多噴嘴氣化爐運行探討

徐 超

(安徽華誼化工有限公司， 安徽蕪湖 238312)

安徽華誼化工有限公司(以下簡稱安徽華誼)一期年產600 kt甲醇、500 kt乙酸、200 kt乙酸乙酯工程于2011年底建成并投料，于2012年4月27日正式商業化運行，該氣化裝置采用多噴嘴水煤漿氣化工藝。A套氣化爐于2015年10月9日投料，至2016年1月20日計劃停車檢修，連續運行103 d，氣化爐整體運行穩定，未發生燒嘴跳車，氣化爐保持了連續超負荷運行，平均負荷為104%(以標準氧氣計)，平均煤漿質量分數為61.2%，平均有效氣組分81.8%(體積分數)，每生產1 000 m3(標態)有效氣平均煤耗555 kg、氧耗374 m3，單耗均低于公司考核指標。

2016年1月20日，A套氣化爐計劃停車開始備用爐檢修，對燒嘴、耐火磚、三級閃蒸防沖刷擋板、水洗塔塔盤、蒸發熱水塔填料、高壓煤漿泵等關鍵設備進行拆檢，發現燒嘴表面出現龜裂，耐火磚磨損速率未見明顯加快，三級閃蒸防沖刷擋板磨損較為嚴重，水洗塔塔盤、蒸發熱水塔填料、黑水管積灰較多，即對上述設備進行了更換、檢修、加固、清洗，為后期氣化爐“安、穩、長、滿、優”的運行積累了經驗。

1 氣化爐燒嘴

燒嘴作為水煤漿氣化爐的核心設備，其運行工況直接影響氣化爐的氣化效率、爐壁溫度及所造渣中碳的含量等。燒嘴是通過氧氣流股與煤漿流股的動量交換，以達到霧化煤漿的目的，從而為爐內的氣化與燃燒創造條件。多噴嘴水煤漿氣化技術采用預膜式燒嘴，外混式霧化效果優于內混式燒嘴[1]。水煤漿通過4個對稱布置在氣化爐中上部同一水平面上的燒嘴，與氧氣一起對噴進入氣化爐內，在爐內形成撞擊流，在完成煤漿霧化的同時，強化熱質傳遞，促進氣化反應的進行[2]。相對于其他氣化工藝物料的平均停留時間更長，反應更加充分，渣中碳含量較低。安徽華誼采用的是航天十一所制造的燒嘴，并返回原廠檢修。

本次氣化爐運行至94 d后，A3/A4燒嘴冷卻水回水中檢測到CO，現場實測CO體積分數最高為300×10-6，確認燒嘴盤管或端面破損。停車后對該對燒嘴進行抽出作業，發現燒嘴無法順利拉出，A4燒嘴冷卻水盤管發生斷裂，A3燒嘴切掉盤管后拔出。對燒嘴進行檢查，發現端面出現龜裂，燒嘴冷卻水盤管表面出現點腐蝕，燒嘴的斷面龜裂及冷卻水盤管的點腐蝕和泄漏是最常見的燒嘴問題[3]。

2 耐火磚

多噴嘴水煤漿氣化爐燃燒室耐火材料主要有向火面磚、背襯磚、隔熱層、澆注料、耐火氈等，向火面磚為高鉻磚(CRB-90)，背襯磚為鉻剛玉磚(CRCB-12)，隔熱層為Al2O3空心球磚(ABB-98)，澆注料為鉻剛玉澆注料(CastPC-12)。向火面磚直接與高溫高壓的合成氣、灰渣接觸，承受化學腐蝕、物理沖擊、灰渣沖刷等磨損較快，為使用壽命最短的耐火磚[4]。多噴嘴氣化爐由于具有特殊的氣化工藝，整個燃燒室內的流場分成射流區、撞擊區、撞擊流股、回流區、折返流區、管流區等6個區域，其中拱頂與渣口磚由于遭受沖刷較為嚴重，使用壽命相對于其他部位的耐火磚較短。氣化爐耐火磚平均蝕損速率及使用壽命見表1。

表1 氣化爐耐火磚平均蝕損速率及使用壽命

從表1可以看出：上層膨脹縫磚、渣口磚的使用壽命較短。上層膨脹縫磚使用壽命較短主要是由于合成氣在此處形成渦流，合成氣及夾帶的灰渣加速了此處耐火磚的磨損，為了保護后邊的M5/M6號磚，在膨脹縫下層磚嚴重減薄后人工更換膨脹縫處耐火磚。渣口磚使用壽命較短主要是由于合成氣到達渣口時，流通通道縮小，氣速加快，對耐火磚的沖刷磨損加劇。通過對比本次耐火磚的蝕損速率與平均速率發現，本次運行周期內耐火磚蝕損速率未見明顯加快，排除溫度、開停車等操作因素，可以認為燒嘴在運行103 d后霧化效果仍然較好，該結論從渣中含碳量也可以得到印證。

