殼牌氣化爐堵渣原因分析及應對措施

武喜陽

(河南龍宇煤化工有限公司, 河南永城 476600)

殼牌煤氣爐主要由氣化爐本體、輸氣管和合成氣冷卻器組成,殼牌氣化爐相對于其他類型氣化爐具有碳轉化率高、煤種適應性廣、有效氣含量高、環境污染小等優勢,因此在國內化肥、甲醇、發電行業備受推崇。但由于其運行經驗少,設計上還有不完善之處,造成現已開車的多套裝置運行周期較短,經濟效益受到影響。各殼牌氣化爐用戶通過不斷地技術改造、經驗交流,陸續解決了飛灰過濾器濾芯損毀、燒嘴罩燒蝕、激冷氣壓縮機故障等諸多問題,但積灰、堵渣問題仍是制約氣化爐運行周期的主要因素。

1 渣處理系統工藝流程

氣化爐渣處理系統分為冷卻、收集和排放3個步驟。氣化爐燃燒過程中產生1 500 ℃的熔渣,通過激冷變成50～90 ℃的細渣顆粒,細渣顆粒位于渣池(V-1401)的上部。噴淋環為氣化爐連續提供噴淋水,以浸濕飛灰和夾雜進渣池空間的未被氣化的煤粉。當液態渣進入渣池時,它將被固化并分散成顆粒。當渣輸送到渣收集罐(V-1402)的途中,大的渣塊通過破渣機(X-1401)進行粉碎。激冷水泵(P-1401)從渣池取液,打到渣池噴淋環,這樣可使水形成一個從上向下的循環,迫使渣向渣收集罐排入。渣池水循環裝配有冷卻器(E-1401A/B),除去渣冷卻產生的熱量,為了維持再循環水中足夠低的固體濃度,富含固體的一部分循環水通過水力旋流器被排放到水處理系統。排放掉的循環水被無固體的高壓新鮮循環水代替,通過渣池液位(14LI0001)控制,渣塊經破渣機破碎。排渣系統通過程序每小時排放1次,排出的渣進入撈渣機,刮板源源不斷地從渣池中帶出渣粒,在刮板上,細渣與水逐漸分離,渣通過渣收集槽落入皮帶,最后傳送至渣場[1-2]。

2 堵渣原因分析

在氣化爐運行過程中原料煤種波動、氣化爐溫度變化大均會造成氣化爐不同程度的堵渣,堵渣處理不當容易引起氣化爐停車風險。

2.1 落渣口堵塞

原料煤灰組成是影響煤氣化裝置穩定運行的關鍵。由于入爐煤灰組成變化,導致渣流動性不穩定,如果灰熔點突然上升,或氣化爐反應溫度下降,渣流動性變差,會在水冷壁內表面形成滾雪球效應,導致固定渣層變厚,落渣口的尺寸變小,逐漸堵塞渣口(見圖1、圖2)。

圖1 融渣堆積位置

圖2 落渣口變小

2.2 水冷壁垮渣

當渣的流動性過于好,或氣化爐溫度出現大幅波動時,將會導致水冷壁上的渣層發生剝離現象,出現大渣塊,易在渣口或錐部發生堵渣架橋[3]。另外,水冷壁或燒嘴隔焰罩的泄漏,煤線的異常波動,或氧煤比控制的異常等,都將打破渣層的動態平衡,導致渣層脫落,瞬間堵塞下渣口或錐部(見圖3)。

圖3 落渣口垮渣堆積

2.3 渣屏掛渣脫落

煤氣化工藝不能將粉煤完全轉化(設計碳轉化率約為99%,實際運行中很難達到),少量密度較輕的未反應煤粉隨大量熔渣被高速旋流合成氣夾帶經過渣口進入渣屏空間。渣屏錐段頂部存在回流區,密度、尺寸較小的粉煤顆粒向上回流,容易黏附在渣屏上部錐段的耐火材料表面,發生類似焦化反應,形成熔渣小液滴,熔渣液滴逐漸匯集成液體向下流動。由于渣屏下部錐段空間的溫度遠低于灰熔點,熔渣流動到此高度時,緩慢凝固,形成渣塊。渣塊的形成,進一步增加渣屏傳熱阻力,從而導致渣塊逐漸生長成大塊,形成掛渣。當渣屏掛渣大到一定程度時,大渣塊會從渣屏脫落,堵塞落渣管和渣池,導致無法順利排渣。

2.4 渣收集罐底部、渣鎖斗底部堵塞

由于氣化爐煤種變化或操作溫度波動時,液態渣的狀態也隨之變化,當渣塊脫落經歷破渣機后,渣塊在渣收集罐底部沉積時導致底錐堵塞(見圖4、圖5)。通過渣收集罐與渣鎖斗壓差(14PDI0013/14)變化,判斷渣收集罐底錐堵塞;通過排堵方式將渣排放到渣鎖斗,同樣在操作過程打開渣鎖斗下料閥,液位下降較慢或無變化時,撈渣機電流不漲或變化較小時判斷渣鎖斗堵渣。

圖4 渣屏位置掛渣

圖5 渣池底部堵塞

3 堵渣后的應對措施

對排渣單元的故障進行分析,總結出堵渣位置不同,其所表現出的現象及處理對策也各不相同,現場存在4個部位堵渣,分別為氣化爐落渣口、破渣機上部、渣收集罐底錐、渣鎖斗底錐。

