干煤粉氣化爐激冷室液位計(jì)失準(zhǔn)分析及優(yōu)化

田進(jìn)虎，楊文濤(國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤制油分公司，寧夏 銀川 750411)

0 引言

煤炭在我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中仍占主導(dǎo)地位，但由于當(dāng)今世界環(huán)境的持續(xù)惡化，近年來(lái)極端天氣頻現(xiàn)，為了保護(hù)環(huán)境我國(guó)對(duì)煤炭的應(yīng)用也進(jìn)行了改革。因此，煤炭高效清潔利用顯得十分重要，煤氣化是煤炭清潔利用的有效方式[1-2]。高灰劣質(zhì)煤在我國(guó)煤炭資源中占比較大，而氣流床干煤粉加壓氣化技術(shù)是通過(guò)氧氣、蒸汽作為氣化劑，在高溫的情況下完成煤的氣化，具有適應(yīng)煤種廣、煤炭轉(zhuǎn)化率高、環(huán)境污染小的特點(diǎn)，在煤炭清潔利用技術(shù)中占有重要地位[3-4]。

煤氣化技術(shù)是將煤炭轉(zhuǎn)換為工業(yè)原料氣的重要技術(shù)，煤氣化裝置是煤化工工藝的核心，在整個(gè)煤化工過(guò)程中該裝置必須保證持續(xù)穩(wěn)定性，并能夠持續(xù)合成氣，氣化爐作為煤氣化裝置的重要設(shè)備更是重中之重[5]。目前，氣化爐仍存在一些問(wèn)題，其中氣化爐激冷室液位計(jì)運(yùn)行周期短，頻繁失準(zhǔn)就是其中之一。氣化爐激冷室液位計(jì)顯示不準(zhǔn)會(huì)造成出氣化爐粗合成氣溫度過(guò)高、文丘里管線磨穿、合成氣洗滌塔內(nèi)積渣多等一系列問(wèn)題，最終氣化爐無(wú)法長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。本文旨在降低氣流床干煤粉加壓氣化技術(shù)氣化爐激冷室液位計(jì)失準(zhǔn)頻次，延長(zhǎng)液位計(jì)準(zhǔn)確顯示的周期，避免因激冷室液位計(jì)不準(zhǔn)而影響氣化爐“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”運(yùn)行。

1 氣化工藝流程簡(jiǎn)介

圖1 為干煤粉氣化加壓技術(shù)工藝流程簡(jiǎn)圖。制備好的干煤粉經(jīng)二氧化碳載氣加壓輸送至工藝燒嘴中燃燒，煤粉經(jīng)過(guò)干燥、干流、熱解反應(yīng)后生成粗合成氣。粗合成氣與熔融態(tài)的灰渣沿下降管進(jìn)入激冷室水浴，較大的灰渣顆粒經(jīng)破渣機(jī)破碎由渣鎖斗系統(tǒng)經(jīng)撈渣機(jī)排出；粗合成氣與水直接接觸進(jìn)行冷卻、除灰后，經(jīng)激冷室上部破泡條分離出部分粗合成氣中夾帶的水分后，由氣化爐旁側(cè)的出氣口引出，經(jīng)一級(jí)文丘里洗滌后一同進(jìn)入到合成氣洗滌塔中進(jìn)行水浴洗滌，粗合成氣中夾帶的大部分細(xì)灰留在水中，水浴后的粗合成氣由下降管和導(dǎo)氣管間的環(huán)隙上升，最后送往變換裝置；氣化爐激冷室洗滌后的水成為黑水，黑水在壓差的作用下進(jìn)入黑水閃蒸系統(tǒng)進(jìn)行閃蒸，最后進(jìn)入黑水處理系統(tǒng)。

氣化爐激冷室液位計(jì)在整個(gè)氣化工藝中的作用尤為重要，影響粗合成氣的洗滌以及黑水進(jìn)閃蒸的水量，進(jìn)而導(dǎo)致粗合成氣系統(tǒng)管線設(shè)備易磨漏、洗滌設(shè)備易積渣、合成氣易超溫等影響氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的一系列問(wèn)題。

2 氣化爐激冷室液位計(jì)原理及失準(zhǔn)分析

2.1 氣化爐激冷室液位計(jì)原理

氣化爐激冷室液位計(jì)屬于差壓式液位計(jì)，其原理是氣化爐激冷室內(nèi)的液位改變時(shí)，由液位產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化[6]。假定激冷室底部的壓力為P正，液面上的壓力為P負(fù)，液位高度為H，則：

