水煤漿水冷壁氣化爐長(zhǎng)周期工作的制約因素及處理方法分析

宋 利

(陽煤集團(tuán)壽陽化工有限責(zé)任公司，山西 壽陽 045400)

引 言

陽煤集團(tuán)壽陽化工20萬t/a乙二醇裝置，采用水煤漿水冷壁氣化爐，壓力4.0 MPa，共設(shè)置2臺(tái)氣化爐，無備用。使用從陜北神木地區(qū)煤炭為原料，有效的工業(yè)氣量為76 000 m3/h。生產(chǎn)滿足乙二醇裝置所需CO和H2。氣化爐上方是燃燒室，下方有激冷室，頂部為工藝組合燒嘴。氣化爐循環(huán)不能看單爐操作時(shí)間的長(zhǎng)度，應(yīng)該看到平均。如果長(zhǎng)周期運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，投入生產(chǎn)維護(hù)成本高，那么長(zhǎng)周期運(yùn)行，就失去了意義。

水煤漿水冷壁氣化技術(shù)使用的工藝流程主要包括：煤漿制備、煤氣化、渣水處理系統(tǒng)。盡管水煤漿加壓氣化技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用了很多年，但運(yùn)行周期較短的氣化爐仍需要在運(yùn)行2個(gè)月～3個(gè)月后按計(jì)劃停爐更換燒嘴。另外計(jì)劃外其他因素使氣化爐停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同樣也限制了氣化爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行。制約氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行受多種因素的影響，下面就多種影響因素展開分析。

1 組合燒嘴的要求及改進(jìn)

燒嘴是工業(yè)爐上使用的燃燒裝置的統(tǒng)稱。它通常是指燃燒裝置的機(jī)體部分，有燃料入口、進(jìn)風(fēng)口和噴出口。它在一定程度上起到了分配燃料、助燃空氣和燃燒后噴射的作用。部分(或全部)燃燒器可以通過某種方式(包括PWM技術(shù))調(diào)節(jié)燃燒的熱量輸出來控制輸出溫度。第一次混合氧氣和水煤漿將在預(yù)混室進(jìn)行，第二次混合在工藝槽出口與外部氧氣進(jìn)行的，中心氧氣、水煤漿和外環(huán)氧氣通過撞擊、振動(dòng)和其他方式達(dá)到霧化煤漿的效果，為爐內(nèi)的氣化反應(yīng)創(chuàng)造了條件。

2020年在對(duì)工藝組合燒嘴重新變更后，燒嘴壓差從450 kPa調(diào)整到500 kPa，煤漿濃度從58%上升到59%，特別是在單爐檢修時(shí)期，煤漿流量從32.34 m3/h調(diào)整到39.2 m3/h，比正常生產(chǎn)負(fù)荷大幅增加，這對(duì)組合燒嘴的使用壽命產(chǎn)生了重大影響。

2019年下半年工藝燒嘴的壓差較低并且波動(dòng)較大，對(duì)氣化裝置的正常運(yùn)行影響較大。

1) 燒嘴壓差過低，導(dǎo)致火爐內(nèi)的火區(qū)向上移動(dòng)，噴嘴頭部被高溫?zé)扑榱?，影響了工藝燒嘴的長(zhǎng)周期運(yùn)行和其部件的使用壽命。

2) 燒嘴的壓差過低，導(dǎo)致出口流速下降，容易造成氣化爐頂溫度升高。

3) 波動(dòng)較大，噴嘴火焰不穩(wěn)定，很容易導(dǎo)致噴嘴回火或空氣中的氧氣過量，導(dǎo)致氣化燒嘴損壞。

4) 燒嘴壓差不穩(wěn)定，煤漿霧化效果差，燃燒不充分，降低氣化效率，合成氣產(chǎn)量低。

2020年3月，結(jié)合了多個(gè)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，針對(duì)工藝燒嘴壓差較低的情況進(jìn)行優(yōu)化，提高燒嘴壓差，以保證氣化爐內(nèi)合理的分布，增加各種物料之間的接觸面積，以確保霧化后的原料可以充分混合并燃燒，從而提高霧化效果。經(jīng)實(shí)驗(yàn)并投入到工業(yè)里使用，效果較為明顯，同時(shí)有效的延長(zhǎng)了組合燒嘴的使用壽命，運(yùn)行周期從平均90 d增加到120 d。

2 激冷環(huán)的堵塞及改造效果

激冷環(huán)的出水孔堵塞在氣化爐長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中是個(gè)比較常見的問題，大多數(shù)堵塞發(fā)生在停車過程中，激冷水從黑水循環(huán)切換到灰水循環(huán)，激冷水流量減少，與氣化爐之間的壓差增加。從而導(dǎo)致激冷環(huán)出水孔堵塞。

1) 盡可能按照計(jì)劃排水和補(bǔ)充新鮮水，確保激冷水流量，加強(qiáng)對(duì)灰水的質(zhì)量控制，并盡量減少組合燒嘴的檢修頻次。

2) 停車后及時(shí)沖洗黑水過濾器。及時(shí)沖洗可有效減少進(jìn)入激冷環(huán)的固體顆粒，從而防止這些堵塞到激冷環(huán)噴水口，有條件建議沖洗激冷水過濾器到激冷環(huán)管這段管線，將會(huì)大幅度增加氣化爐激冷環(huán)的使用壽命。

