氣化爐下降管變形原因分析及應對措施

路培貴，張 凱

(江蘇華昌化工股份有限公司，江蘇張家港 215634)

江蘇華昌化工股份有限公司采用多噴嘴對置式水煤漿氣化技術，共2臺氣化爐(1開1備)，從2015年3月運行以來，倒爐停車后對氣化爐內部進行檢查，發現2臺氣化爐下降管都出現過不同程度的變形，破壞了水膜的形成，影響氣化爐的正常使用。因此，筆者對下降管變形的原因進行分析，并提出相應的修復方案。

1 氣化爐激冷室結構及工藝過程

氣化爐分為燃燒室和激冷室兩個部分，激冷室在燃燒室的下方。燃燒室下面由錐體與激冷室隔開，之間的通道稱為渣口，再往下就是激冷環。激冷環用法蘭固定在錐體上，激冷環的下部用焊接的方式與下降管相連接。洗滌水進入激冷室中的分布環，經一排孔與環縫噴出。環縫洗滌水沿管壁流下，保護洗滌冷卻管不超溫，一排孔軸線與洗滌冷卻管中心線呈30°，洗滌水與來自氣化室下渣口的粗合成氣混合，以強化熱質傳遞，將合成氣溫度由1 350 ℃逐步降到250 ℃左右，并使其所含灰渣溫度降低、合成氣濕度增加，灰渣被水浸潤[1-2]。

合成氣經洗滌冷卻水管下端擴口進入鼓泡床，床中設有氣泡橫向分割單元，進一步實現合成氣的洗滌、降溫和增濕，絕大部分灰渣轉移到水相并沉降。合成氣經洗滌冷卻室上部擋板分離其中的霧沫與攜帶水分后，再經出口進入下游工序。

2 下降管損壞情況及修復方案

2.1 下降管損壞情況

氣化爐A下降管出現變形的位置為從激冷環往下1.8 m處，一整圈向里凹，長度約300 mm，深度約30 mm;從激冷環往下1.2 m與0.8 m處出現局部變形，局部變形與1.8 m凹坑類似。氣化爐B下降管變形情況與氣化爐A類似。

下降管直徑為1 100 mm，厚度為8 mm，總長約為6 168 mm，材質為Incoloy825。下降管下部約2 000 mm處于液相，上部4 000 mm處于氣相，2臺氣化爐出現變形的位置均在氣相中。

2.2 修復方案

(1)如果有下降管備件，可以更換新的下降管，把與氣化爐連接的破渣機移開，拆除氣化爐里的靜態破渣器，把舊下降管割除，把新的下降管再更換上去。

(2)可以把處于液相中的下降管與處于氣相中的下降管互換位置，把變形處位置隔開后采用卷板機重新修復成型，同樣需把破渣機及靜態破渣器拆除。

(3)如果有同樣材質的Incoloy825板材，可以局部更換變形處板材。該方案無需拆除破渣機與靜態破渣器，只需要從DN500人孔把卷制好的板材送進去進行更換。割除處環縫坡口為外坡口，角度為35°，鈍邊為0.5～1.0 mm，按下降管的尺寸將新的板材進行卷制，再割成所需要的大小(打好坡口，坡口形式同上，必須能從DN500人孔進入)進行裝配焊接，焊接完畢后再復測筒體橢圓度，筒體內壁需要將焊縫處打磨得與母材齊平，以保證水膜的形成。

由于檢修的時間的緊迫，采用了第3種局部更換板材的方式進行修復。修復完畢后，通洗滌水，從氣化爐預熱燒嘴口觀察下降管水膜形成情況，以確保修復質量。

3 下降管損壞原因分析

3.1 激冷環的影響

激冷環是氣化爐的主要內件之一，其價格高昂，制作難度較大。激冷環的主要作用是通過激冷環與下降管約9.5 mm的間隙向下降管內壁噴水，形成水膜，以保護下降管不被高溫氣體及熔渣損毀，洗滌水通過外圈120個Φ8 mm的孔斜向向合成氣進行洗滌、降溫、增濕。激冷環的結構見圖1。

圖1 激冷環結構

洗滌水通過黑水循環泵(體積流量約為430 m3/h，溫度約為240 ℃)加壓后，經過黑水過濾器除去煤灰后，進入激冷環。當洗滌水水質惡化、黑水過濾器過濾效果變差時，部分煤灰進入洗滌水，會堵塞激冷環的小孔或激冷環與下降管的間隙，從而導致下降管布水不均勻。下降管在這種工況下運行，就會逐漸形成熔渣結疤，產生高溫區，逐漸使下降管變形或者燒壞。

3.2 激冷水的影響

激冷水中鈣鎂離子含量較高或pH較高時(呈堿性)，容易使設備、管道結垢，一方面影響黑水循環泵的打量，另一方面垢片脫落后會堵塞激冷環[3]。

激冷水中灰分及雜質含量較高時，也會堵塞激冷環或沖刷下降管，直接損傷下降管。激冷水中的雜質及灰分主要來自合成氣洗滌沉淀和渣水處理系統沉降處理干凈送回水洗塔兩部分。黑水過濾器過濾效果較差或2臺過濾器切換不勤，都會導致激冷水中的灰分及雜質含量較高。

