中天合創(chuàng)氣化爐長周期運行實踐與措施

黃書華

(中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司， 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017200)

中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司(簡稱中天合創(chuàng))化工分公司氣化裝置作為項目的核心裝置，對整個項目的運行起著關(guān)鍵性的作用。氣化裝置引進(jìn)了GE公司煤氣化專利技術(shù)，包括14臺氣化爐，單爐投煤量為1 500 t/d。自2016年9月開車以來，氣化裝置單爐連續(xù)運行周期由30～50 d逐漸提升到60 d以上，2019年8月26日，9號氣化爐單爐連續(xù)運行突破100 d，創(chuàng)造了開車以來氣化裝置單爐最長連續(xù)運行記錄。筆者結(jié)合該氣化爐長周期運行的經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)和探討。

1 存在的問題及對策

1.1 燒嘴壽命短

GE水煤漿氣化爐采用頂置單噴嘴氣流霧化技術(shù)，工藝燒嘴為三通道內(nèi)外混水煤漿，外加燒嘴冷卻水結(jié)構(gòu)，從內(nèi)至外3個通道內(nèi)介質(zhì)依次為中心氧氣、水煤漿及外環(huán)氧氣。GE水煤漿氣化爐工藝燒嘴的運行周期一直制約著單爐運行周期:一是進(jìn)入氣化爐運行后期燒嘴壓差波動大易觸發(fā)壓差低聯(lián)鎖;二是燒嘴本身壽命基本在60 d左右[1]。

2016年開車以來，因氣化爐燒嘴壓差低引起氣化爐跳車占所有停爐事件的83.6%。由此可見，燒嘴壓差在很長一段時間內(nèi)，是制約氣化爐長周期運行的主要因素。

為了延長氣化爐燒嘴運行周期，采用了高壓差燒嘴替代低壓差燒嘴。根據(jù)9號氣化爐投料初期運行數(shù)據(jù)，100%負(fù)荷時該高壓差燒嘴壓差可達(dá)538 kPa,在運行至后期燒嘴壓差雖然持續(xù)偏低，但是也能維持在50 kPa以上。實踐表明高壓差燒嘴能有效避免燒嘴壓差低(≤20 kPa)造成氣化爐跳車。自2018年更換高壓差燒嘴后，氣化爐燒嘴壓差低引起氣化爐跳車僅占所有停爐事件的26.7%，占比明顯下降，取得了較好效果。

另外，為了延長燒嘴運行周期，與燒嘴維修廠家保持聯(lián)系，對燒嘴逐一建立檔案，掌握各個燒嘴的維修情況，重點關(guān)注燒嘴中間煤漿通道的磨損和燒嘴頭部的熱疲勞龜裂維修情況(見圖1、圖2)。

圖1 9號氣化爐燒嘴運行101 d頭部龜裂圖

圖2 9號氣化爐燒嘴運行101 d盤管圖

1.2 原料煤煤質(zhì)不穩(wěn)定

針對原料煤煤質(zhì)不穩(wěn)定的情況，采取以下措施：

(1)制備合格穩(wěn)定的煤漿。

合格的煤漿對氣化爐能夠長周期穩(wěn)定運行至關(guān)重要。在9號氣化爐運行期間，為制備合格穩(wěn)定的煤漿，主要從兩方面著手：一方面以“多開磨煤機(jī)，單臺磨煤機(jī)低負(fù)荷運行”為原則，確保制得的煤漿濃度、黏度在工藝指標(biāo)范圍內(nèi)；另一方面根據(jù)分析數(shù)據(jù)結(jié)果，對粒度分布較差的磨煤機(jī)適當(dāng)添加鋼棒，保證煤漿粒度分布合格，減少粗粒子數(shù)量。將供9號氣化爐煤漿的5號大煤漿槽煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)維持在60.5%～62.5%，黏度保持在500～1 200 cP。另外，要求由專人負(fù)責(zé)檢查磨煤機(jī)入口滾筒篩及粗粒子管線。

