航天爐負荷提升運行經驗總結

程曉姣, 張恩光

(新鄉中新化工有限責任公司， 河南新鄉 453800)

新鄉中新化工有限責任公司年產20萬t甲醇項目，采用北京航天萬源煤化工工程技術有限公司(現已更名為航天長征化學工程股份有限公司)開發的具有自主知識產權的HT-L粉煤加壓氣化技術，有效氣(CO+H2)設計體積流量為86 250 m3/h。粗合成氣正常體積流量為96 050 m3/h(干基)，其中有效氣(CO+H2)體積流量為86 382 m3/h；粗合成氣最大體積流量為115 260 m3/h，其中有效氣(CO+H2)體積流量為103 658 m3/h。正常耗煤質量流量為57.1 t/h，最大耗煤質量流量為68.5 t/h。

2011年9月12日裝置打通全流程，產出合格甲醇。隨著運行周期的逐漸延長，運行至今，也充分暴露出在2套氣化爐對應1套渣水系統長周期運行的弊端。渣水系統水循環量不足導致無法帶出系統多余熱量，激冷水量偏低導致負荷難以提升，水系統水質較差和管道結垢等因素無一不制約著氣化爐的長周期運行。為此，筆者提出一系列優化措施，以提高煤氣化裝置的負荷,確保裝置長周期穩定運行。

1 優化系統水循環量

氣化裝置中洗滌塔給料泵(P1406)原始設計為3臺，每臺泵的設計額定體積流量均為95 m3/h，正常運行時泵體積流量為80 m3/h。在裝置滿負荷運行時，為了滿足系統水循環要求，3臺洗滌塔給料泵同時運行，水循環體積流量為240 m3/h，渣鎖斗充壓時水循環體積流量可達到270 m3/h左右，此時已無備泵，若其中1臺泵出現異常，必須降低系統水循環量，嚴重影響系統水質。參考其他同類型裝置，系統水循環體積流量均在290 m3/h以上。

文丘里洗滌器是合成氣洗滌系統中的一個主要設備，其作用是對來自氣化爐的粗合成氣進行預洗混合，洗滌水來自激冷水泵。在生產運行期間，文丘里洗滌器的壓差會在生產運行之初便逐漸升高，給氣化爐的穩定運行和操作人員的調整帶來挑戰，一旦壓差升高便使用銅制工具進行外部敲擊，外部敲擊的效果在極個別情況下效果十分明顯，但只能緩解一時，而且存在垢塊脫落堵塞洗滌塔外排水管道的風險。在壓差升高后的歷次檢修中，均發現噴頭有磨損現象，管道內壁出現結垢。根據實際分析，文丘里洗滌器的沖洗水來自激冷水泵，水質較差，灰水含固量較高，容易堵塞或磨穿噴頭，使壓差變高。

高壓灰水泵出口水質比激冷水泵出口水質好、灰水含固量低，將洗滌塔給料泵出口總管引入1股高壓灰水代替原激冷水可以改善文丘里洗滌器壓差升高的現象。

在系統水循環體積流量為250 m3/h的運行條件下，洗滌塔外排體積流量僅為20 m3/h左右，隨著氣化爐負荷的提升，已不能滿足實際生產要求。因此，受制于系統水循環量較小是導致裝置不能長期運行的主要原因。

結合上述觀點，通過增加1臺140 m3/h洗滌塔給料泵后，將文丘里洗滌器的沖洗水全部改為由洗滌塔給料泵供應，將本由激冷水泵提供的高壓灰水全部送往氣化爐，確保激冷環處激冷水的充足供應，從而加大系統水循環量，改善系統水質，提高氣化爐的負荷。

2 提升激冷水量

激冷水通過激冷水泵源源不斷地送至氣化爐激冷環，對高溫氣體、熔渣及高溫煤灰進行激冷；同時，一部分激冷水沿下降管順流直下形成水幕，保護下降管不受高溫侵蝕。激冷水泵的進口在合成氣洗滌塔的下部，由于洗滌塔經過洗氣后水質較差，長期運行后容易在激冷水過濾器處堆積，影響泵的流量，危及激冷環、下降管的安全。檢修時拆開檢查發現管道內部結垢嚴重，且管道彎頭較多，不能徹底清理。