3.1 氣化爐落渣口堵渣

3.1.1 現象

氣化爐落渣口壓差(13PDI0065A/B/C)運行趨勢偏離正常值(-1.5～0.6 kPa),且出現異常波動,破渣機油壓(14PI0401)出現異常上漲。

3.1.2 處理措施

逐漸提高氧煤比,提高氣化爐反應溫度,同時監控汽包蒸汽產量(13FI0047)、破渣機油壓、渣水密度(14DY20001)、合成氣組分(16QI0005AB)、渣形態的變化,若運行狀況未見好轉,氣化爐落渣口壓差達聯鎖值(低值達-19 kPa,或者高值達24 kPa)時,聯鎖啟動緊急停車程序。

3.2 破渣機上部堵渣

3.2.1 現象

破渣機油壓出現異常上漲,渣收集罐與渣鎖斗連通后壓差低于200 kPa;嚴重時渣池液位會出現突變的波峰,落渣管溫度(14TI0001)持續異常降低,渣皮帶渣量偏少。

3.2.2 處理措施

(1) 選擇正反轉,然后選擇加載,反轉啟動1 min后,再正轉啟動,正轉啟動后若破渣機油壓仍較高,再反轉啟動,反復多次,直到破渣機正常運行,油壓穩定在2.0 MPa左右。

(2) 檢查滑板閥狀態是否在0位,緩慢開啟滑板閥,開度在0%～30%操作,嚴禁私自開大滑板閥開度。

(3) 整個處理過程應控制渣池液位維持正常范圍,監控激冷水泵出口流量(14FI0002)變化。

(4) 確認破渣機上部渣塊架橋后,30 min未正常啟動破渣機,立即匯報逐步降低氣化爐負荷至85%,或停4號煤線爭取工藝處理時間。

3.3 渣收集罐底錐堵渣

3.3.1 現象

(1) 渣收集罐與渣鎖斗連通后,渣收集罐與渣鎖斗壓差由230 kPa快速下降到200 kPa以下或出現負值變化。

(2) 渣鎖斗壓力(14PI0012)快速降低約0.3 MPa。

(3) 渣水循環泵出口流量(14FI0003)大幅波動,體積流量在40～80 m3/h時波動峰值較大。

3.3.2 處理措施

(1) 渣鎖斗充壓至4.5～4.6 MPa時,關閉充壓閥門(14XV0007、14PV0013B、14XV0006), 關閉渣水循環泵入口閥門(14XV0011、14XV0012),渣水循環泵打循環,打開連通閥14XV0010后打開連通閥14XV0009進行上頂排堵,檢查壓差、壓力、流量變化。

(2) 反復多次上頂排堵,直到渣收集罐與渣鎖斗連通后渣收集罐與渣鎖斗壓差恢復正常210 kPa,渣鎖斗壓力恢復至高于氣化爐約0.3 MPa。

(3) 若充壓至4.6 MPa仍無法將破渣機處渣塊疏通,繼續進行上頂排堵操作,等待儀表解除渣池液位(14LIC0001ABC)、氣化爐落渣口壓差的跳車聯鎖后再操作。

(4) 待聯鎖解除后,將渣鎖斗壓力充到5.0 MPa,再次進行排堵處理,直到排堵疏通完成。

(5) 渣收集罐與渣鎖斗連通時間不宜過長,應根據處理時間通過超馳排渣,切換到臨時排渣位置,避免渣量大導致撈渣機電流高跳,現場及時觀察渣樣。

3.4 渣鎖斗底錐堵渣

3.4.1 現象

(1) 渣鎖斗壓力泄至常壓打開下料閥(14XV0016/0015)后,渣鎖斗液位(14LI0007A/B)不變化或在0位不變。

(2) 將常壓打開下料閥(14XV0016/0015)關閉后,渣鎖斗液位立刻上漲(趨勢曲線幾乎垂直上升),且撈渣機液位(T1401)上漲,未達正常值(根據趨勢判斷)。

(3) 在排渣過程中,撈渣機電流無明顯變化,渣皮帶上渣量明顯偏少,則可判斷渣鎖斗錐體存在架橋堵渣的情況。

3.4.2 處理措施

(1) 關閉下料閥(14XV0016/0015)閥門,打開渣鎖斗底部沖洗水,對渣鎖斗進行反沖洗,然后打開下料閥(14XV0016/0015)進行排放,反復進行疏通。

(2) 切換到臨時排渣位置,盡量將渣鎖斗充水至滿液位,渣鎖斗充壓壓力最高不能超過0.6 MPa,進行臨時排渣處理。

(3) 臨時排渣不能排出,則關閉下料閥(14XV0016/0015),將渣鎖斗泄至常壓,聯系檢修人員拆除渣鎖斗下部三通短節。

(4) 聯系檢修拆開渣鎖斗下料三通短節,將人員撤離至撈渣機安全位置,聯系中控打開下料閥(14XV0016/0015),保持閥門在開位狀態,停撈渣機后斷電,保持安全距離進行捅渣處理。

(5) 捅渣處理完成后恢復順控運行,撈渣機正常啟動,蓋板恢復到位,現場三通短節恢復,超馳1次臨時排渣后倒入正常排渣狀態[4]。

4 結語

殼牌氣化爐屬于氣流床氣化,為了保證氣化爐能夠順利排渣,應選擇穩定煤質,保持入爐煤灰組成穩定,嚴格控制入爐煤的灰熔點、灰分、黏溫曲線等關鍵指標。根據氣化爐溫度調整氧煤比,維護關鍵設備安全運行,以實現穩定長周期運行的目標。