高壓閃蒸罐閃蒸氣帶水帶灰原因分析及處理

賈震宇

(大唐呼倫貝爾化肥有限公司 內蒙古呼倫貝爾 021012)

大唐呼倫貝爾化肥有限公司的“18·30”項目(180 kt/a合成氨、300 kt/a尿素)以呼倫貝爾當地褐煤為原料制備水煤漿，采用熔渣-非熔渣水煤漿分級氣化技術制備合成氨原料氣，黑水處理單元采用兩級閃蒸工藝，變換單元采用寬溫耐硫變換工藝，氣體精制單元采用低溫甲醇洗聯合液氮洗工藝，氨合成單元采用國內先進的低壓氨合成技術，硫回收單元采用傳統的三級克勞斯催化反應工藝，空分裝置采用深冷法空氣分離技術，尿素裝置采用改良CO2汽提工藝。該“18·30”項目于2013年8月12日開始進行72 h性能標定考核，全裝置基本達到了設計能力，可實現安穩長滿優生產運行。

氣化裝置于2012年6月25日一次性投料成功。由于首次采用褐煤制備水煤漿，制得的水煤漿濃度較低(質量分數<50%)，裝置在運行中出現一系列問題，如閃蒸氣帶水帶灰、粗煤氣帶灰帶水、水煤漿濃度低、系統水過剩等。此后通過不斷的技術改造和優化，制約系統穩定運行的瓶頸問題基本得到解決。

1 高壓閃蒸罐閃蒸氣帶水帶灰問題

由于氣化裝置采用褐煤所制得的水煤漿濃度遠低于設計值，使得系統熱量不平衡、水系統不平衡，出現閃蒸氣過剩、高壓閃蒸罐超壓等問題。為了解決高壓閃蒸罐超壓問題，在閃蒸氣入除氧器管線上增設1根放空管線，使高壓閃蒸罐壓力初步得到控制，但閃蒸氣放空管線經常出現帶水帶灰現象，不僅造成環境污染、生產現場作業環境噪聲超標而影響員工的正常操作，而且工藝指標處于不可控狀態，生產管理十分被動。

2 原因分析

(1)褐煤灰分含量高

褐煤灰分含量高，制得的水煤漿濃度低是閃蒸氣帶水帶灰的根本原因。氣化裝置制漿所用褐煤灰分質量分數基本在14%左右，內水含量較高，制得的水煤漿濃度低，導致閃蒸氣過剩、系統水過剩、黑水中含固量多、閃蒸系統處理負荷增大。此外，氣化裝置灰水處理系統設計余量不足，原始試車時即出現高壓閃蒸罐超壓、灰水槽溢流等諸多問題，后采取增設放空管線等措施消耗過剩的閃蒸氣，同時將一部分水以蒸汽的形式排放至大氣中。但是，當激冷水量不足時，氣化爐、洗滌塔排放的黑水含固量增大，高壓閃蒸罐內的黑水無法實現良好分離，被閃蒸氣以泡沫夾帶的形式由放空管帶出，從而出現高壓閃蒸罐閃蒸氣帶水帶灰現象。

(2)激冷水量少

激冷水量少是閃蒸氣帶水帶灰的主要原因。氣化爐在開停車過程中，由于氣化裝置循環水溫差發生變化，管線內的垢片脫落并堵塞激冷水過濾器或激冷環，導致激冷水量減少。在同等運行負荷下，激冷水的減少將加速高壓閃蒸罐錐底的結垢速率，致使高壓閃蒸罐出現排水不暢的問題，進而引發高壓閃蒸氣帶水帶灰。每年大檢修對高壓閃蒸罐進行拆檢，均發現高壓閃蒸罐錐底積灰、積渣及積垢較多，嚴重時與高壓閃蒸罐人孔口齊平。

(3)高壓閃蒸罐錐底結垢導致排水不暢

高壓閃蒸罐錐底結垢導致排水不暢是閃蒸氣帶水帶灰的次要原因。在水煤漿氣化工藝中，高壓閃蒸罐錐底結垢現象不可避免，但可以采取合適的措施降低結垢速率，如篩選適宜的分散劑、嚴格匹配激冷水量與系統的負荷、嚴格控制高壓閃蒸罐壓力、嚴格控制高壓閃蒸罐液位等。