式中：ρ為介質(zhì)密度；g為重力加速度。

通常被測(cè)介質(zhì)的密度是已知的，壓差ΔP與液位高度H成正比。測(cè)出壓差就知道被測(cè)液位高度。

2.2 氣化爐激冷室液位計(jì)失準(zhǔn)原因分析

2.2.1 冷室液位計(jì)正壓側(cè)沖洗水壓力對(duì)激冷室液位計(jì)的影響

為避免激冷室液位計(jì)測(cè)點(diǎn)通道堵塞，在液位計(jì)測(cè)點(diǎn)通道中配有持續(xù)沖洗的沖洗水。通過(guò)調(diào)取大量運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析對(duì)比激冷室液位計(jì)準(zhǔn)確率與沖洗水壓力的關(guān)系，隨著氣化爐運(yùn)行天數(shù)增加，液位計(jì)沖洗水壓力越低，液位計(jì)顯示準(zhǔn)確率越低。這是因?yàn)闆_洗水壓力越低，沖洗水流量就越小，沖洗水管線越易堵塞，造成液位計(jì)測(cè)點(diǎn)通道被堵，致使液位計(jì)顯示失準(zhǔn)。

2.2.2 冷室液位計(jì)正壓側(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)激冷室液位計(jì)的影響

氣化爐激冷室液位計(jì)測(cè)點(diǎn)通道結(jié)構(gòu)為斜坡面，由于液位計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，灰渣易堆積在測(cè)點(diǎn)通道根部，造成液位計(jì)根部堵塞，使液位計(jì)顯示失準(zhǔn)。

2.2.3 冷室液位計(jì)正壓側(cè)沖洗水水質(zhì)對(duì)激冷室液位計(jì)的影響

前期激冷室液位計(jì)沖洗水實(shí)質(zhì)是氣化黑水經(jīng)沉降處理得到的氣化灰水，而氣化灰水反復(fù)被利用，來(lái)自煤中的鈣、鎂、硅較多，易發(fā)生結(jié)垢，造成液位計(jì)沖洗水管線堵塞，最終液位計(jì)測(cè)點(diǎn)通道被堵塞，致使液位計(jì)失準(zhǔn)。

2.2.4 冷室液位計(jì)負(fù)壓側(cè)吹掃氣壓力不穩(wěn)定對(duì)激冷室液位計(jì)的影響

液位計(jì)負(fù)壓側(cè)位于液面上方的氣相部分，為避免液位計(jì)測(cè)點(diǎn)通道被氣體攜帶的雜質(zhì)堵塞，負(fù)壓側(cè)液位計(jì)配有吹掃氣。當(dāng)吹掃氣壓力穩(wěn)定時(shí)，液位計(jì)顯示穩(wěn)定；當(dāng)吹掃氣壓力波動(dòng)較大時(shí)，液位計(jì)顯示波動(dòng)較大。因此，吹掃氣壓力不穩(wěn)定，對(duì)液位計(jì)顯示影響較大。

3 氣化爐激冷室液位計(jì)優(yōu)化

3.1 將液位計(jì)沖洗水由氣化灰水技改成脫鹽水

氣化灰水中的鈣、鎂、硅含量較高，易發(fā)生結(jié)垢，而且壓力也不穩(wěn)定，極易造成液位計(jì)測(cè)點(diǎn)通道堵塞，致使液位計(jì)失準(zhǔn)。將液位計(jì)沖洗水由氣化灰水技改成脫鹽水后，沖洗水水質(zhì)較好，不易結(jié)垢。同時(shí)，技改成脫鹽水后，沖洗水壓力較為穩(wěn)定，沖洗水流量隨之穩(wěn)定，確保液位計(jì)沖洗水管線一直保持暢通，進(jìn)而使液位計(jì)測(cè)點(diǎn)通道不被堵塞，大大地延長(zhǎng)了液位計(jì)正確顯示的周期。

3.2 將液位計(jì)沖掃氣由氮?dú)饧几臑槎趸?/h3>

原液位計(jì)吹掃氣為高壓氮?dú)?，由于氮?dú)鉃槎栊詺?，不參與氣化反應(yīng)，摻雜在合成氣中不易被分離出來(lái)，因此在使用氮?dú)庾鳛橐何挥?jì)吹掃氣時(shí)，氣量較小，易造成壓力測(cè)點(diǎn)通道堵塞，造成液位計(jì)失準(zhǔn)。二氧化碳參與氣化反應(yīng)，而且易與合成氣分離，同時(shí)其壓力較為穩(wěn)定，吹掃氣流量得到了保證，彌補(bǔ)了高壓氮?dú)獾牟蛔?，使得?wèn)題得到一定程度的解決。

