德士古氣化爐液位改善總結

孔祥昶

(實聯化工(江蘇)有限公司, 江蘇淮安 223001)

1 概述

實聯化工(江蘇)有限公司100萬t/a純堿及100萬t/a氯化銨聯堿為主生產項目，40萬t/a合成氨項目為聯堿項目配套裝置。

合成氨項目煤氣化裝置采用GE水煤漿加壓氣化技術，氣化爐規格為φ3 200×19 400 mm，2開1備，氣化壓力為6.5 MPa，溫度為1 356 ℃。生產(CO+H2)氣體量為118 200 m3/h，以滿足40萬t/a合成氨裝置所需的粗水煤氣。單臺氣化爐正常處理煤量約為1 000 t/d，最大處理量為1 350 t/d。

水煤漿氣化工藝是以純氧和水煤漿為原料，采用氣流床反應器，在加壓非催化條件下進行部分氧化反應。在此高溫下化學反應速率相對較快，而氣化過程速率由傳遞過程控制。

氣化采用的高溫反應氣通過激冷環冷卻、文丘里洗滌，最后通過碳洗塔洗滌將反應氣冷卻至243 ℃左右，送至下游變換裝置。

本裝置于2013年12月4日第一次投料試車。開車運行40 d后，氣化爐液位波動較大，通過加大激冷水流量和降低碳洗塔的入口溫度后，裝置還能繼續運行，但后期被迫減量倒爐。

針對多次出現的故障，對該裝置進行多項技術改造，較好地穩定了氣化爐的液位，運行周期為兩個燒嘴周期(150 d)，生產運行能夠按照計劃組織倒爐和檢修。

2 問題分析及改善評估

2.1 氣化爐激冷水分布平衡管堵塞

2.1.1 現象及原因分析

2015年6月，氣化爐投料生產后不久，即出現4個托磚板溫度偏差大、氣化爐液位偏低、3個氣化爐液位計偏差大的現象，被迫降負荷生產，最終導致停車[1]。初步分析原因為氣化爐帶水。停車后檢查發現，每次都有2～3根激冷水分布平衡管發生堵塞。判斷根本原因為激冷水分布平衡管設計問題導致供水分布不均，造成激冷水偏流。

3臺氣化爐均出現以上現象。每臺氣化爐停車后，均要拆開激冷水分布平衡管，利用高壓水槍進行清洗后，再次投料。此問題導致停車檢修時間延長、任務加重、成本上升。

2.1.2 改善方式

激冷水分布平衡管是為了讓氣化爐激冷環的水分布較均勻。在激冷水入爐內激冷環前，該裝置設計沿氣化爐爐外周圍設置了長度為25.4 cm的激冷水分布平衡管，然后通過該平衡管上均勻分布的6根長度為15.24 cm的支管將激冷水送入爐內激冷環(見圖1)。經分析，原始設計中，激冷水分布平衡管上的6根支管雖然是均勻分布的，但其上游和下游的支管激冷水進水分布不平衡；因管道尺寸變化，使得激冷水流通面積變大，導致流速變慢，上游和下游激冷水阻力不同，引起激冷水中懸浮物更易沉積，故下游平衡管容易堵塞。

圖1 改造前，激冷水分布平衡管示意圖

經討論，采取增設二次平衡管的方法，第一次將長度為25.4 cm 激冷水管分為兩路長度為20.32 cm激冷水管道進入激冷水分布平衡管；第二次分配需將一根激冷水分布平衡管平均斷開分為2段，端口以法蘭連接，每一根20.32 cm 激冷水管道對應一段平衡管，從中間進入，二次分配入爐激冷水(見圖2)。這樣既便于定期清理平衡管，又可避免平衡管下游激冷水流動緩慢導致結垢、堵塞。

圖2 改造后，激冷水分布平衡管示意圖

2.1.3 效果評估

改造后，氣化爐液位控制在50%～60%，系統運行平穩；平衡管結垢、堵塞問題得到解決，有效降低了管道清洗成本。

2.2 激冷水過濾器堵塞

2.2.1 現象及原因分析

激冷水(黑水)過濾器的作用是為防止激冷環的環隙被激冷水中含有的固體顆粒堵塞，引起水噴淋不均勻或者激冷水量不足，從而造成激冷環和下降管損壞[2]。本裝置實際運行中，氣化爐檢修后投料運行20 d左右，因激冷水中灰渣在過濾器濾筐內不斷累積，堵塞過濾器內濾網，造成過濾器壓差上升和激冷水供水量減少[3]。由于激冷水為高溫高壓介質，閥門沖蝕嚴重，易造成過濾器無法隔離，不能進行過濾器倒換。激冷水與氣化爐運行息息相關，一旦水量降至一定程度后系統將跳車，嚴重制約氣化爐長周期穩定運行，有必要進行改造。

