煤氣初冷工藝運行中存在問題及應對

呂成亭

（金牛天鐵煤焦化有限公司，河北邯鄲056000）

煤氣初冷工藝運行中存在問題及應對

呂成亭

（金牛天鐵煤焦化有限公司，河北邯鄲056000）

對焦爐煤氣初冷工藝中冷卻效果差、阻力偏高等問題的原因進行了分析，通過控制中段循環水溫度，增加中、下段噴灑液中輕質焦油含量，以及提高其噴灑液量和噴灑密度等措施，有效地解決了上述問題，保證了初冷器的長期穩定運行。

焦爐煤氣；初冷器；水溫；噴灑液；輕質焦油

1 引言

焦爐煤氣的初冷既是煤氣凈化的一部分，也是后續脫氨、脫苯、脫硫等煤氣進一步凈化工藝得以實現的先決條件。經過初冷，煤氣溫度必須降至22～25℃，因為煤氣溫度越低，初冷器后煤氣中的水汽、焦油氣及萘蒸氣的飽和含量就越低，若初冷器后煤氣溫度偏高，大量的輕質焦油、萘等物質進入后續煤氣各工藝單元，不僅容易造成設備、管道的堵塞，而且將對脫氨工藝中硫銨產品的色度、終冷塔的阻力、脫苯工藝中循環洗油的質量及脫硫工藝中脫硫液的質量造成惡劣的影響。

2 煤氣初冷工藝的運行及存在問題

2．1 工藝簡介及流程

金牛天鐵煤焦化有限公司為年產150萬t焦炭的焦化企業，初冷器選用橫管式初冷器，設計為4×5 600 m2，開3備1，單臺初冷器分上、中、下三段冷卻，中、下段之間設計有斷塔盤。上段冷卻介質為循環脫硫液，進水溫度為57～60℃，出水溫度為68～74℃；中段采用循環水冷卻，進水溫度為28～32℃，出水溫度35～40℃；下段采用低溫水冷卻，進水溫度為16℃，出水溫度為23℃。為保證初冷器的冷卻及除萘效果，視阻力情況，上段用循環氨水不定期噴灑，中、下段分別用氨水、輕質焦油混合液進行連續噴灑；下段冷凝液經下段水封槽進入下段冷凝液循環槽，然后經下段循環泵送至下段進行循環噴灑，另外從焦油氨水分離槽中部引出的輕質焦油與氨水的乳濁液可連續補充至下段循環槽，并可通過中、下段冷凝液循環槽的連通管滿流至中段循環槽；上、中段的冷凝液經中段水封槽進入中段冷凝液循環槽，然后經中段循環泵送至中段進行連續噴灑，在中段泵出口設計有旁通管，中段冷凝槽液位自動控制，多余的冷凝液經旁通管送至機械刮渣槽。

2．2 存在問題

該四臺橫管式初冷器自2009年開始投入使用，然而自2013年下半年開始，初冷器阻力偏高，平均在2 200 Pa以上；初冷器冷卻效果差，鼓風機前煤氣溫度平均在25℃以上，最高可達到32℃；初冷器阻力增長過快，造成初冷器倒用頻繁，清洗頻次增加，但初冷器的清洗效果不佳，這不僅極大的增加了工人的勞動強度，加大了對初冷器及附屬設施的損害，而且嚴重影響后續工藝飽和器及終冷塔的正常運行。

3 原因分析

3．1 初冷器中段循環水上水溫度控制較設計值偏低隨著初冷器運行時間的延長，初冷器中段管程內沉積了部分污泥，存在結垢現象，造成冷卻效果不佳。為保證初冷器后煤氣溫度，中段循環水上水溫度控制范圍逐漸降至25～27℃（冬季）、28～30℃（夏季），而設計要求循環水上水溫度為32℃，這樣就造成中段后的煤氣溫度基本在35℃左右，最低可達到30℃，嚴重偏離中段后煤氣設計溫度40℃，同時也改變了初冷器各段的煤氣氣液平衡關系，致使煤氣中的焦油氣、萘蒸氣在初冷器中段集中冷凝，因為不同溫度下，煤氣中萘的飽和含量是不同的，具體對應關系見表1。初冷器中段煤氣溫度偏低就造成中段負荷加重，一方面中段噴灑液量有限，噴灑能力不足，以致噴灑效果不佳，焦油不能被及時沖洗下來而沉積，另一方面冷凝下來的焦油中的萘的含量偏高，溶萘能力降低，而多余的萘便會粘附在冷卻水管壁上，堵塞煤氣通道，使初冷器阻力增加速度加快。

