水煤漿氣化高負荷長周期運行探討

趙紅濤 王濤

摘 要：本文簡要介紹了水煤漿加壓氣化的現狀、工藝流程、長周期運行中存在問題及其解決方案。

關鍵詞：氣化；德士古；水煤漿；多原料漿；四噴嘴；長周期運行

水煤漿加壓氣化技術最早是由美國德士古公司在重油氣化的基礎上開發成功的第二代煤氣化技術，是一種以水煤漿為進料、氧氣為氣化劑的加壓氣流床并流氣化工藝，屬于氣流床濕法加料、液態排渣的加壓氣化技術，20世紀90年代引入我國。21世紀初，我國西北化工研究院開發的多原料漿氣化技術得到廣泛應用，同一時間華東理工大學潔凈煤技術研究所開發的對置四噴嘴氣化技術也進入大規模商業推廣階段。水煤漿氣化過程包括煤漿制備、煤漿氣化、灰水處理等工序。各水煤漿氣化技術經過近二十年的大規模的工業化生產裝置驗證，已發展為成熟的煤氣化技術，我廠采用的是西北化工研究院多原料漿氣化技術。

1 水煤漿制氣的典型工藝流程圖

2 水煤漿氣化長周期運行探討

水煤漿氣化在大規模工業化生產階段，存在破渣機架橋，爐膛熱電偶壽命短，激冷環堵塞，閥門管道易磨損，筒體向火面磚壽命短等問題，嚴重影響水煤漿氣化長周期穩定運行，經過近二十年生產經驗的不斷積累，以上問題已經得到了很好的解決，氣化爐已經能穩定運行60天以上。近年來，在追求生產效益最大化目標下，在建項目的氣化爐規格不斷增大；項目投產后，追求長周期運行，減少開停車倒爐損失，減少檢修頻次達到縮減維修費用的目的，各廠在對標后紛紛確定高負荷，長周期運行目標。但氣化爐在設計操作負荷110%以上連續穩定運行90天，依然存在一些問題，現逐條進行探討。

2.1 氣化黑水進高閃角閥下緩沖罐易磨穿

氣化黑水含有大量的細灰，經過角閥減壓后，高溫黑水會閃蒸出大量氣體，產生三相流，對角閥后緩沖罐及緩沖罐后管線磨損嚴重。為了降低緩沖罐及管線的磨損速率，其一在操作上應逐級減壓，利用氣化界區角閥將黑水從6MPa降壓至4.2MPa，在利用進高閃角閥進一步減壓至0.9MPa；其二在運行中根據角閥開度，黑水流量判斷角閥閥芯磨損情況，若角閥閥芯磨損偏噴會沖蝕喇叭口，喇叭口沖蝕失效后，會失去其對流體整形作用，從而會加快角閥下緩沖罐的磨蝕速率。因此應定期檢查角閥閥芯及角閥內喇叭口完好情況，若發現磨損及時對其修復或更換；其三將緩沖罐及其后進入高閃的管線內襯耐磨材料碳化鎢，降低二者的磨損速率，氣化爐每個運行周期后對罐壁等易磨損處進行壁厚檢測，發現壁厚變薄，及時更換內襯。采取以上措施后，角閥下緩沖罐及其后管線的壽命可達到1～1.5年。

2.2 渣口磚壽命短

根據建廠的位置和原料煤的運輸成本，各廠可能經常就近采購一些低灰熔點原料煤，為了保證原料煤中C元素的利用率及降低爐渣內的C含量，氣化爐氧煤比及爐溫會控制的相對較高，氣化爐渣口磚上無掛渣；另外氣化爐長期在高負荷運行，粗煤氣及熔渣的流速增大，渣口磚磨蝕嚴重時會發生部分耐火磚脫落，一般氣化爐渣口磚在累計運行3000h左右時即失效，渣口磚失效后，氣化爐托磚板易發生燒蝕。耐火磚的主要成分Cr2O3、ZrO2，Al2O3，更換耐火磚型號，增加渣口磚內Cr2O3含量，有助于耐火磚抗高溫腐蝕性能，增加ZrO2含量有助于增加耐火磚的抗沖刷性能。同時更換椎體磚形狀，由“階梯形”改為“雙曲線形”，進一步增加渣口磚抗沖蝕性能，改造后渣口磚的使用壽命在4500h左右，完全滿足氣化爐高負荷，長周期運行兩個周期。