3 造成的影響

(1)對環境造成污染

出現高壓閃蒸罐閃蒸氣帶水帶灰現象時，高壓閃蒸罐放空管線中排放的閃蒸氣會飄至灰水處理框架墻面、制漿框架墻面、氣化框架墻面、氣化裝置管廊、氣化裝置周圍照明設備上方、氣化裝置周邊的公用工程框架墻面等，久而久之高壓閃蒸氣所到之處均被污染為黑灰色，修復成本較高；此外，高壓閃蒸氣夾帶的小霧滴冷凝滴落至地面，夏季造成地面積水，冬季造成地面積冰。無論是高壓閃蒸氣還是蒸氣夾帶凝液，都會對現場環境造成一定的污染，導致現場工作量增大，消耗的人力、物力、財力均大幅增加，對公司的生產經營造成一定的影響。

(2)生產現場作業環境噪聲超標

出現高壓閃蒸罐閃蒸氣帶水帶灰現象時，往往伴隨著高壓閃蒸罐超壓，而高壓閃蒸罐超壓時灰水處理系統周邊的噪聲超標，多次噪聲測量值均高于70 dB，甚至可達到95 dB，嚴重影響操作人員的正常操作。

(3)工藝指標處于不可控狀態

高壓閃蒸罐液位超高時，閃蒸氣帶水帶灰現象最嚴重，此時高壓閃蒸罐液位、壓力、排水溫度等工藝指標均偏離正常值且無法調整，出現工藝指標不可控現象。

4 解決方案

(1)穩定煤種

嚴格控制氣化用煤的灰分、水分、發熱量等指標，同時確保各項指標穩定，保證制得的水煤漿濃度、黏度、品質、灰渣結垢主組分以及氣化裝置整體工況等穩定。

(2)泄壓操作的管理

在日常停車操作過程中，嚴格按照要求控制系統泄壓速率，防止激冷水中斷，尤其是系統壓力在0.5 MPa時，極易出現激冷水中斷現象。因此，每次停車時，要求車間管理人員必須監督整個泄壓過程，杜絕激冷水出現中斷現象。

(3)激冷水系統的優化

利用年度大檢修機會，對激冷水管線進行徹底清理，同時將激冷水過濾器整體放大以增大過濾器流通面積，并將濾網孔由Φ4 mm擴大至Φ8 mm，以保證激冷水量充足，消除影響激冷水量的瓶頸點。

(4)工藝管理的提升

由于制得的水煤漿濃度低，閃蒸系統閃蒸氣過剩，導致高壓閃蒸罐超壓，故通過增設放空管和真空噴射系統消耗一定量的閃蒸氣，徹底解決了系統閃蒸氣過剩的問題。同時，將高壓閃蒸罐操作壓力控制在0.45～0.55 MPa，出現排水不暢時適當提高高壓閃蒸罐操作壓力，確保高壓閃蒸罐的排水量，防止錐底沉積灰垢。

(5)設備技改

采取的主要設備技改措施：①利用年度大檢修機會，將高壓閃蒸罐錐底由焊接連接改為法蘭連接，便于日常停車時對錐底進行清理；②高壓閃蒸罐至真空閃蒸罐的管線由水平布置改為有一定坡度布置，防止垢片沉積；③將除氧器中的絲網填料更換為固閥式塔盤，以增強除氧器除氧、除氨氮能力，系統循環水中氨氮含量的降低能有效降低管道結垢速率；④拆除沉降槽頂部的頂蓋，利于降低灰水溫度，使系統灰水中的固體雜質能充分沉淀，以降低灰水的固含量，進而降低系統結垢速率；⑤真空閃蒸罐壓力控制在設計指標內，以降低系統循環灰水的溫度；⑥將現場閑置的2臺陰離子絮凝劑泵分別作為陽離子絮凝劑泵和分散劑泵的備泵，必要時可適當增加分散劑和絮凝劑的投加量。

(6)運行維護的細化

計劃停車更換燒嘴時，對高壓閃蒸罐錐底進行疏通，每次疏通用時4 h，可與更換燒嘴時間同步進行。將閃蒸氣帶水帶灰問題作為氣化裝置停車的基本條件之一，出現閃蒸氣帶水帶灰現象時即停車、隔離，并對高壓閃蒸罐進行徹底清理，此項工作耗時15～20 h。

5 結語

通過優化改造和日常操作控制的細化，目前高壓閃蒸罐錐底垢片脫落、排水角閥堵塞、超壓、液位高等問題均得到了有效解決，灰水處理系統已實現長周期穩定運行，徹底解決了高壓閃蒸氣帶水帶灰問題。

閃蒸氣帶水帶灰的根本原因是褐煤灰分含量高、制得的水煤漿濃度低，但系統結垢現象目前無法從根本上解決，只能通過過程控制和強化管理手段來緩解。通過近幾年的運行摸索，氣化裝置已實現一年一清理，但在一些細節上還有待進一步優化。