殼牌氣化爐渣池積渣問題分析及改進措施

張哲浩

（呼倫貝爾金新化工有限公司安全環保監督部，內蒙古 呼倫貝爾 021000）

1 殼牌氣化爐渣池積渣情況

1.1 改造前的積渣情況

1）2018年3月18日的檢修情況

本次氣化爐累計運行176天。運行期間從2018年2月9日起，14LI0001A／B／C液位計開始異常波動。通過前期運行經驗判斷，應為渣池出現了積渣情況。停車后打開A1人孔，證實堵渣非常嚴重。經理論計算，積渣量約為51.43 t。其中，渣密度按2.78 t／m3計算，經測得堆密度為0.585%。殼牌氣化爐渣各組分占比見表1。

表1 殼牌氣化爐渣各組分占比

2）2018年7月17日檢修情況

本次氣化爐累計運行113天。運行期間，氣化爐未發生明顯異常。氣化爐A1渣池內積渣量較少，清理出的渣量2～3 t。本周期內A1人孔內積渣量少，是由于停車后對氣化爐進行氮氣充壓排渣。本次停車后進行排查，事故渣池內積渣量估算超過20 t以上，由此可見，運行期間有較嚴重的積渣情況。

1.2 渣池積渣原因分析

經過多年運行情況看，金新化工殼牌氣化爐所產生的細渣具有粘附性［1］，極易在流速較低的棱角、凸起、平臺處生根，產生積聚，且隨著運行時間逐漸積累，越積越多。造成積渣的原因主要有以下三個方面：

1）破渣機靜刀板處積渣

氣化爐產生的熔渣經下降管被激冷環、粗噴嘴、細噴嘴噴出的高壓灰水激冷破碎成細渣。殼牌氣化爐原設計的破渣機大部分流通面積均被靜刀板遮擋（如圖1），僅通過梳齒與導流槽的間隙流通。這導致整個破渣機靜刀板均為積渣提供了良好條件，僅有流速高的間隙未被渣堵住，（如圖2，紅色斜線條覆蓋區域為積渣區域）積渣自破渣機靜刀板處開始生根延伸至整個渣池。

圖1 破渣機改造前情況

圖2 破渣機處積渣示意圖

2）渣池上升管支撐處積渣

氣化爐渣池內布置有6根上升管支撐。氣化爐的下降管與上升管均依靠此支撐固定。因氣化正常運行期間采用“浸沒式除塵”，即上升管在氣化爐渣池液位面以下，粗煤氣通過上升管內部流通（如圖3，箭頭指示），且爐渣池內液位相對穩定，這導致上升管外環隙區域的渣水基本不流動。在此情況下6根上升管的支撐形成了細渣“生根”的支點，積渣以支撐處為根逐漸積聚最終積滿整個渣池（如圖3，紅色斜線條覆蓋區域所示）。

圖3 氣化爐渣池積渣及氣流通道示意圖

3）氣化爐渣池內“干區”易產生掛渣

氣化爐A1人孔內，處于渣池的液位面以上區域，且沒有被穩定的噴淋水所覆蓋，同時也沒有浸泡在渣池之中的區域既是所謂的“干區”。

氣化爐產生的粗煤氣自下降管中來經過激冷環、粗細噴嘴冷卻除塵再經過渣池浸沒式除塵后，仍夾帶部分的細渣且依舊具有較高的粘附性。粗煤氣自上升管、折流板后通過粗煤氣出口（N1口）輸送至1600單元（如圖3，箭頭所示）。因粗煤氣出口（N1口）在氣化爐一側，這使得在整個粗煤氣流通路徑中有一些區域流速很低，這些流速很低且處于“干區”位置的設備壁、折流板、設備凸起處（如水封隔板支撐、爬梯等位置）易產生掛渣。

2 氣化爐渣池改造及改造后運行情況

2.1 破渣機改造及改造后的運行效果

2.1.1 破渣機改造

針對破渣機靜刀板產生的積渣問題，于2019年6月大修期間對破渣機進行了相關改造［2］。在破渣機動刀兩側的靜刀板上開過流通道，將破渣機改為過流柵板結構（如圖4）使之具有破碎篩分雙重功能。過流柵板可將小粒度渣塊篩去直接通過，破碎機構只對大塊渣進行破碎。通過此種方式，提高了破渣機的流通量及破渣處理能力，減少煤渣堆積。

