殼牌煤氣化工藝濕洗系統(tǒng)堵塞問題分析

郭小杰

（同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037001）

殼牌粉煤加壓氣化爐相對于其他類型氣化爐具有冷煤氣效率高、環(huán)境友好、煤種適應性廣、氧耗量低等優(yōu)點［1］，因而在國內(nèi)迅速得到推廣應用。從2005年第一套氣化爐裝置開車到現(xiàn)在，經(jīng)過十幾年運行經(jīng)驗積累和技術攻關改造，殼牌氣化爐用戶先后出現(xiàn)了關鍵設備使用壽命短、設計不合理、管道材質易磨蝕、儀表不適用、氣化爐堵渣和積灰等問題，其中絕大部分問題得到了解決。

目前，各家氣化爐運行情況逐漸穩(wěn)定，A級運行百天達到常態(tài)化，全年累計運行在300d以上，基本實現(xiàn)了裝置全年穩(wěn)定生產(chǎn)，殼牌氣化爐的優(yōu)勢逐漸得到體現(xiàn)。

但是，合成氣洗滌塔系統(tǒng)存在管道堵塞、循環(huán)水中固含量高、循環(huán)水泵葉輪結垢、文丘里堵塞的問題，嚴重影響整個裝置的長周期平穩(wěn)運行。

1 殼牌氣化爐配套濕洗系統(tǒng)工藝流程

純氧和煤粉按照一定比例部分燃燒反應后，產(chǎn)生粗合成氣，經(jīng)合成氣冷卻器（廢鍋）冷卻后，再經(jīng)干法除灰系統(tǒng)，溫度降為310℃～350℃，合成氣中99%飛灰被快速過濾，過濾后的氣體灰含量可達到小于1mg／m3，洗滌水固含量小于10×10－6?；液康陀?mg／m3的合成氣進入濕洗系統(tǒng)［2］。

首先，合成氣通過文丘里洗滌器與填料床洗滌器C1601塔底來的霧化循環(huán)水充分混合，降溫后的合成氣和循環(huán)水混合物進入填料床洗滌器C－1601底部，合成氣從洗滌器底部水層中溢出進入填料床層，與洗滌水逆向流動充分接觸，不僅降低了合成氣中細灰含量（控制在1mg／m3以下），而且使合成氣溫度降低到168℃～176℃。合成氣通過C－1601頂部氣水分離器后離開C－1601洗滌器，分成兩股，一股去下游甲醇變換工段，一股與干法除灰系統(tǒng)來的部分合成氣混合后去冷激氣壓縮機。

在濕洗系統(tǒng)中，約310℃～350℃的熱合成氣在文丘里洗滌器中被急冷，同時，洗滌塔中循環(huán)水也洗去了合成氣中部分的鹽酸、氫氟酸等酸性氣體，使得循環(huán)水呈酸性。

為了防止酸液對設備、管線、閥門等整個系統(tǒng)的腐蝕［3］，在循環(huán)水進入文丘里洗滌器前加入20%的堿液，其流量受合成氣流量和pH值控制，以合成氣流量控制為主，pH值控制為副，pH值在正常工況下控制在7.5左右。

濕洗循環(huán)水中含有一定濃度的固體顆粒，為平衡循環(huán)水中的灰分含量，需排放6t／h～7.2t／h的循環(huán)水量。

濕洗系統(tǒng)工藝流程見第53頁圖1。

2 存在問題

2.1 洗滌塔循環(huán)水泵葉輪結垢

洗滌塔循環(huán)水泵葉輪結垢設計為全閉式葉輪離心泵。該泵特點是葉輪效率較高，軸位移平穩(wěn)性好，適用于輸送不含雜質的清潔液體。

實際運行情況是循環(huán)水泵每運行15d左右后，泵體振動值升高，機封開始泄漏，并伴隨異響。

拆開泵后，發(fā)現(xiàn)泵的葉輪嚴重結垢。

圖2中可以看出，整個循環(huán)水泵葉輪外表面不均勻包裹一層垢和硬塊，葉輪流道內(nèi)側堵塞嚴重，6個平衡孔全部堵死。結垢物質較硬，需用鋼釬、鐵錘等工具清理。

圖1 濕洗系統(tǒng)工藝流程

圖2 濕洗系統(tǒng)循環(huán)水泵葉輪對比圖

從表1中可以看出，從9月6日到9月15日，短短10d時間，泵水平振動值由2.6mm逐漸升高至23.4mm，垂直振動值由2.3mm 增加至24.0mm。

表1 濕洗系統(tǒng)循環(huán)水泵震動值

根據(jù)模擬計算，將泵選型為閉式葉輪，而實際運行工況水質嚴重偏離設計指標。在運行過程中，泵葉輪表面結垢，泵體振動值快速升高，導致葉輪旋轉時，施加于泵軸的徑向力在圓周方向分布不均，引起轉子不平衡，從而加速機封損壞。同時，葉輪流道內(nèi)側也出現(xiàn)結垢，會使葉輪6個流道變窄，甚至完全堵塞，導致機泵出力不足，而且頻繁對設備進行拆修，嚴重影響整個殼牌氣化爐長周期穩(wěn)定運行。

在裝置正常運行過程中，粗合成氣量約為22.5萬m3／h，其中攜帶大量灰，經(jīng)過干法除灰后，氣體含灰量為5mg／m3，經(jīng)過濕洗系統(tǒng)后，氣體含灰量為1mg／m3～2mg／m3，最大時為20mg／m3［4］。

