氣化爐下降管變形原因分析及應(yīng)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(shù)，共2臺氣化爐(1開1備)，從2015年3月運行以來，倒?fàn)t停車后對氣化爐內(nèi)部進行檢查，發(fā)現(xiàn)2臺氣化爐下降管都出現(xiàn)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(yīng)的修復(fù)方案。

1 氣化爐激冷室結(jié)構(gòu)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(huán)。激冷環(huán)用法蘭固定在錐體上，激冷環(huán)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(huán)，經(jīng)一排孔與環(huán)縫噴出。環(huán)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(zhì)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(jīng)洗滌冷卻水管下端擴口進入鼓泡床，床中設(shè)有氣泡橫向分割單元，進一步實現(xiàn)合成氣的洗滌、降溫和增濕，絕大部分灰渣轉(zhuǎn)移到水相并沉降。合成氣經(jīng)洗滌冷卻室上部擋板分離其中的霧沫與攜帶水分后，再經(jīng)出口進入下游工序。

2 下降管損壞情況及修復(fù)方案

2.1 下降管損壞情況

氣化爐A下降管出現(xiàn)變形的位置為從激冷環(huán)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(huán)往下1.2 m與0.8 m處出現(xiàn)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(zhì)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(xiàn)變形的位置均在氣相中。

2.2 修復(fù)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(tài)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(fù)成型，同樣需把破渣機及靜態(tài)破渣器拆除。

(3)如果有同樣材質(zhì)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(tài)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(huán)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(fù)測筒體橢圓度，筒體內(nèi)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(fù)。修復(fù)完畢后，通洗滌水，從氣化爐預(yù)熱燒嘴口觀察下降管水膜形成情況，以確保修復(fù)質(zhì)量。

3 下降管損壞原因分析

3.1 激冷環(huán)的影響

激冷環(huán)是氣化爐的主要內(nèi)件之一，其價格高昂，制作難度較大。激冷環(huán)的主要作用是通過激冷環(huán)與下降管約9.5 mm的間隙向下降管內(nèi)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(huán)的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 激冷環(huán)結(jié)構(gòu)

洗滌水通過黑水循環(huán)泵(體積流量約為430 m3/h，溫度約為240 ℃)加壓后，經(jīng)過黑水過濾器除去煤灰后，進入激冷環(huán)。當(dāng)洗滌水水質(zhì)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(huán)的小孔或激冷環(huán)與下降管的間隙，從而導(dǎo)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(jié)疤，產(chǎn)生高溫區(qū)，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(shè)備、管道結(jié)垢，一方面影響黑水循環(huán)泵的打量，另一方面垢片脫落后會堵塞激冷環(huán)[3]。

激冷水中灰分及雜質(zhì)含量較高時，也會堵塞激冷環(huán)或沖刷下降管，直接損傷下降管。激冷水中的雜質(zhì)及灰分主要來自合成氣洗滌沉淀和渣水處理系統(tǒng)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(dǎo)致激冷水中的灰分及雜質(zhì)含量較高。

激冷水量直接決定了下降管水膜厚度，當(dāng)氣化爐在低負(fù)荷工況下運行時，合成氣氣體流速減慢，激冷水量可以適當(dāng)?shù)鸵恍?dāng)氣化爐在高負(fù)荷或者高爐溫操作時，激冷水量應(yīng)適當(dāng)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(zhì)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?；曳趾窟^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(jié)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(wěn)定使操作難度加大，該提溫的時候未提，當(dāng)發(fā)現(xiàn)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(jié)疤，當(dāng)水流流過掛壁和結(jié)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(jié)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(fù)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(xiàn)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(nèi)的底部，在激冷環(huán)和下降管的上部，主要作用是保護激冷環(huán)和下降管。渣口磚共5層，當(dāng)渣口磨損增大時，氣體流速減慢，而且容易在此處堆積。當(dāng)熔渣堆積到一定程度突然下落時，易在下降管上掛壁和結(jié)疤，從而造成下降管的損壞。當(dāng)渣口磚磨損較為嚴(yán)重時，將會使激冷環(huán)直接暴露在熔渣的沖刷中，造成激冷環(huán)和下降管的損壞。

4 預(yù)防措施

4.1 改善系統(tǒng)水質(zhì)

應(yīng)從源頭開始抓起，控制進水水質(zhì)；在渣水處理系統(tǒng)中，根據(jù)水質(zhì)及時調(diào)整絮凝劑、分散劑用量，分析水質(zhì)，保證沉降效果。盡可能多地置換系統(tǒng)內(nèi)部水，保持水質(zhì)良好?？刂扑到y(tǒng)的pH，減少結(jié)垢的產(chǎn)生。

4.2 保證激冷水的用量

在正常操作情況下，尤其在高負(fù)荷、高溫操作條件下，必須保證激冷水的用量，根據(jù)黑水過濾器進出口壓差及時切換。準(zhǔn)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(biāo)和煤的穩(wěn)定性

應(yīng)盡量采購合適的氣化用煤，各項指標(biāo)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(jù)煤種情況及時調(diào)整工藝指標(biāo)。煤種盡可能保持穩(wěn)定，不要頻繁更改煤種，避免操作難度增大及系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

4.4 控制合適的操作溫度

加強操作人員業(yè)務(wù)水平能力，當(dāng)煤種較穩(wěn)定時，嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，溫度不能忽高忽低。煤種變化時，應(yīng)及時調(diào)整爐溫，保證下渣正常，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，所有操作都要緩慢，不能突增突降?，F(xiàn)場看渣形，看渣樣要準(zhǔn)確、及時，操作人員應(yīng)根據(jù)熱偶指示、合成氣成分、甲烷含量等工藝參數(shù)合理調(diào)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(guān)尺寸；對于磨損較大的爐子，不帶病生產(chǎn)，應(yīng)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(yīng)提前做好板材的采購。至少準(zhǔn)備1套激冷環(huán)和下降管組件，再準(zhǔn)備一些Incoloy825材料，以便對下降管進行局部更換。

5 結(jié)語

下降管作為氣化爐重要內(nèi)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(zhì)量要求較高等諸多問題，只有從預(yù)防做起，工藝人員、設(shè)備人員、操作人員和管理人員都要做到精心、重視才能使設(shè)備長周期穩(wěn)定運行下去。