2.3 激冷環結垢易磨穿

根據運行經驗，氣化爐在運行60天后，激冷環易磨穿。

從圖2和圖3表觀可以看出：孔洞邊緣圓滑、鋒利，無腐蝕的點坑現象，無燒蝕的變色現象，且激冷環內分水孔延伸段溝槽明顯，因此激冷環損壞的原因應為沖蝕。停車檢查激冷環的部分布水孔發生結垢，甚至完全堵塞布水孔，導致其他布水孔水流速增大，激冷環易發生沖蝕失效。為降低激冷環的沖蝕，其一是按設計嚴格控制激冷水量，在氣化爐液位能保住的情況下，用盡量低的激冷水量；其二是控制激冷水水質，減少激冷水中細灰的含量，可加大洗滌塔的排黑量；其三聯系專利商對激冷環進行改造，擴大布水孔直徑，即降低了該處激冷水的流速，又使布水孔結垢后不至于完全堵塞。經過采取以上3點措施，我廠的激冷環壽命已經能達到12000h。

2.4 燒嘴壽命短

我廠燒嘴尺寸經過專利商的多次優化，已經適應高負荷運行，影響燒嘴壽命的主要是原料煤中硫含量，煤中的硫在氣化爐中反應后會生產硫化氫，與燒嘴中的金屬元素生成Ni3S2，此化合物又與金屬內部的鎳元素形成低熔點共晶，呈薄膜狀分布與晶界，使金屬產生脆性，燒嘴的端面及盤管腐蝕糟酥，會影響燒嘴的使用壽命。

我廠使用硫含量高于2～2.5%的高硫原料煤，通常燒嘴壽命在65～75天，我廠也試燒了高硫（4.0%wt）煤及低硫（0.8%wt）煤的混煤，試燒期間，兩臺氣化爐燒嘴分別高負荷連續運行91天及90天后，按計劃停車檢修，工藝燒嘴經供應商拆解發現燒嘴外氧頭水室端面并沒有以往高硫煤運行六七十天的燒嘴腐蝕的嚴重；測得煤漿噴頭比標準尺寸大10mm，且煤漿噴頭內表面被沖刷呈波浪紋狀；冷卻水盤管表面存在大量的腐蝕點群，冷卻水盤管表面有大面積的硫堆積現象。

從混煤期間原煤硫含量的分析數據可以看出，混煤的硫含量均值并不高，但煤中硫含量波動大?；烀毫蚝烤灯?，因此燒嘴外氧頭水室端面并沒有以往運行六七十天的燒嘴腐蝕的嚴重；煤中硫含量波動，當煤中硫含量高時，容易附著在冷卻水盤管上，冷卻水盤管處易積灰，附著的硫不易被工藝氣帶走，因此冷卻水盤管表面存在大量的腐蝕點群，冷卻水盤管腐蝕嚴重。

測得煤漿噴頭比標準尺寸大10mm，且煤漿噴頭內表面被沖刷呈波浪紋狀，符合燒嘴長周期運行的狀態，為了解決該問題，聯系了燒嘴供應商確定可以在燒嘴煤漿頭增加了耐磨襯套，防止煤漿頭內表面被沖刷呈波浪紋磚后，燒嘴發生偏噴，損壞耐火磚。

3 結論及建議

水煤漿氣化爐在設計操作負荷110%連續穩定運行90天以上，燒嘴壽命依然是需要我們亟待解決的問題，通過摻燒低硫煤或原料煤全部采用低硫煤是延長燒嘴壽命的有效措施。另外開發耐高溫、耐硫材質燒嘴是未來水煤漿氣化燒嘴發展的方向。

參考文獻：

[1]陳永獻.德士古水煤漿加壓氣化技術存在問題探討[J].河南化工，2005（11）：46-47.

[2]王旭賓.德士古煤氣化工程技術問題探討[J].化肥工業，2004（2）：38-41.

[3]王文偉.德士古煤氣化與華理四噴嘴煤氣化技術比較[J].內蒙古石油化工，2013（17）：118-120.