殼牌氣化爐渣池積渣問題分析及改進(jìn)措施

張哲浩

（呼倫貝爾金新化工有限公司安全環(huán)保監(jiān)督部，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000）

1 殼牌氣化爐渣池積渣情況

1.1 改造前的積渣情況

1）2018年3月18日的檢修情況

本次氣化爐累計(jì)運(yùn)行176天。運(yùn)行期間從2018年2月9日起，14LI0001A／B／C液位計(jì)開始異常波動(dòng)。通過(guò)前期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)判斷，應(yīng)為渣池出現(xiàn)了積渣情況。停車后打開A1人孔，證實(shí)堵渣非常嚴(yán)重。經(jīng)理論計(jì)算，積渣量約為51.43 t。其中，渣密度按2.78 t／m3計(jì)算，經(jīng)測(cè)得堆密度為0.585%。殼牌氣化爐渣各組分占比見表1。

表1 殼牌氣化爐渣各組分占比

2）2018年7月17日檢修情況

本次氣化爐累計(jì)運(yùn)行113天。運(yùn)行期間，氣化爐未發(fā)生明顯異常。氣化爐A1渣池內(nèi)積渣量較少，清理出的渣量2～3 t。本周期內(nèi)A1人孔內(nèi)積渣量少，是由于停車后對(duì)氣化爐進(jìn)行氮?dú)獬鋲号旁?。本次停車后進(jìn)行排查，事故渣池內(nèi)積渣量估算超過(guò)20 t以上，由此可見，運(yùn)行期間有較嚴(yán)重的積渣情況。

1.2 渣池積渣原因分析

經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行情況看，金新化工殼牌氣化爐所產(chǎn)生的細(xì)渣具有粘附性［1］，極易在流速較低的棱角、凸起、平臺(tái)處生根，產(chǎn)生積聚，且隨著運(yùn)行時(shí)間逐漸積累，越積越多。造成積渣的原因主要有以下三個(gè)方面：

1）破渣機(jī)靜刀板處積渣

氣化爐產(chǎn)生的熔渣經(jīng)下降管被激冷環(huán)、粗噴嘴、細(xì)噴嘴噴出的高壓灰水激冷破碎成細(xì)渣。殼牌氣化爐原設(shè)計(jì)的破渣機(jī)大部分流通面積均被靜刀板遮擋（如圖1），僅通過(guò)梳齒與導(dǎo)流槽的間隙流通。這導(dǎo)致整個(gè)破渣機(jī)靜刀板均為積渣提供了良好條件，僅有流速高的間隙未被渣堵住，（如圖2，紅色斜線條覆蓋區(qū)域?yàn)榉e渣區(qū)域）積渣自破渣機(jī)靜刀板處開始生根延伸至整個(gè)渣池。

圖1 破渣機(jī)改造前情況

圖2 破渣機(jī)處積渣示意圖

2）渣池上升管支撐處積渣

氣化爐渣池內(nèi)布置有6根上升管支撐。氣化爐的下降管與上升管均依靠此支撐固定。因氣化正常運(yùn)行期間采用“浸沒式除塵”，即上升管在氣化爐渣池液位面以下，粗煤氣通過(guò)上升管內(nèi)部流通（如圖3，箭頭指示），且爐渣池內(nèi)液位相對(duì)穩(wěn)定，這導(dǎo)致上升管外環(huán)隙區(qū)域的渣水基本不流動(dòng)。在此情況下6根上升管的支撐形成了細(xì)渣“生根”的支點(diǎn)，積渣以支撐處為根逐漸積聚最終積滿整個(gè)渣池（如圖3，紅色斜線條覆蓋區(qū)域所示）。

圖3 氣化爐渣池積渣及氣流通道示意圖

3）氣化爐渣池內(nèi)“干區(qū)”易產(chǎn)生掛渣

氣化爐A1人孔內(nèi)，處于渣池的液位面以上區(qū)域，且沒有被穩(wěn)定的噴淋水所覆蓋，同時(shí)也沒有浸泡在渣池之中的區(qū)域既是所謂的“干區(qū)”。

氣化爐產(chǎn)生的粗煤氣自下降管中來(lái)經(jīng)過(guò)激冷環(huán)、粗細(xì)噴嘴冷卻除塵再經(jīng)過(guò)渣池浸沒式除塵后，仍?shī)A帶部分的細(xì)渣且依舊具有較高的粘附性。粗煤氣自上升管、折流板后通過(guò)粗煤氣出口（N1口）輸送至1600單元（如圖3，箭頭所示）。因粗煤氣出口（N1口）在氣化爐一側(cè)，這使得在整個(gè)粗煤氣流通路徑中有一些區(qū)域流速很低，這些流速很低且處于“干區(qū)”位置的設(shè)備壁、折流板、設(shè)備凸起處（如水封隔板支撐、爬梯等位置）易產(chǎn)生掛渣。

2 氣化爐渣池改造及改造后運(yùn)行情況

2.1 破渣機(jī)改造及改造后的運(yùn)行效果

2.1.1 破渣機(jī)改造

針對(duì)破渣機(jī)靜刀板產(chǎn)生的積渣問題，于2019年6月大修期間對(duì)破渣機(jī)進(jìn)行了相關(guān)改造［2］。在破渣機(jī)動(dòng)刀兩側(cè)的靜刀板上開過(guò)流通道，將破渣機(jī)改為過(guò)流柵板結(jié)構(gòu)（如圖4）使之具有破碎篩分雙重功能。過(guò)流柵板可將小粒度渣塊篩去直接通過(guò)，破碎機(jī)構(gòu)只對(duì)大塊渣進(jìn)行破碎。通過(guò)此種方式，提高了破渣機(jī)的流通量及破渣處理能力，減少煤渣堆積。