表1 不同溫度下煤氣中萘的飽和量 /g·Nm-3

3．2 中、下段循環噴灑液輕質焦油含量偏低

受焦油氨水分離槽焦油界面儀波動大，無法提供準確、穩定的液位指示影響，焦油氨水分離槽一般保持低液位操作，以防止循環氨水帶油，影響焦爐集氣管的噴灑，這樣就造成了從焦油氨水分離槽中部引出的作為初冷器下段噴灑液補液的輕質焦油含量偏低，不足10%，初冷器中、下段循環噴灑液輕質焦油含量不足5%，而設計要求中、下段噴灑液中輕質焦油含量分別為20%～30%、30%～40%。中、下段循環噴灑液中較低的輕質焦油含量嚴重影響了其溶萘、洗萘的能力，對附著在冷卻水管壁上的焦油、萘的沖洗效果降低，造成了中、下段冷卻水管間焦油、萘的大量沉積，煤氣流通截面積減小，從而增加初冷器的阻力。

3．3 噴灑液量不足，噴灑密度小

一般橫管式煤氣初冷器的噴淋密度設計要求不低于4 m3/（m2·h）[2]，而金牛天鐵單臺橫管式初冷器中段設計噴灑量為50 m3/h，噴灑密度僅為3．2 m3/（m2·h），設計偏低，另外噴灑孔孔徑為8 mm，經過長時間的運行，噴灑液中含有的甲苯不溶物（煤粉、焦粉、鐵銹等雜質）容易將噴灑管末端的噴灑孔完全堵死，一方面，使噴灑量減少，中段噴灑量實際僅為30～40 m3/h，噴灑密度僅為1．92～2．56 m3/（m2· h）；另一方面，造成噴灑不均，噴灑不到的區域煤氣冷凝下來的焦油、萘等物質便會粘附在冷卻水管壁上，越積越多，最終造成煤氣通道堵塞，初冷器阻力增加。

3．4 清掃制度不合理，沖洗不徹底

缺乏初冷器定期清洗制度，只是當阻力增加加快時才倒換初冷器，并采取直接蒸汽清掃，造成冷卻水管間沉積的焦油、萘等雜質的重質組分的比例不斷增加，這部分物質在蒸汽的不斷烘干作用下逐漸硬化并累積，極難被蒸汽清掃去除，最終造成冷卻水管間堵塞的不斷加重，并嚴重影響換熱[3]。直接蒸汽清掃效果不佳，只能反復地倒換初冷器，不但極大地增加了勞動強度，而且造成了初冷器運行狀況的不斷惡化。

4 應對措施

4．1 嚴格按照設計要求控制冷卻水的上水溫度

循環水上水溫度控制范圍28～32℃，夏季較為容易控制，冬季氣溫較低時必須通過合并冷卻塔或調節冷卻塔上水旁通的方式進行控制，低溫水上水溫度控制≥15℃；在初冷器中段后安裝就地溫度計和負壓表，在保證冷卻水上水溫度基本穩定的情況下，根據煤氣量的變化及時調整水量，控制中段后煤氣溫度范圍為38～42℃，防止出現初冷器中段過負荷，煤氣急劇冷卻，造成煤氣中的焦油、萘沉積速度加快。

4．2 穩定焦油氨水分離槽液位，提高噴灑液補液輕質焦油含量

將焦油氨水分離槽焦油界面儀由原來的電容式液位計更新為浮球式液位計，使對焦油的界面指示更準確。調整壓油，逐步提升焦油界面，使從分離槽中部引出的作為初冷器噴灑液補液的輕質焦油含量穩定在40%～50%，并且實行連續補油，根據初冷器中、下段噴灑液輕質焦油濃度調整補油量，使中、下段噴灑液輕質焦油含量穩定在20%～30%，必要時可以將焦油氨水分離槽外槽底部沉積的輕質焦油及電捕焦油器捕集的輕質焦油引入中段冷凝液槽，提高中段噴灑液的溶萘能力[4]。