3.3 液位計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

圖1 為液位計(jì)技改增加吹掃氣防護(hù)罩設(shè)計(jì)圖，圖2 為液位計(jì)增加吹掃氣防護(hù)罩運(yùn)行3 個(gè)月后液位計(jì)測(cè)點(diǎn)通道圖。液位計(jì)吹掃氣由高壓氮?dú)饧几臑楦邏憾趸己?，雖然問(wèn)題得到一定程度的解決，但是液位計(jì)準(zhǔn)確顯示周期被延長(zhǎng)的不多，效果不太理想。從圖2 可以看出，對(duì)液位計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，增加吹氣防護(hù)罩后，液位計(jì)運(yùn)行3 個(gè)月時(shí)，其測(cè)點(diǎn)通道暢通無(wú)阻，未被堵塞，實(shí)現(xiàn)了氣化爐運(yùn)行期間激冷室液位計(jì)未發(fā)生失準(zhǔn)問(wèn)題。

圖1 吹掃氣防護(hù)罩設(shè)計(jì)圖

圖2 液位計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化運(yùn)行后液位計(jì)根部圖

未對(duì)氣化爐激冷室液位計(jì)進(jìn)行優(yōu)化前，液位計(jì)最多運(yùn)行100 天就失準(zhǔn)，氣化爐需解除激冷室液位聯(lián)鎖“帶病”運(yùn)行，對(duì)氣化爐激冷室液位計(jì)進(jìn)行優(yōu)化后，液位計(jì)運(yùn)行140 天后顯示依然準(zhǔn)確，未發(fā)生液位計(jì)失準(zhǔn)問(wèn)題，氣化爐無(wú)需因液位計(jì)失準(zhǔn)而“帶病”運(yùn)行，提高了操作人員的監(jiān)盤效率。

4 經(jīng)濟(jì)效益

一臺(tái)氣化爐開(kāi)停車需消耗物料資金約5.5 萬(wàn)元；因停爐未產(chǎn)氣造成的經(jīng)濟(jì)損失：12.95 萬(wàn)元/h×4 h=51.8 萬(wàn)元。對(duì)液位計(jì)進(jìn)行優(yōu)化后，氣化爐未出現(xiàn)因激冷室液位計(jì)不準(zhǔn)導(dǎo)致的跳車，參照原氣化爐因激冷室液位計(jì)失準(zhǔn)年平均跳車3 次計(jì)算，一臺(tái)氣化爐一年可節(jié)約：(5.5 萬(wàn)元+51.8 萬(wàn)元)×3 次=171.9 萬(wàn)元。

對(duì)激冷室液位計(jì)進(jìn)行優(yōu)化后，減少了對(duì)系統(tǒng)管道設(shè)備的磨損，氣化爐停車檢修工作量相對(duì)減小，氣化爐檢修時(shí)長(zhǎng)由50 天縮短到30 天，一臺(tái)氣化爐節(jié)省人工費(fèi)用：300 元/ 人×45 人× 20 天=27 萬(wàn)元。氣化爐內(nèi)渣量大大減少，按清渣費(fèi)用388 元/ 噸計(jì)算，一臺(tái)氣化爐內(nèi)平均減少渣量100 噸，節(jié)省清渣費(fèi)用：100 噸×388 元/ 噸=3.88 萬(wàn)元。氣化爐平均每年檢修2 次，一年共節(jié)省費(fèi)用：171.9 萬(wàn)元+ (27 萬(wàn)元+3.88 萬(wàn)元)×2 次= 233.66 萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)氣流床干煤粉氣化爐激冷室液位計(jì)失準(zhǔn)問(wèn)題進(jìn)行分析研究，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化：將液位計(jì)沖洗水由氣化灰水改為脫鹽水；將液位計(jì)沖掃氣由高壓氮?dú)飧臑楦邏憾趸迹粚?duì)液位計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，增加吹掃氣防護(hù)罩。解決了因激冷室液位計(jì)失準(zhǔn)，造成出氣化爐粗合成氣向后系統(tǒng)大量帶灰，磨損、堵塞管道設(shè)備以及出氣化爐粗合成氣超溫等一系列問(wèn)題，延長(zhǎng)了氣化爐運(yùn)行周期，提高了經(jīng)濟(jì)效益，每年每臺(tái)氣化爐可節(jié)省資金達(dá)230 余萬(wàn)元。