(2)增加粗粒子沖洗及大煤漿槽排漿次數(shù)。

為了防止因粗粒子堆積進(jìn)入小煤漿槽，進(jìn)而帶入大煤漿槽導(dǎo)致高壓煤漿泵單向閥卡澀，致使氣化爐跳車，日常工藝管理上要求:沖洗磨煤機(jī)粗粒子次數(shù)由原來每班沖洗2次，增加至每班沖洗4次；大煤漿槽排漿由原來每班1次，增加至每班2次。通過以上措施，降低了高壓煤漿泵出現(xiàn)單缸不打量現(xiàn)象的風(fēng)險。

(3)減少煤漿中夾帶鐵屑等雜質(zhì)進(jìn)入大煤漿槽。

通過在磨煤機(jī)滾筒篩上增加磁鐵并定期清理磁鐵上的鐵質(zhì)物質(zhì)，有效地減少了煤漿中夾帶的鐵絲、貼片等雜物。9號氣化爐單爐運行期間未發(fā)生煤漿流量波動問題，為長周期運行奠定了扎實的設(shè)備基礎(chǔ)。

(4)加強(qiáng)現(xiàn)場巡檢。

工藝管理方面，要求巡檢過程中若是發(fā)現(xiàn)原料煤中煤矸石較多時，及時匯報并調(diào)整磨煤機(jī)負(fù)荷；若是發(fā)現(xiàn)原料煤中攜帶雜質(zhì)時，及時停機(jī)清理。

1.3 渣水閃蒸系統(tǒng)角閥易磨穿

渣水閃蒸系統(tǒng)包括4級閃蒸，分別為高壓閃蒸、低壓閃蒸、一級真空閃蒸和二級真空閃蒸。渣水經(jīng)4級閃蒸處理后送往沉降槽。高壓閃蒸和低壓閃蒸的作用為降低渣水溫度、濃縮渣水中固體含量、解吸少量酸性氣體及回收熱量；真空閃蒸的主要作用為進(jìn)一步降低渣水溫度、濃縮渣水中固體含量和解吸酸性氣體。在正常運行過程中，氣化爐和洗滌塔產(chǎn)生的渣水經(jīng)高壓閃蒸角閥進(jìn)入高壓閃蒸罐，高壓閃蒸角閥后設(shè)置筒體，用以減緩高壓渣水對高壓閃蒸罐的沖擊。由于高壓閃蒸角閥前后壓差大，且渣水中含有大量固體顆粒，出高壓閃蒸角閥的高溫渣水瞬間發(fā)生汽化，高壓閃蒸角閥筒體內(nèi)介質(zhì)流速瞬間增大，加劇了高壓閃蒸角閥筒體的磨損，嚴(yán)重時高壓閃蒸角閥筒體被渣水磨穿，導(dǎo)致大量渣水外溢，嚴(yán)重影響現(xiàn)場環(huán)境[2-3]。

9號氣化爐開車運行2個月后，先后出現(xiàn)氣化爐排黑角閥磨穿、第一真空閃蒸罐至第二真空閃蒸罐閥(123LV09027)后筒體磨穿、低壓閃蒸罐至第一真空閃蒸罐閥(124LV09020)后三通磨穿，以及高壓閃蒸罐至低壓閃蒸罐閥(123LV09004)后緩沖桶底部盲蓋磨穿等現(xiàn)象，灰水排黑系統(tǒng)設(shè)備管道易磨穿嚴(yán)重制約了氣化爐的長周期運行。為此，氣化裝置在檢修時從以下4個方面著手應(yīng)對設(shè)備管道易磨穿等問題：

(1)徹底檢修角閥三通。

在停車檢修時，對閃蒸角閥進(jìn)行徹底檢修，必要時進(jìn)行更換；對124LV09020三通、洗滌塔排黑角閥(123FV09193A/B)后三通、氣化爐排黑角閥(123LV09088A/B)三通進(jìn)行測厚，確保厚度大于10 mm。檢修時對123LV09027閥后管道、123LV09088A/B閥后筒體底部盲蓋進(jìn)行更換并加固。

(2)檢修時徹底清洗排黑管道。

在停車檢修時，將高壓閃蒸罐至低壓閃蒸罐管道、低壓閃蒸罐至真空閃蒸罐管道的所有短節(jié)拆除，安排管道清洗，從而保證了長周期運行時排黑管道不堵塞，不影響氣化系統(tǒng)正常排黑。