4．3 定期清掃噴灑管，保證設計噴灑液量

金牛天鐵的4臺橫管上、中、下段均設計有氨水噴灑管道，其中中、下段氨水管道與噴灑管直接對接，氨水和噴灑液可隨時切換；另外，中、下段噴灑管前均有分閥門控制。為便于對各噴灑管進行蒸汽清掃，可引蒸汽管與氨水管直接對接，由氨水管道通入蒸汽，對噴灑管進行逐根清掃，為保證清掃效果，也可以用蒸汽與氨水對噴灑管交替清掃[5]。另外，為彌補初冷器中段設計噴灑液量不足的缺陷，可采取定期將中段噴灑液切換為循環氨水噴灑，同時為了防止噴灑氨水進入噴灑液系統，影響噴灑液輕質焦油含量，對中、下段水封槽進行了改造。根據原設計，中、下段水封槽底部有一根DN50的放空管，可排液至鼓冷槽區放空槽，為保證足量的氨水噴灑，又防止氨水滿流至噴灑液循環槽，在各水封槽的底部又分別增加了一根DN100的放空管，可排液至鼓風機冷凝液放空槽。

4．4 制定合理的初冷器清掃制度

之前橫管清掃的常規方式是蒸汽清掃，使放散管連續的大量冒出蒸汽2 h，但是清掃效果不佳，初冷器阻力下降不明顯。通過打開橫管底部人孔檢查，發現冷卻水管間堵滿了焦油、萘等雜質，于是嘗試分別用蒸汽、循環氨水對堵塞程度相近的初冷器連續清掃一周，后又重新打開底部人孔檢查發現冷卻水管間的堵塞程度均有了一定程度的減輕，但仍有將近60%的煤氣通道被堵塞。為確認堵塞物的主要成分，對堵塞物進行取樣分析，化驗結果顯示堵塞物中的焦油多為重質焦油，230℃前餾出量僅占10%，另外其中約有5%的甲苯不溶物，主要成分為焦粉、煤粉[1]。通過對各種清掃方式的嘗試及對初冷器氣相堵塞物的成分確認，制定了如下的清掃方式：

（1）關閉初冷器煤氣進、出口閥門及上段循環脫硫液上水閥門，打開頂部放散，用循環氨水分別對中、下段先后噴灑8 h。

（2）關閉氨水，打開底部蒸汽，利用蒸汽連續清掃6 h。

（3）再用循環氨水對中、下段先后連續噴灑8 h，利用氨水噴灑時，打開相應水封槽底部放空閥門，防止氨水滿流至噴灑液循環槽。下一步計劃對初冷器噴灑系統進一步改造，增設1個噴灑液循環槽和1臺循環泵，從焦油氨水分離槽中部引入70℃左右、輕質焦油含量約為40%的焦油氨水乳濁液為循環液，對備用初冷器進行連續高效地噴灑清洗。

5 結束語

通過上述一系列的改進措施，金牛天鐵目前三臺橫管初冷器同時運行阻力已由最高時的3 500 Pa降至2 000～2 500 Pa。但是，為保證初冷器的長期穩定運行，加強對日常操作的管控才是關鍵，穩定冷卻水上水溫度，合理控制各段煤氣溫度，保證煤氣在初冷器內分段冷卻；穩定控制噴灑液輕質焦油含量，提高噴灑液洗萘能力；強化工藝執行，嚴格遵守清掃制度，如此方能保證煤氣初冷的最佳效果，為后續化產回收工序的高效、穩定運行提供先決條件。

[1]劉作玲．初冷器阻塞的原因分析及解決辦法[J]．承鋼技術，2005（4）：65-68．

[2]楊建華，王永林，沈立嵩．焦爐煤氣凈化[M]．北京：化學工業出版社，2006．

[3]任紅星．橫管式初冷器阻力增大的原因分析與應對措施[J]．廣東化工，2013，40（1）：128-129．

[4]劉三軍，侯國杰，陳文虎．橫管式初冷器洗萘工藝的改進[J]．燃料與化工，2008，39（2）：10-12．

[5]李海橋，邵有輝，何勤德．橫管初冷器噴灑系統的改造經驗[J]．燃料與化工，2003（4）：198-199．

Problems Existing in Gas Primary Cooling Process and Countermeasures

LV Cheng-ting
(Jinniu Tiantie Coking Co．,Ltd．,Handan,Hebei Province 056000,China)

The problems of the poor cooling effect and high resistance of primary cooling process of coke oven gas were analyzed．Measures were taken such as controlling the temperature of circulating water at intermediate segment,increasing the content of light tar in spray liquid at intermediate and lower segments and improving spraying fluid volume and spraying density．The above problems were effectively solved and the long term stable running of primary cooler was ensured．

coke oven gas;primary cooler;water temperature;spraying liquid;light tar

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．015

2015-01-05

2015-01-27

呂成亭（1988—），男，主要從事化產車間工藝管理工作。