激冷水量直接決定了下降管水膜厚度，當氣化爐在低負荷工況下運行時，合成氣氣體流速減慢，激冷水量可以適當低一些，當氣化爐在高負荷或者高爐溫操作時，激冷水量應適當加大，才能保證水膜的厚度，否則高溫會造成下降管變形[4]。

3.3 煤質的影響

水煤漿氣化爐對煤的灰熔點和灰分含量都有很高的要求。灰分含量過高時，氣化效率下降，渣量增多，增大對下降管的磨損，并可能掛壁在下降管上；煤的灰熔點較高時，熔渣流動速度較緩慢，極易掛壁和結疤，從而損壞下降管。

若煤種不同，則灰熔點不同，氣化用煤不穩定使操作難度加大，該提溫的時候未提，當發現渣口壓差增加、合成氣成分異常時，再提高操作溫度為時已晚，此時提高燃燒室溫度并不能使下降管上的渣融化。

3.4 操作溫度的影響

水煤漿氣化爐的操作需要一個合適的溫度，既不能太高也不能太低。操作溫度過低，灰渣的流動性變差，容易在下降管上掛壁和結疤，當水流流過掛壁和結疤時，被迫分流，破壞水膜，致使下降管局部超溫變形。同時，掛壁和結疤處會聚集更多的灰渣，使合成氣的流通面積減小，氣流增大后沖破水膜，致使下降管局部超溫變形，甚至擊穿下降管。操作溫度過高，灰渣的流動性變強，熱負荷增大，合成氣溫度較高，合成氣溫度由1 350 ℃降到250 ℃左右時，渣口下部一段下降管溫度下降最快，致使水膜減薄，容易造成下降管局部超溫，出現裂紋、鼓包，甚至擊穿。過高的爐溫還會造成燃燒室爐壁上的渣大量掉落，增大下渣量，容易損壞下降管。

3.5 氣化爐渣口磚的影響

氣化爐的渣口磚在燃燒室內的底部，在激冷環和下降管的上部，主要作用是保護激冷環和下降管。渣口磚共5層，當渣口磨損增大時，氣體流速減慢，而且容易在此處堆積。當熔渣堆積到一定程度突然下落時，易在下降管上掛壁和結疤，從而造成下降管的損壞。當渣口磚磨損較為嚴重時，將會使激冷環直接暴露在熔渣的沖刷中，造成激冷環和下降管的損壞。

4 預防措施

4.1 改善系統水質

應從源頭開始抓起，控制進水水質；在渣水處理系統中，根據水質及時調整絮凝劑、分散劑用量，分析水質，保證沉降效果。盡可能多地置換系統內部水，保持水質良好。控制水系統的pH，減少結垢的產生。

4.2 保證激冷水的用量

在正常操作情況下，尤其在高負荷、高溫操作條件下，必須保證激冷水的用量，根據黑水過濾器進出口壓差及時切換。準備投料的氣化爐必須進行激冷水的分布試驗，并做好記錄；停爐后必須做好激冷水管線的沖洗和排污工作，必要時進行酸洗。

4.3 控制氣化用煤各項指標和煤的穩定性

應盡量采購合適的氣化用煤，各項指標都能滿足要求，盡可能采用灰分含量低的煤種；分析不同批次的煤種，根據煤種情況及時調整工藝指標。煤種盡可能保持穩定，不要頻繁更改煤種，避免操作難度增大及系統的不穩定。

4.4 控制合適的操作溫度

加強操作人員業務水平能力，當煤種較穩定時，嚴格控制工藝指標，溫度不能忽高忽低。煤種變化時，應及時調整爐溫，保證下渣正常，維持系統穩定運行，所有操作都要緩慢，不能突增突降。現場看渣形，看渣樣要準確、及時，操作人員應根據熱偶指示、合成氣成分、甲烷含量等工藝參數合理調整氧煤比在合適的范圍。

4.5 做好渣口磚的運行記錄

做好氣化爐渣口磚的運行記錄，停爐后檢查錐底磚的磨損情況，記錄相關尺寸；對于磨損較大的爐子，不帶病生產，應及時更換渣口磚。

4.6 做好備品備件的管理

為防止下降管損壞后有備件可換，必須做好備品備件的采購。Incoloy825進口材料采購周期較長，應提前做好板材的采購。至少準備1套激冷環和下降管組件，再準備一些Incoloy825材料，以便對下降管進行局部更換。

5 結語

下降管作為氣化爐重要內件之一，一旦損壞，存在維修和材料成本較高、定制周期較長、安裝不便、安裝質量要求較高等諸多問題，只有從預防做起，工藝人員、設備人員、操作人員和管理人員都要做到精心、重視才能使設備長周期穩定運行下去。