粉煤氣化裝置黑水閃蒸系統磨損原因分析及優化

徐慶磊

(山東潤銀生物化工股份有限公司， 山東東平 271509)

山東潤銀生物化工股份有限公司(簡稱潤銀公司)擁有3臺2 000 t/d級HT-L粉煤氣化爐，分別于2012年12月、2017年4月開車成功，目前氣化爐運行穩定，在集團公司合成氨原料路線改造中發揮了重大作用[1]，實現了公司尿素產品的新舊動能轉換，節約了煤炭資源，增強了企業競爭力。目前，潤銀公司86 000 m3/h法國液化空氣集團氮氣循環空分裝置及日處理煤量3 500 t級超大型HT-L粉煤氣化爐安裝已經完成，預計2021年6月竣工投產，該HT-L粉煤氣化爐采用半廢鍋技術，有效利用了熱量，副產高壓蒸汽。

粉煤氣化裝置正常運行期間，從氣化爐激冷室和合成氣洗滌塔底部來的含固質量分數為5%的黑水在通過角閥減壓后，再通過角閥后部短節送入高壓閃蒸罐進行閃蒸，脫出高壓黑水中含有的大量的酸性氣體，其中,夾雜著含固量較高的黑水在高壓閃蒸罐底部經短暫沉降后流往真空閃蒸罐。由于角閥閃蒸前后壓力差別較大，且黑水中含固量高，閃蒸后黑水流速也高，造成高壓閃蒸罐角閥閥體及閥后短節沖刷磨損嚴重[2]。在該粉煤氣化裝置運行期間，曾多次因磨損嚴重出現黑水泄漏現象，如果泄漏點不能及時消除將會造成裝置停車，對裝置長周期安全穩定運行構成嚴重威脅。

1 工藝概述

來自氣化爐激冷室和合成氣洗滌塔的黑水經減壓角閥減壓后進入高壓閃蒸罐閃蒸，在0.55 MPa壓力下進行低壓閃蒸，然后再進入真空閃蒸罐，在-0.05 MPa下進行真空閃蒸，部分可溶性氣體從黑水中解吸出來。黑水經過閃蒸濃縮后，進入沉降槽沉降分離，底部輸出固體濾餅，上部溢流澄清灰水，灰水再進行循環利用，實現了熱量回收、節約用水的目的。

為了降低高壓黑水對閥后管道及高壓閃蒸罐人字板的沖擊，對高壓閃蒸角閥進行倒裝，充分利用黑水自身重力。閃蒸后的黑水先沖擊液面，由于先克服自身重力勢能，減緩了閃蒸黑水的運行速度，有效降低了磨損動能；黑水角閥往上部分短節同時也采用了耐磨鑄鐵內筒，提高使用壽命；同時，在高壓閃蒸罐入口處設置耐磨襯板，以減緩高壓黑水對高壓閃蒸罐人字板內件的沖刷。

2 黑水閃蒸角閥短節磨損情況

自該粉煤氣化裝置開車以來，通過對相關管道測厚數據的分析并結合設備檢修拆檢可以看出:由于激冷室外排黑水及洗滌塔外排水中含有大量固體顆粒，不僅對高壓閃蒸罐角閥彎頭處沖刷磨損嚴重，而且對高壓閃蒸罐入口人字板磨損較大(見圖1)，曾多次出現高壓閃蒸罐角閥處磨損泄漏情況，造成每次系統停車檢修，需要對高壓閃蒸罐角閥處短節及高壓閃蒸罐人字板進行更換加固處理[3]。

圖1 高壓閃蒸罐黑水入口人字型分布板

3 原因分析

(1) 來自激冷室和合成氣洗滌塔的高壓黑水經過節流減壓后，黑水流速極速增大，對角閥閥體、后續管道及高壓閃蒸罐內件沖刷磨損嚴重,極易造成磨損泄漏。

(2) 高壓黑水經過角閥減壓閃蒸后，由于緩沖空間極小，動能衰減慢，對角閥、后續管道及高壓閃蒸罐內件直接沖刷且接觸時間長，產生沖刷腐蝕。

(3) 氧煤比控制偏低，造成氣化爐內粉煤燃燒不充分;灰水含固量高，造成系統灰水處理負荷增大。氣化爐爐況的不穩定,使黑水管線的磨損沖刷加大。

(4) 渣鎖斗系統故障，集渣時間過長，大顆粒灰渣流入黑水系統，造成黑水系統負荷加大，大顆粒灰渣由于質地堅硬，對角閥、后續管道及高壓閃蒸罐內件磨損程度加大。

(5) 激冷室內部積灰到一定程度時，合成氣上升阻力加大，部分合成氣會隨著黑水從激冷室排水系統流向高壓閃蒸罐。由于黑水中攜帶大量合成氣，流經角閥后黑水狀態為氣液夾帶，更易造成高壓閃蒸罐角閥、后續管道及高壓閃蒸罐內件的沖刷磨損。

4 改進流程及工藝優化

經過研究論證，并結合裝置實際運行情況，對角閥裝配進行變更升級，將角閥由臥式橫噴安裝改為立式上噴安裝(見圖2)，并在與黑水接觸的閥座底部內壁加襯Ni-Hard合金。高壓黑水流經角閥后，流向發生變化，先克服自身重力，流速減緩后再進入高壓閃蒸罐內部進行閃蒸處理，既減緩了對角閥的磨損，又降低了對高壓閃蒸罐內件的沖刷磨損，極大降低了對設備內件的磨蝕，使設備管道發生泄漏的概率大大降低。

圖2 立式上噴安裝方式

在角閥流程及管道設備改造的基礎上，氣化爐爐況的優化高效運行也是關鍵。在控制入爐煤配比的同時，結合爐溫狀況，維持高氧煤比運行，可以降低黑水中的含固量，減輕對設備和管道的磨損；穩定系統加藥量，確保系統灰水置換量及淤漿量的穩定送出，降低系統灰水處理負荷[4]。

確保渣鎖斗系統的穩定運行，保證激冷室內灰渣的及時排除，防止灰渣在激冷室底部過多沉積后隨黑水排出系統流向高壓閃蒸罐、真空閃蒸罐等裝置。

對閃蒸罐入口處人字板進行加裝耐磨襯板，增強其耐磨強度，延長使用壽命。

合理摻燒氣化爐煤種，確保渣口盤管、激冷環完好，防止激冷室積灰，避免合成氣竄入黑水排放系統，造成氣液夾帶。

5 結語

綜上所述，通過對高壓閃蒸罐入口角閥的改造及耐磨襯板的使用，有效解決了黑水系統的磨損問題，延長了粉煤氣化裝置的運行周期，確保了粉煤氣化裝置的安全環保運行，提高了經濟效益。