圖4 破渣機(jī)改造后

2.1.2 破渣機(jī)改造后的運(yùn)行情況

經(jīng)過(guò)破渣機(jī)改造后，從2019年10月18日氣化爐檢修及后續(xù)檢修情況來(lái)看，破渣機(jī)靜刀板上的積渣問題已徹底解決，整個(gè)破渣機(jī)通道完全暢通無(wú)任何積渣，但因下降管支撐部分、氣化爐渣池“干區(qū)”部分積渣嚴(yán)重的情況仍沒有解決。

2.2 上升管及下降管改造及改造后的運(yùn)行效果

2.2.1 上升管及下降管改造

2021年3月份，針對(duì)氣化爐上升管支撐處易產(chǎn)生積渣的情況進(jìn)行了改造［3-4］。

本次改造為解決上文中所描述的下降管支撐易產(chǎn)生積渣的問題，（如圖5）將上升管割短100 mm，下降管延長(zhǎng)100 mm，同時(shí)下降管做破沫鋸齒形改造，如此改造的目的是為了使部分粗煤氣從上升管外部流通，利用這部分粗煤氣沖擊較為穩(wěn)定的渣池環(huán)隙液位，從而起到對(duì)渣池內(nèi)液面擾動(dòng)的作用，通過(guò)渣池環(huán)隙液位的擾動(dòng)沖擊降低下降管支撐處積渣的產(chǎn)生速度。

圖5 上升管及下降管改造

2.2.2 上升管及下降管改造后運(yùn)行情況

由于改造后氣化爐運(yùn)行時(shí)間較短，本次改造對(duì)于下降管支撐積渣的改善，不具有代表性。從2021年6月份氣化爐檢修情況來(lái)看（運(yùn)行85天），改造后上升管支撐處積渣情況有很大改善，但同時(shí)也帶來(lái)了新的問題：由于粗煤氣流向改變（如圖6，藍(lán)色箭頭表示改造后的粗煤氣流向，紅色箭頭表示改造前粗煤氣的常規(guī)流通路徑），因此粗煤氣流速降低，這使得A1人孔內(nèi)“干區(qū)”部位的掛渣情況明顯加劇。針對(duì)這種情況勢(shì)必要對(duì)氣化爐進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。

圖6 上升管、下降管改造后氣流走向示意圖

3 殼牌裝置渣池的進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)措施

殼牌裝置渣池經(jīng)過(guò)幾年的針對(duì)性改進(jìn)，已解決了破渣機(jī)通道堵渣問題，上升管、下降管支撐處積渣情況從短期運(yùn)行看有所緩解，目前暴露出的最大問題就是由于上升管、下降管改造后A1人孔內(nèi)“干區(qū)”掛渣更加嚴(yán)重，為此，必須進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。

3.1 優(yōu)化改進(jìn)措施

在氣化爐備用口N14處增加沖洗水，在折流板上方增加噴淋環(huán)管，環(huán)管增加12個(gè)噴頭。噴頭可采用氣化爐粗噴嘴噴頭，其布水效果滿足渣池優(yōu)化改造需求（型號(hào)為?49X74／N08825）。

N14口沖洗水自渣池沖洗水13HIC0036閥前引出，13HIC0036在氣化爐正常運(yùn)行期間富裕有36 t／h左右流量通入氣化爐。這股灰水持續(xù)通入氣化爐的主要目的是為了避免高壓灰水泵產(chǎn)生回流。

氣化爐內(nèi)環(huán)管采用DN80管道，由于氣化爐內(nèi)襯825材料，管道固定建議采用懸吊固定，固定在水封隔板支撐柱上（如圖7）。

圖7 優(yōu)化改造示意圖

3.2 改進(jìn)后運(yùn)行模式

技改完成后，通過(guò)編寫順控程序，配合復(fù)雜控制回路，自動(dòng)調(diào)整水量。正常運(yùn)行期間，30 t／h左右的噴淋水通過(guò)N14口噴淋環(huán)管沖洗氣化爐上升管，13HIC0036保持6 t／h左右水量。每小時(shí)切換回13HIC0036 30 t／h大流量沖洗渣池10 min，沖洗渣池期間N14口噴淋保持6 t／h左右。

這樣做的目的是間斷的通過(guò)13HIC0036大流量的沖水進(jìn)入渣池可以進(jìn)一步對(duì)渣池起到攪動(dòng)作用，從而使渣池積渣更難形成。

3.3 預(yù)期改進(jìn)效果

通過(guò)使用30 t／h噴淋水大流量沖洗，做到A1人孔內(nèi)“干區(qū)”均被水膜覆蓋，這將降低渣粘附在設(shè)備壁上的幾率，從而防止掛渣形成。同時(shí)噴淋水與粗煤氣逆流接觸過(guò)程中將粗煤氣中攜帶的細(xì)渣進(jìn)一步洗滌，能夠有效的除去粗煤氣中攜帶的細(xì)渣及飛灰，在降低A1人孔內(nèi)“干區(qū)”掛渣的同時(shí)也進(jìn)一步降低了U1600單元及合成氣管道堵渣的風(fēng)險(xiǎn)。