2.2.2 改善方式

改造前，過濾器內濾筐呈“U”型放置，將其改造成倒“U”型放置(見圖3)。改造后，濾筐積灰容積加大了3倍，并且可以通過底部排污口定期在線排灰。

(a) 改造前

(b) 改造后圖3 激冷水過濾器改造前后對比圖

2.2.3 效果評估

改造后，當氣化爐運行70～80 d時，激冷水過濾器壓差處于正常范圍，激冷水量穩定，大大延長了激冷水過濾器的運行時間。可見，此項改造效果顯著。

2.3 鎖斗泄壓閥故障率

2.3.1 現象及原因分析

鎖斗是氣化爐定時排渣的關鍵，本裝置鎖斗正常工作壓力為6.2 MPa以上，鎖斗排渣至渣池頻次為30 min/次，每次排渣前鎖斗內6.2 MPa壓力需要泄壓后才能進行排渣(防止高壓竄低壓)；泄壓閥后管線至氣化7樓的鎖斗沖洗水罐泄壓(見圖4中A實線管線)，泄壓閥位于氣化3樓，泄壓時壓力由6.2 MPa瞬間降為0 MPa，由于泄壓閥后管線過長(約34 m)且有7個彎頭，所以泄壓時管線以及閥門振動大。管線振動導致的后果包括：泄壓閥易損壞使檢修周期變短、檢修成本增加；管線振動大使管支架經常性發生變形、斷裂，不利于安全生產。經分析，鎖斗泄壓時管線振動大的根本原因在于壓差大、泄壓閥后管線過長及彎頭多。

圖4 鎖斗泄壓閥后管線改造示意圖

2.3.2 改善方式

經現場研討，泄壓閥后加管線至烘爐水封槽去渣池的管線(見圖4中B虛線管線)，此段管線為低壓管，長度約為8 m。當渣池故障檢修時，此管線需要關閉，可重新切換至沖洗水罐泄壓。后期增加了盲板，更好地保障了檢修的安全。

2.3.3 效果評估

改造后，鎖斗實現了雙向泄壓，有效地緩沖了沖擊力，閥門的使用周期由原來的4個月變為12個月以上。管支架損壞率降低，減少了檢修成本。

2.4 撈渣機故障

2.4.1 現象及原因分析

本煤氣化裝置撈渣機為GBL1.3X21系列型刮板撈渣機，主要用于氣化爐的機械排渣。撈渣機由電機帶動，經過減速器帶動鏈條及刮板運動，把從氣化爐排下的渣刮出渣池。刮板撈渣機置于氣化爐底部，鎖斗排渣口與渣倉系統連接，從而實現連續排渣和運轉。

渣池中渣水具有腐蝕性，pH值為6.5～7.5，水中溶解了CO、CO2、H2S、NH3和氯離子、碳酸根離子；渣池中的粗渣含有腐蝕性及磨蝕性，因此撈渣機工作環境惡劣，經常發生刮板傾斜、鏈條過松或脫落、電機過載跳車等問題。本裝置設計為1臺氣化爐對應1臺撈渣機，一旦撈渣機發生故障，無法在線檢修，被迫氣化爐減量或者退氣處理，嚴重影響正常生產。

2.4.2 改善方式

在原排渣管線盲板前位置，新增配排渣管道及盲板，并通過聯通管道將新增的3條排渣管道聯通，實現3套撈渣機互相切換(見圖5)。

圖5 撈渣機互備施工圖

2.4.3 效果評估

改造后，當撈渣機故障時，均可順利切換至其他撈渣機，未再出現過因撈渣機故障而減負荷或退氣停產的情況，為穩定生產贏取了時間。

2.5 上升管和下降管之間積灰

2.5.1 現象和原因分析

由于原料煤批次更換頻繁，運行中后期液位突然偏高，氣化爐帶水比較嚴重，被迫減量倒爐。停車后發現上升管和下降管之間積灰嚴重。由于熱負荷較高，通過擴大上升管和下降管之間的間隙來進行優化[4]。

2.5.2 改善方式

原設計的上升管內徑為1 257.3 mm，底部改善成為鐘罩式結構，下部上升管1 500 mm高度的部分直徑擴大為1 500 mm。這樣上升管和下降管之間的截面直徑擴大了242.7 mm，激冷室的熱負荷明顯下降。

2.5.3 效果評估

經過設計優化后，較好地實現了固液分離，降低了氣化爐的熱負荷，增加了操作彈性，穩定了氣化爐液位，裝置運行平穩。

3 結語

煤氣化裝置在生產運行中暴露出各種各樣的問題，而這些問題也是同行業中經常遇到的。通過以上優化，較好地解決氣化爐液位穩定問題，保障了裝置長周期穩定運行。