3) 定期拆除管道和絲堵，并用高壓水清洗內(nèi)部。保持所有入口都可以進(jìn)出，從而確保冷循環(huán)的源頭受到破壞，水的分配很好。在氣化爐運(yùn)行過程中，激冷環(huán)絲堵堵頭過短，合成氣會(huì)帶灰，灰渣就會(huì)黏附在絲堵堵頭上，在檢修時(shí)激冷環(huán)絲堵堵頭上灰渣黏附嚴(yán)重，不容易清理、拆卸，就會(huì)延誤檢修工期，從而使整個(gè)項(xiàng)目不能按時(shí)完成。

4) 調(diào)節(jié)灰水鈣鎂離子含量，通?？刂茐A度與硬度之和控制在1 200 mg/L。常用方法是調(diào)節(jié)灰水外排量，增大外排水量有利于降低灰水的硬度，激冷水過濾器和激冷環(huán)結(jié)垢堵塞程度減輕。

3 灰分含量的影響

一定量的煤樣在1 200 ℃～1 300 ℃下完全燃燒，其殘留物就是灰分，表明了煤中礦物質(zhì)的含量。灰分不會(huì)直接參加氣化反應(yīng)而是在氧化反應(yīng)加熱過程中產(chǎn)生的熱量用于對(duì)灰的加熱、熔化和轉(zhuǎn)化，氧氣消耗、煤炭消耗增加。煤的灰分越低，總發(fā)熱量越大，煤的灰分越高，煤的總發(fā)熱量就越低?；曳值拇罅吭黾颖厝粫?huì)增加渣量，從而消耗大量熱量，隨著煤渣的排放，碳的損失也勢(shì)必增加，而且合成氣產(chǎn)量降低，從而降低冷煤氣效率。

4 工藝運(yùn)行對(duì)氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的影響

氣化反應(yīng)溫度是分析氣化效果的關(guān)鍵所在。在對(duì)氣化溫度進(jìn)行分析時(shí)需要綜合考慮多方面的因素，比如說，原煤的反應(yīng)性、冷煤氣的應(yīng)用效率。氣化反應(yīng)溫度越高，則表明氣化速度越快，煤與蒸汽的轉(zhuǎn)化也更容易被吸收。在氣化爐運(yùn)行過程中，對(duì)反應(yīng)溫度進(jìn)行優(yōu)化有助于化學(xué)平衡，但是如果反應(yīng)溫度超出預(yù)期，那么將會(huì)加速氣化爐各個(gè)零部件的老化速度，導(dǎo)致氣化爐的壽命大幅度縮短。所以說，為了更好的對(duì)氣化爐進(jìn)行控制，延長(zhǎng)氣化爐的使用壽命，就需要注意監(jiān)測(cè)好氣化爐的溫度情況，通常，水煤漿的氣化溫度控制在1 250 ℃～1 350 ℃，保持煤質(zhì)穩(wěn)定，氣化溫度根據(jù)灰熔點(diǎn)溫度及時(shí)調(diào)整，可以保證氣化裝置長(zhǎng)周期生產(chǎn)。

5 建議與總結(jié)

1) 工藝組合燒嘴噴涂耐磨材料，提高噴嘴的高溫耐磨性，合理調(diào)節(jié)棒磨機(jī)的鋼棒比例，保證合理的煤漿粒度分布，從而減少燒嘴的磨損；

2) 選用灰熔點(diǎn)適中1 200 ℃～1 300 ℃，灰渣黏溫特性好，灰分低的原料煤；

3) 保證煤質(zhì)穩(wěn)定和原煤供應(yīng)。煤的開采分析、堆放、標(biāo)記，防止意外混煤；

4) 適當(dāng)增加氣化外排水量，降低水系統(tǒng)總硬度和氮氰化物濃度，提高回用灰水和激冷水系統(tǒng)的水質(zhì)。在保證正常運(yùn)行的前提下，減少儀表的沖洗水量和機(jī)泵密封的沖洗水量。

5) 氣化爐運(yùn)行時(shí)，對(duì)于各類燃料必須要嚴(yán)格控制，可以嘗試安裝專業(yè)的自動(dòng)化監(jiān)控裝置，時(shí)刻關(guān)注設(shè)備的使用動(dòng)態(tài)情況，及時(shí)解決故障。

6) 加強(qiáng)高壓煤漿泵的運(yùn)行維護(hù)，合理設(shè)計(jì)滾動(dòng)篩的過濾精度，減少粗顆粒對(duì)隔膜的磨損。

7) 對(duì)于氧氣閥、煤漿閥、鎖斗閥、合成氣放空閥、黑水減壓閥、煤漿電磁流量計(jì)等關(guān)鍵儀表，宜選購(gòu)優(yōu)質(zhì)閥門，以提高儀表運(yùn)行的可靠性。

8) 優(yōu)化公共系統(tǒng)運(yùn)行；根據(jù)鍋爐污水排放的原理，在灰水槽池內(nèi)加一條定期的污水排放管道，每天排放一次，保證灰水質(zhì)量，防止灰水槽中沉積淤泥，堵塞低壓灰水泵進(jìn)口管線。

9) 在對(duì)各項(xiàng)新裝置設(shè)計(jì)施工時(shí)，要注意檢測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)的施工是否順暢，保證各個(gè)管線科學(xué)合理的配置，避免因?yàn)楣芫€流通不暢，影響設(shè)備使用壽命。沖洗管或排水管應(yīng)安裝在管道的盲端或備用管上，沖洗管或排水管應(yīng)定期沖洗。

水煤漿水冷壁氣化爐作為壽陽化工20萬 t/a乙二醇裝置的氣頭，經(jīng)過以上分階段改造及實(shí)施，平均運(yùn)行周期由90 d延長(zhǎng)為120 d，為乙二醇長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)減少了氣化裝置的開停車次數(shù)，單爐投用率達(dá)到97.35%，氣化裝置全年投用率100%。