圖3中可以看出，濕洗系統(tǒng)循環(huán)水由目測清澈變?yōu)楹谏?，斷定干法除灰系統(tǒng)濾芯損壞漏灰。濕洗系統(tǒng)循環(huán)水固含量增加，由清澈變渾濁。為了保證產(chǎn)量，堅持運行兩個月左右，導致大量煤灰泄漏至濕洗系統(tǒng)，循環(huán)水中固體含量急劇增高，循環(huán)水泵葉輪結垢。

圖3 濕洗系統(tǒng)循環(huán)水外觀對比圖

從圖4中可以看出，經(jīng)過對濕洗系統(tǒng)循環(huán)水取樣分析結果可知，循環(huán)水中固體含量在逐漸升高，由57.24mg／L逐漸升高至443.36mg／L。進一步證明干法除灰系統(tǒng)嚴重泄漏灰。

循環(huán)水含有大量灰固體顆粒，水在流經(jīng)葉輪時，固體顆粒結晶析出，非均勻黏結在葉輪表面。泵運行一段時間后，由于葉輪結垢不平衡，轉速為2950 r／min的葉輪發(fā)生振動，導致泵體機封損壞而泄漏。

采取的措施：干法除灰系統(tǒng)嚴重漏灰時，應立即停車檢修。在檢修完干法除灰系統(tǒng)后，務必增大濕洗系統(tǒng)的污水排量，由1.5kg／s增至2.5kg／s～3.0kg／s，以持續(xù)降低濕洗系統(tǒng)中的固含量。建議把循環(huán)水泵的全閉式葉輪改為半開式葉輪。

圖4 濕洗系統(tǒng)循環(huán)水中固體含量變化圖

2.2 文丘里洗滌器及管道堵塞

文丘里洗滌器是投資小、效率高的濕法除塵設備。文丘里管包括收縮段、喉管和擴散段，粗合成氣在經(jīng)過霧化、凝聚、除霧3個階段后，灰顆粒被水霧潤濕后，除去。文丘里注水管噴頭和喉管段孔徑狹小，易結垢而堵塞。

在更換完干法除灰系統(tǒng)的濾芯以后，濕洗系統(tǒng)的水中固含量波動較大，由48.58mg／L升至389mg／L，循環(huán)水有時外觀清澈，有時候呈現(xiàn)灰色。

工藝運行發(fā)現(xiàn)，循環(huán)氣壓縮機進口合成氣溫度升高，激冷氣量下降，冷氣和熱氣壓差增大。氣化爐合成氣冷卻器入口溫度升高，氣化爐運行工況惡化，最后被迫非計劃停車。經(jīng)過拆檢文丘里洗滌器后發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部喉管堵塞嚴重，注水管內(nèi)部堵塞。文丘里內(nèi)部照片見圖5。

圖5 文丘里內(nèi)部照片

濕洗系統(tǒng)的洗滌塔中設計了92m3的鮑爾環(huán)填料，雖然干法除灰系統(tǒng)不再漏灰，但是前期大量泄露的灰漏到下游管線以及文丘里洗滌器中，管線內(nèi)和鮑爾環(huán)殘留的飛灰未能及時徹底清理干凈，造成文丘里快速堵塞。同時，在文丘里內(nèi)部氣相中的結晶物在文丘里洗滌器中冷段凝華結晶，結晶物堆積并沒有及時移走，造成合成氣通道變小。

改進措施：增加濕洗系統(tǒng)的排水量以除去循環(huán)水中的結晶物。當發(fā)現(xiàn)高溫、高壓、過濾器損壞漏灰時，及時停車處理，不要繼續(xù)運行，防止文丘里和相關管線堵塞。一旦發(fā)生漏灰后，務必徹底清除殘留在管道中的飛灰。

運行中發(fā)現(xiàn)，文丘里的結垢程度和濕洗系統(tǒng)水質的pH值存在對應關系。

圖6為濕洗系統(tǒng)水樣pH值分析結果與13PDI－0076壓差的波動趨勢。從圖6中可以明顯看出，兩者具有一定的相同趨勢走向。

隨著濕洗系統(tǒng)循環(huán)水pH值變化，文丘里堵塞情況跟隨變化。pH值升高水質接近中性時，文丘里堵塞變嚴重。pH值降低水質偏堿性時，文丘里堵塞緩解［5］。

濕洗系統(tǒng)水質的pH值，由加堿量調(diào)節(jié)。堿液為30%氫氧化鈉，呈強堿性。加大堿液量時，水質呈強堿性，溶解部分堵塞物。

圖6 濕洗系統(tǒng)水樣pH與13PDI 0076壓差趨勢圖

3 結論

1）干法除灰系統(tǒng)泄漏后，一定要及時停車。堅持運行會導致循環(huán)水泵葉輪結垢、文丘里結垢問題。

2）更換干法除灰系統(tǒng)濾芯后，文丘里再次堵塞是由于濕洗系統(tǒng)鮑爾環(huán)累積漏灰導致。

3）合理控制濕洗循環(huán)水的pH＝7.5左右，降低濕洗系統(tǒng)的pH值，緩解文丘里堵塞情況，但是酸性水質會加劇管道和設備腐蝕。