激冷水量直接關乎氣化爐長周期的穩定運行，在與各航天爐用戶深入交流后，通過以下改造方案保障激冷水流量穩定：

(1) 將激冷水管道彎頭處割開，通過高壓物理管道清洗完成對激冷水管道的高壓清洗工作。原激冷水管道割開處配以法蘭連接，便于今后大修時對管道完成清理工作。

(2) 更換激冷水泵新葉輪(擴徑葉輪)，提高體積流量10～20 m3/h。

改造后，激冷水體積流量從220 m3/h提升至250 m3/h，且流量穩定，未再出現激冷水量偏低而導致被迫停車事故的發生。

3 洗滌塔底部增加反沖水改造

在正常生產期間，來自洗滌塔的195 ℃的黑水，經高壓閃蒸減壓角閥(14FV0005)減壓后進入高壓閃蒸罐，氣化爐開車時洗滌塔至高壓閃蒸罐管線易堵塞，主要原因是整個水系統中鈣離子含量較高，洗滌塔至高壓閃蒸罐管道內壁容易結垢，系統停車后溫度下降，再開車時溫度又升高，在溫度變化過程中，金屬容器和管道與垢片的熱膨脹系數不同，金屬與垢片分離，垢片脫落后進入水中，容易堵塞管道。

高壓閃蒸減壓角閥開度小，致使疏通面積減小，容易使較大垢片積累，堵塞調節閥前管線。洗滌塔至高壓閃蒸罐管線堵塞后不易疏通，洗滌塔內部水質不能很好地置換，影響激冷水水質，造成激冷環分布環間隙堵塞，使下降管水膜分布不均勻，嚴重影響氣化爐的穩定運行。

由于洗滌塔黑水外排出口在錐部下端，容易形成垢片在黑水管道兩端造成堵塞，尤其是在洗滌塔黑水出口處，一旦堵塞氣化爐，系統將被迫停車。洗滌塔錐部長時間積垢會造成外排水質持續惡化，嚴重影響氣化爐的長周期運行。

通過改造，從高壓灰水管道引出DN50管至洗滌塔底部去高壓閃蒸管道。原錐部去高壓閃蒸管道斷開，并加盲板隔離，從而將高壓灰水引至洗滌塔錐部，起到擾流作用，充分將泥垢帶入高壓閃蒸排出系統。通過實際運行，該沖洗水投用后效果較好，洗滌塔未出現外排管道堵塞的情況。

4 降低系統水硬度

煤氣化工藝中，水循環系統起著至關重要的作用，水質直接關系著設備和管道的腐蝕程度及工藝穩定運行的周期。由于我國北方水質的特點，鈣鎂離子含量高，即水質硬度高，再加上不同地區的堿性水質，在高溫情況下，這些離子極易結垢，腐蝕和堵塞設備及管道[1-2]。雖然目前采用了相應的水處理工藝，即在水系統中加入絮凝劑絮凝沉降其中的煤灰、煤渣和其他固體顆粒，加入分散劑將未完全沉降的細微顆粒物分散在水體系中，使其不易沉淀，從而消除設備管道的腐蝕結垢，但是水中游離的鈣鎂離子并不能通過絮凝方式沉降，在后續工藝運行過程中仍然會遇高溫結垢。為了盡可能降低水系統中的鈣鎂離子含量，降低水的總硬度，采用氣化爐灰水處理裝置對現有硬度較高的氣化灰水進行處理，降低系統水的硬度，處理后系統水返回到生產系統中供氣化爐使用，實現氣化裝置不結垢或減緩結垢的目的，最終實現氣化裝置的安穩長滿優運行[3-4]。

該套裝置的最大處理體積流量為200 m3/h，一般運行期間的處理體積流量為160～180 m3/h。進水來自沉降槽溢流水，處理過的低硬度的水直接進入灰水槽的大倉，經過低壓灰水泵打回系統循環利用，接下來將進一步優化工藝流程，使除硬水直接返回系統循環，盡可能地減少除硬水的浪費。

投用后系統硬度由1 700～2 000 mg/L下降至1 000 mg/L，在氣化爐運行工況較好的情況下，系統硬度最低能下降到500 mg/L左右。

灰水除硬裝置投入運行后，系統的藥劑使用量大大降低。分散劑質量流量由700～800 kg/d下降到500 kg/d左右。絮凝劑質量流量由0.02 t/d降至0.013 t/d。生產輔材成本有了明顯的降低。

一定程度改善了系統結垢的情況，延緩結垢速率，實現裝置長周期的運行。

5 結語

通過高壓灰水泵提質增量、激冷水量提升、文丘里沖洗水改造、灰水處理裝置的投用，氣化爐運行體積流量從15 500 m3/h提升至17 000 m3/h，各項工藝指標均在正常指標范圍內。通過優化管理措施，加強煤質管控，氣化雙爐均實現長周期運行，氣化爐在2021年實現連續長周期運行166 d的歷史最好成績。

消耗方面，通過逐漸摸索，優化工藝指標，氣化濾餅殘炭質量分數從55%降至30%以下，1 000 m3有效氣耗原煤質量達到600 kg，均創造歷史最好指標。