在停車檢修時，安排清洗第一真空閃蒸罐除沫器，使設(shè)備運行時正常閃蒸，汽水分離效果明顯。

(3)日常工作及時消缺。

在日常巡檢中，對極易出現(xiàn)故障的位置如123LV09088A/B、124LV09020、124LV09004盲蓋加強(qiáng)巡檢。如發(fā)現(xiàn)泄漏，及時消除，避免漏點擴(kuò)大無法處理。例如在9號氣化爐運行期間，發(fā)現(xiàn)124LV09004有漏點，及時聯(lián)系帶壓堵漏人員并短時間排空高壓閃蒸罐液位，關(guān)閉124LV09004后實施了帶壓堵漏，經(jīng)2 h的現(xiàn)場作業(yè)，124LV09004漏點打壓堵漏成功，漏點得到有效控制，運行得到了保障。

氣化裝置要求中控操作人員觀察閃蒸系統(tǒng)的真空度，及時進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

(4)落實排黑管道的在線測厚。

對管道磨損情況進(jìn)行掌握，如發(fā)現(xiàn)有磨損較嚴(yán)重的管道應(yīng)及時更換，或者在線貼板加強(qiáng)，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

1.4 氣化爐堵渣

氣化爐運行至后期，燒嘴壓差波動導(dǎo)致煤漿燃燒不充分，爐子渣量約等于正常運行時候的1.5～2.0倍，此時細(xì)微的灰渣從鎖斗循環(huán)泵入口進(jìn)入到泵過濾器，使其堵塞，造成鎖斗循環(huán)泵不打量，從而導(dǎo)致氣化爐堵渣[4-5]。為減少堵渣現(xiàn)象，日常管理上必須保證鎖斗循環(huán)泵備泵良好，每個月必須切換備泵1次，以保證備泵處于良好的備用狀態(tài)。

1.5 儀表閥門故障

為使123FV09193A/B運行無故障，通過9號氣化爐運行實踐，一直保持雙角閥運行可減少單個角閥的磨損量，在長達(dá)100 d的運行過程中沒有發(fā)生洗滌塔排黑角閥磨穿的事件。為此，在日常管理中必須確保123FV09193A/B雙角閥通暢。如果投料后角閥堵塞，應(yīng)及時在線處理，在平常運行過程中應(yīng)時刻關(guān)注過量情況較差的角閥，及時調(diào)整閥門開度以實現(xiàn)角閥暢通。

1.6 水系統(tǒng)問題

通過調(diào)整9號氣化爐灰水系統(tǒng)的負(fù)荷，將氣化爐排黑體積流量減少到180 m3/h左右，洗滌塔排黑體積流量控制在50 m3/h左右時，氣化爐運行平穩(wěn)。

灰水中鈣鎂離子的結(jié)垢情況與灰水的pH直接相關(guān)?；宜膒H越高，結(jié)垢越嚴(yán)重，結(jié)垢的可能性越大。在灰水pH不變的情況下，灰水中的鈣離子濃度越高，結(jié)垢的可能性越大。密切關(guān)注氣化水系統(tǒng)pH、氨氮含量、電導(dǎo)率、化學(xué)需氧量(COD)、懸浮物(SS)含量、氯離子含量、溶解固體含量、總堿及總硬等指標(biāo)，使pH盡可能保持在7左右，適當(dāng)調(diào)整分散劑、絮凝劑用量以改善灰水水質(zhì)，增加灰水水質(zhì)分析頻次到每天1次，從而改善激冷水水質(zhì)，保護(hù)氣化爐下降管。

1.7 檢修質(zhì)量問題

在檢修過程中，尤其是洗滌塔作業(yè)時必須做到“工完、料凈、場地清”，避免檢修垃圾掉入洗滌塔內(nèi)，造成管道或角閥卡澀，影響氣化爐平穩(wěn)運行。在檢修過程中，對于防沖板的檢查應(yīng)格外注意，及時貼板補(bǔ)焊，盡量避免洗滌塔本體被沖刷。若發(fā)現(xiàn)抽負(fù)能力較差，應(yīng)及時檢修真空泵。對于除沫器，每次檢修應(yīng)徹底清洗干凈，避免氣化爐在運行中因除沫器堵塞而影響真空閃蒸的抽負(fù)能力。