圖4 破渣機改造后

2.1.2 破渣機改造后的運行情況

經過破渣機改造后，從2019年10月18日氣化爐檢修及后續檢修情況來看，破渣機靜刀板上的積渣問題已徹底解決，整個破渣機通道完全暢通無任何積渣，但因下降管支撐部分、氣化爐渣池“干區”部分積渣嚴重的情況仍沒有解決。

2.2 上升管及下降管改造及改造后的運行效果

2.2.1 上升管及下降管改造

2021年3月份，針對氣化爐上升管支撐處易產生積渣的情況進行了改造［3-4］。

本次改造為解決上文中所描述的下降管支撐易產生積渣的問題，（如圖5）將上升管割短100 mm，下降管延長100 mm，同時下降管做破沫鋸齒形改造，如此改造的目的是為了使部分粗煤氣從上升管外部流通，利用這部分粗煤氣沖擊較為穩定的渣池環隙液位，從而起到對渣池內液面擾動的作用，通過渣池環隙液位的擾動沖擊降低下降管支撐處積渣的產生速度。

圖5 上升管及下降管改造

2.2.2 上升管及下降管改造后運行情況

由于改造后氣化爐運行時間較短，本次改造對于下降管支撐積渣的改善，不具有代表性。從2021年6月份氣化爐檢修情況來看（運行85天），改造后上升管支撐處積渣情況有很大改善，但同時也帶來了新的問題：由于粗煤氣流向改變（如圖6，藍色箭頭表示改造后的粗煤氣流向，紅色箭頭表示改造前粗煤氣的常規流通路徑），因此粗煤氣流速降低，這使得A1人孔內“干區”部位的掛渣情況明顯加劇。針對這種情況勢必要對氣化爐進行進一步改進。

圖6 上升管、下降管改造后氣流走向示意圖

3 殼牌裝置渣池的進一步優化改進措施

殼牌裝置渣池經過幾年的針對性改進，已解決了破渣機通道堵渣問題，上升管、下降管支撐處積渣情況從短期運行看有所緩解，目前暴露出的最大問題就是由于上升管、下降管改造后A1人孔內“干區”掛渣更加嚴重，為此，必須進行進一步優化改進。

3.1 優化改進措施

在氣化爐備用口N14處增加沖洗水，在折流板上方增加噴淋環管，環管增加12個噴頭。噴頭可采用氣化爐粗噴嘴噴頭，其布水效果滿足渣池優化改造需求（型號為?49X74／N08825）。

N14口沖洗水自渣池沖洗水13HIC0036閥前引出，13HIC0036在氣化爐正常運行期間富裕有36 t／h左右流量通入氣化爐。這股灰水持續通入氣化爐的主要目的是為了避免高壓灰水泵產生回流。

氣化爐內環管采用DN80管道，由于氣化爐內襯825材料，管道固定建議采用懸吊固定，固定在水封隔板支撐柱上（如圖7）。

圖7 優化改造示意圖

3.2 改進后運行模式

技改完成后，通過編寫順控程序，配合復雜控制回路，自動調整水量。正常運行期間，30 t／h左右的噴淋水通過N14口噴淋環管沖洗氣化爐上升管，13HIC0036保持6 t／h左右水量。每小時切換回13HIC0036 30 t／h大流量沖洗渣池10 min，沖洗渣池期間N14口噴淋保持6 t／h左右。

這樣做的目的是間斷的通過13HIC0036大流量的沖水進入渣池可以進一步對渣池起到攪動作用，從而使渣池積渣更難形成。

3.3 預期改進效果

通過使用30 t／h噴淋水大流量沖洗，做到A1人孔內“干區”均被水膜覆蓋，這將降低渣粘附在設備壁上的幾率，從而防止掛渣形成。同時噴淋水與粗煤氣逆流接觸過程中將粗煤氣中攜帶的細渣進一步洗滌，能夠有效的除去粗煤氣中攜帶的細渣及飛灰，在降低A1人孔內“干區”掛渣的同時也進一步降低了U1600單元及合成氣管道堵渣的風險。