航天爐負(fù)荷提升運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

程曉姣, 張恩光

(新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司， 河南新鄉(xiāng) 453800)

新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司年產(chǎn)20萬(wàn)t甲醇項(xiàng)目，采用北京航天萬(wàn)源煤化工工程技術(shù)有限公司(現(xiàn)已更名為航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司)開(kāi)發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的HT-L粉煤加壓氣化技術(shù)，有效氣(CO+H2)設(shè)計(jì)體積流量為86 250 m3/h。粗合成氣正常體積流量為96 050 m3/h(干基)，其中有效氣(CO+H2)體積流量為86 382 m3/h；粗合成氣最大體積流量為115 260 m3/h，其中有效氣(CO+H2)體積流量為103 658 m3/h。正常耗煤質(zhì)量流量為57.1 t/h，最大耗煤質(zhì)量流量為68.5 t/h。

2011年9月12日裝置打通全流程，產(chǎn)出合格甲醇。隨著運(yùn)行周期的逐漸延長(zhǎng)，運(yùn)行至今，也充分暴露出在2套氣化爐對(duì)應(yīng)1套渣水系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行的弊端。渣水系統(tǒng)水循環(huán)量不足導(dǎo)致無(wú)法帶出系統(tǒng)多余熱量，激冷水量偏低導(dǎo)致負(fù)荷難以提升，水系統(tǒng)水質(zhì)較差和管道結(jié)垢等因素?zé)o一不制約著氣化爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行。為此，筆者提出一系列優(yōu)化措施，以提高煤氣化裝置的負(fù)荷,確保裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 優(yōu)化系統(tǒng)水循環(huán)量

氣化裝置中洗滌塔給料泵(P1406)原始設(shè)計(jì)為3臺(tái)，每臺(tái)泵的設(shè)計(jì)額定體積流量均為95 m3/h，正常運(yùn)行時(shí)泵體積流量為80 m3/h。在裝置滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，為了滿(mǎn)足系統(tǒng)水循環(huán)要求，3臺(tái)洗滌塔給料泵同時(shí)運(yùn)行，水循環(huán)體積流量為240 m3/h，渣鎖斗充壓時(shí)水循環(huán)體積流量可達(dá)到270 m3/h左右，此時(shí)已無(wú)備泵，若其中1臺(tái)泵出現(xiàn)異常，必須降低系統(tǒng)水循環(huán)量，嚴(yán)重影響系統(tǒng)水質(zhì)。參考其他同類(lèi)型裝置，系統(tǒng)水循環(huán)體積流量均在290 m3/h以上。

文丘里洗滌器是合成氣洗滌系統(tǒng)中的一個(gè)主要設(shè)備，其作用是對(duì)來(lái)自氣化爐的粗合成氣進(jìn)行預(yù)洗混合，洗滌水來(lái)自激冷水泵。在生產(chǎn)運(yùn)行期間，文丘里洗滌器的壓差會(huì)在生產(chǎn)運(yùn)行之初便逐漸升高，給氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行和操作人員的調(diào)整帶來(lái)挑戰(zhàn)，一旦壓差升高便使用銅制工具進(jìn)行外部敲擊，外部敲擊的效果在極個(gè)別情況下效果十分明顯，但只能緩解一時(shí)，而且存在垢塊脫落堵塞洗滌塔外排水管道的風(fēng)險(xiǎn)。在壓差升高后的歷次檢修中，均發(fā)現(xiàn)噴頭有磨損現(xiàn)象，管道內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)垢。根據(jù)實(shí)際分析，文丘里洗滌器的沖洗水來(lái)自激冷水泵，水質(zhì)較差，灰水含固量較高，容易堵塞或磨穿噴頭，使壓差變高。

高壓灰水泵出口水質(zhì)比激冷水泵出口水質(zhì)好、灰水含固量低，將洗滌塔給料泵出口總管引入1股高壓灰水代替原激冷水可以改善文丘里洗滌器壓差升高的現(xiàn)象。

在系統(tǒng)水循環(huán)體積流量為250 m3/h的運(yùn)行條件下，洗滌塔外排體積流量?jī)H為20 m3/h左右，隨著氣化爐負(fù)荷的提升，已不能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)要求。因此，受制于系統(tǒng)水循環(huán)量較小是導(dǎo)致裝置不能長(zhǎng)期運(yùn)行的主要原因。