3 水洗塔盤

水洗塔作為氣化工藝中僅次于氣化爐的關鍵設備，其運行工況直接決定了合成氣的清潔度及變換爐工況，進而影響氣化爐的長周期穩定運行。

安徽華誼水洗塔采用5層泡罩塔結構，高溫變換凝液由最上層塔盤進料，高壓灰水由第3層(自上而下數)塔盤進料，合成氣自下而上依次穿過5層塔盤換熱、洗滌，干凈的合成氣經除沫器后輸入后系統。水洗塔最常見的問題是合成氣帶水，塔盤堵塞是造成合成氣帶水的重要因素之一[5]。通過對塔盤堵塞物取樣分析發現，有細灰以及鈣鐵復合鹽的成分。合成氣所夾帶的細灰經過塔盤時黏結在泡罩上，鈣鐵復合鹽主要是由堿度高的高溫變換凝液與硬度高的灰水混合而形成。第3層塔盤上的堵塞物主要成分為鈣鐵復合鹽，第5層塔盤上的堵塞物主要成分為細灰，這與各物料進入水洗塔位置相一致。不同位置塔盤上堵塞物的分析數據見表2。

表2 不同位置塔盤堵塞物的分析數據 %

本次氣化爐運行過程中未出現水洗塔帶水現象，停車后入內檢查，發現水洗塔第1層塔盤較為干凈，第3層、第4層、第5層塔盤堵塞較為嚴重，且第3層塔盤堵塞物呈灰白色，第4層、第5層塔盤堵塞物呈墨綠色，可能與細灰中夾帶的鉻元素有關，鉻來自耐火磚。

4 三級閃蒸防沖刷擋板

多噴嘴閃蒸系統采用三級閃蒸處理工藝，即蒸發熱水塔、低壓閃蒸、真空閃蒸。閃蒸系統的主要作用是回收熱量、汽提酸性氣、渣水分離及灰水回用等。來自氣化爐、蒸發熱水塔、旋風分離器的黑水經過三級閃蒸逐步降溫、降壓，閃蒸出黑水中溶解的酸性氣及氨氣等，黑水逐步濃縮后排入澄清槽實現渣水分離。黑水在逐級減壓過程中存在能量的轉化，減壓后巨大的動能對設備的沖擊較為嚴重[6-7]，因此三級閃蒸中均設有防沖刷擋板。隨著氣化爐運行時間的延長，防沖刷擋板逐步減薄，甚至出現洞穿，而沖刷擋板一旦洞穿，黑水會直接沖擊到設備本體，存在巨大的安全隱患。黑水進蒸發熱水塔角閥后管道進行了延長，黑水角閥后防沖刷擋板基本無破損。低壓閃蒸擋板第1層被打穿，需要更換；真空閃蒸擋板支架磨損，導致擋板傾斜，需要加固。

5 高壓煤漿泵、激冷環、激冷室等

安徽華誼共有高壓煤漿泵6臺，其中4臺GEHO泵、2臺沈冶泵，GEHO泵為雙缸雙作用隔膜泵，沈冶泵為三缸單作用隔膜泵。A套氣化爐使用的是2臺GEHO泵，每臺泵對應1對燒嘴。在本次運行周期內，高壓煤漿泵沒有發生卡閥、跳車事故，整體運行平穩。停車后對進、出口單向閥等處進行了拆檢，閥座、閥橡膠表面光滑未見明顯磨損，已累計使用6 000 h，因此決定本次檢修不做更換繼續使用。

停車后進入氣化爐激冷室與燃燒室進行檢查，激冷室合成氣出口擋板及出口管處較干凈，未見堵塞，破泡條表面附著厚度約10 mm垢片，經X射線熒光光譜法(XRF)分析主要為鈣、鋁、硅酸鹽及硫酸鹽形成的復合物。對激冷環處進行檢查，激冷環環隙及水分布孔未發現堵塞，激冷水分布較好，下降管未出現鼓包變形[7-8]。

6 結語

通過本次對備用爐的檢查發現，燒嘴經過長周期運行后，其冷卻水盤管出現沙眼，端面出現龜裂與凹坑，導致回水中檢測到CO，且停車后拔出較為困難。上層膨脹縫耐火磚(主要為M8H磚)磨損速度過快，需要定期更換。水洗塔塔盤堵塞較嚴重，每次需要射流清洗。閃蒸系統防沖刷擋板長周期運行容易被打穿，尤其是低壓閃蒸擋板，低壓閃蒸、真空閃蒸擋板支架需要更換為耐磨材質。通過備用爐檢修，及時發現問題并進行整改，為后期氣化爐的長周期運行積累了豐富的經驗。