐激冷水系統及其他方面的改造，氣化爐運行周期得到延長，負荷得以提高，截至目前氣化爐單爐最長滿負荷連續運行163 d，平均周期90 d以上[4]。但是由于激冷水系統的引入，汽包副產10.0 MPa飽和蒸汽質量流量由原來的45 t/h降至目前的25 t/h，發電量受到影響,還需要對此進行進一步的研究和分析。