結(jié)合上述觀點(diǎn)，通過(guò)增加1臺(tái)140 m3/h洗滌塔給料泵后，將文丘里洗滌器的沖洗水全部改為由洗滌塔給料泵供應(yīng)，將本由激冷水泵提供的高壓灰水全部送往氣化爐，確保激冷環(huán)處激冷水的充足供應(yīng)，從而加大系統(tǒng)水循環(huán)量，改善系統(tǒng)水質(zhì)，提高氣化爐的負(fù)荷。

2 提升激冷水量

激冷水通過(guò)激冷水泵源源不斷地送至氣化爐激冷環(huán)，對(duì)高溫氣體、熔渣及高溫煤灰進(jìn)行激冷；同時(shí)，一部分激冷水沿下降管順流直下形成水幕，保護(hù)下降管不受高溫侵蝕。激冷水泵的進(jìn)口在合成氣洗滌塔的下部，由于洗滌塔經(jīng)過(guò)洗氣后水質(zhì)較差，長(zhǎng)期運(yùn)行后容易在激冷水過(guò)濾器處堆積，影響泵的流量，危及激冷環(huán)、下降管的安全。檢修時(shí)拆開(kāi)檢查發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部結(jié)垢嚴(yán)重，且管道彎頭較多，不能徹底清理。

激冷水量直接關(guān)乎氣化爐長(zhǎng)周期的穩(wěn)定運(yùn)行，在與各航天爐用戶(hù)深入交流后，通過(guò)以下改造方案保障激冷水流量穩(wěn)定：

(1) 將激冷水管道彎頭處割開(kāi)，通過(guò)高壓物理管道清洗完成對(duì)激冷水管道的高壓清洗工作。原激冷水管道割開(kāi)處配以法蘭連接，便于今后大修時(shí)對(duì)管道完成清理工作。

(2) 更換激冷水泵新葉輪(擴(kuò)徑葉輪)，提高體積流量10～20 m3/h。

改造后，激冷水體積流量從220 m3/h提升至250 m3/h，且流量穩(wěn)定，未再出現(xiàn)激冷水量偏低而導(dǎo)致被迫停車(chē)事故的發(fā)生。

3 洗滌塔底部增加反沖水改造

在正常生產(chǎn)期間，來(lái)自洗滌塔的195 ℃的黑水，經(jīng)高壓閃蒸減壓角閥(14FV0005)減壓后進(jìn)入高壓閃蒸罐，氣化爐開(kāi)車(chē)時(shí)洗滌塔至高壓閃蒸罐管線(xiàn)易堵塞，主要原因是整個(gè)水系統(tǒng)中鈣離子含量較高，洗滌塔至高壓閃蒸罐管道內(nèi)壁容易結(jié)垢，系統(tǒng)停車(chē)后溫度下降，再開(kāi)車(chē)時(shí)溫度又升高，在溫度變化過(guò)程中，金屬容器和管道與垢片的熱膨脹系數(shù)不同，金屬與垢片分離，垢片脫落后進(jìn)入水中，容易堵塞管道。

高壓閃蒸減壓角閥開(kāi)度小，致使疏通面積減小，容易使較大垢片積累，堵塞調(diào)節(jié)閥前管線(xiàn)。洗滌塔至高壓閃蒸罐管線(xiàn)堵塞后不易疏通，洗滌塔內(nèi)部水質(zhì)不能很好地置換，影響激冷水水質(zhì)，造成激冷環(huán)分布環(huán)間隙堵塞，使下降管水膜分布不均勻，嚴(yán)重影響氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行。

由于洗滌塔黑水外排出口在錐部下端，容易形成垢片在黑水管道兩端造成堵塞，尤其是在洗滌塔黑水出口處，一旦堵塞氣化爐，系統(tǒng)將被迫停車(chē)。洗滌塔錐部長(zhǎng)時(shí)間積垢會(huì)造成外排水質(zhì)持續(xù)惡化，嚴(yán)重影響氣化爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

通過(guò)改造，從高壓灰水管道引出DN50管至洗滌塔底部去高壓閃蒸管道。原錐部去高壓閃蒸管道斷開(kāi)，并加盲板隔離，從而將高壓灰水引至洗滌塔錐部，起到擾流作用，充分將泥垢帶入高壓閃蒸排出系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)際運(yùn)行，該沖洗水投用后效果較好，洗滌塔未出現(xiàn)外排管道堵塞的情況。

4 降低系統(tǒng)水硬度

煤氣化工藝中，水循環(huán)系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，水質(zhì)直接關(guān)系著設(shè)備和管道的腐蝕程度及工藝穩(wěn)定運(yùn)行的周期。由于我國(guó)北方水質(zhì)的特點(diǎn)，鈣鎂離子含量高，即水質(zhì)硬度高，再加上不同地區(qū)的堿性水質(zhì)，在高溫情況下，這些離子極易結(jié)垢，腐蝕和堵塞設(shè)備及管道[1-2]。雖然目前采用了相應(yīng)的水處理工藝，即在水系統(tǒng)中加入絮凝劑絮凝沉降其中的煤灰、煤渣和其他固體顆粒，加入分散劑將未完全沉降的細(xì)微顆粒物分散在水體系中，使其不易沉淀，從而消除設(shè)備管道的腐蝕結(jié)垢，但是水中游離的鈣鎂離子并不能通過(guò)絮凝方式沉降，在后續(xù)工藝運(yùn)行過(guò)程中仍然會(huì)遇高溫結(jié)垢。為了盡可能降低水系統(tǒng)中的鈣鎂離子含量，降低水的總硬度，采用氣化爐灰水處理裝置對(duì)現(xiàn)有硬度較高的氣化灰水進(jìn)行處理，降低系統(tǒng)水的硬度，處理后系統(tǒng)水返回到生產(chǎn)系統(tǒng)中供氣化爐使用，實(shí)現(xiàn)氣化裝置不結(jié)垢或減緩結(jié)垢的目的，最終實(shí)現(xiàn)氣化裝置的安穩(wěn)長(zhǎng)滿(mǎn)優(yōu)運(yùn)行[3-4]。

該套裝置的最大處理體積流量為200 m3/h，一般運(yùn)行期間的處理體積流量為160～180 m3/h。進(jìn)水來(lái)自沉降槽溢流水，處理過(guò)的低硬度的水直接進(jìn)入灰水槽的大倉(cāng)，經(jīng)過(guò)低壓灰水泵打回系統(tǒng)循環(huán)利用，接下來(lái)將進(jìn)一步優(yōu)化工藝流程，使除硬水直接返回系統(tǒng)循環(huán)，盡可能地減少除硬水的浪費(fèi)。

投用后系統(tǒng)硬度由1 700～2 000 mg/L下降至1 000 mg/L，在氣化爐運(yùn)行工況較好的情況下，系統(tǒng)硬度最低能下降到500 mg/L左右。

灰水除硬裝置投入運(yùn)行后，系統(tǒng)的藥劑使用量大大降低。分散劑質(zhì)量流量由700～800 kg/d下降到500 kg/d左右。絮凝劑質(zhì)量流量由0.02 t/d降至0.013 t/d。生產(chǎn)輔材成本有了明顯的降低。

一定程度改善了系統(tǒng)結(jié)垢的情況，延緩結(jié)垢速率，實(shí)現(xiàn)裝置長(zhǎng)周期的運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)高壓灰水泵提質(zhì)增量、激冷水量提升、文丘里沖洗水改造、灰水處理裝置的投用，氣化爐運(yùn)行體積流量從15 500 m3/h提升至17 000 m3/h，各項(xiàng)工藝指標(biāo)均在正常指標(biāo)范圍內(nèi)。通過(guò)優(yōu)化管理措施，加強(qiáng)煤質(zhì)管控，氣化雙爐均實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)行，氣化爐在2021年實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)周期運(yùn)行166 d的歷史最好成績(jī)。

消耗方面，通過(guò)逐漸摸索，優(yōu)化工藝指標(biāo)，氣化濾餅殘?zhí)抠|(zhì)量分?jǐn)?shù)從55%降至30%以下，1 000 m3有效氣耗原煤質(zhì)量達(dá)到600 kg，均創(chuàng)造歷史最好指標(biāo)。