氣化爐中激冷環(huán)、上升管、下降管作為德士古氣化爐的主要內(nèi)件之一，對安裝的要求高。只有從預(yù)防做起，工藝人員、設(shè)備人員都做到精心、重視，才能使氣化爐生產(chǎn)長周期穩(wěn)定運行。

1.8 負(fù)荷波動大

調(diào)整氣化爐負(fù)荷過于頻繁、調(diào)整幅度過大會加劇氣化爐的燒嘴環(huán)隙磨損。保持后期的氣化爐負(fù)荷穩(wěn)定對于氣化爐長周期運行非常有必要。為避免負(fù)荷波動對氣化爐運行的影響，9號氣化爐在運行初期時基本保持100%負(fù)荷不變，運行第50天以后基本保持95%負(fù)荷運行。其間，由于燒嘴壓差持續(xù)波動且在低位運行、更換123KV09027、角閥磨損嚴(yán)重以及鎖斗循環(huán)泵入口過濾器堵塞等，運行86 d后對負(fù)荷進(jìn)行了調(diào)整，維持負(fù)荷在90%運行，運行第94天至第101天負(fù)荷基本維持在85%(見圖3)。

圖3 增加水輪機(jī)的改造后平面布置圖

圖3 9號氣化爐運行周期負(fù)荷調(diào)整圖

9號氣化爐運行期間保持氧煤比在485～495運行，在線分析甲烷體積分?jǐn)?shù)控制在950×10-6～1 200×10-6,中心氧在高負(fù)荷保持約33%閥位運行，低負(fù)荷保持31%閥位運行。工藝管理上要求加強(qiáng)渣口壓差、氣化爐液位、托磚板熱偶、錐底磚熱偶的監(jiān)控，特別是對爐壁溫度的監(jiān)控。

GE氣化爐的運行過程需要對溫度進(jìn)行合理控制。當(dāng)爐溫比較低時，熔渣的流動性會變差，容易產(chǎn)生結(jié)疤。結(jié)疤會直接分流經(jīng)過的水流，影響到水膜，容易造成下降管結(jié)疤處溫度過高，造成下降管損壞或者變形。結(jié)疤處會聚集更多的熔渣，面積不斷增大，堵塞下降管的通路。當(dāng)下降管局部堵塞時，合成氣的流速變大，導(dǎo)致合成氣帶灰嚴(yán)重,進(jìn)一步加速下降管的堵塞，直接造成熱應(yīng)力的不均勻。當(dāng)下降管變形嚴(yán)重時，甚至容易出現(xiàn)爆裂、穿孔現(xiàn)象。爐溫過高會直接影響到熔渣的流速，下降管承擔(dān)的熱負(fù)荷也變大，使得合成氣的溫度過高，容易造成水膜變薄，造成下降管局部高溫，產(chǎn)生裂紋、變形、穿孔。

2 結(jié)語

中天合創(chuàng)9號氣化爐連續(xù)運行超過100 d，為氣化爐的長周期運行積攢寶貴的實踐經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。氣化裝置連續(xù)運行有很多制約條件，需要克服很多技術(shù)瓶頸。任何一個小的技術(shù)難題都會導(dǎo)致氣化爐無法長周期連續(xù)運行。在過去的運行記錄中，反復(fù)總結(jié)氣化爐長周期運行經(jīng)驗，通過調(diào)研和改造高壓灰水泵管線、采用高壓差燒嘴等一系列舉措，確保了氣化爐長周期安全穩(wěn)定運行。

由于氣化裝置管線多且復(fù)雜，操作工每次巡檢都要帶著四合一檢測儀，一邊巡檢一邊檢查管線跑冒滴漏情況。特別是粗煤氣、氧氣、燃料氣這類易燃易爆的氣體，一旦發(fā)生泄漏后果不堪設(shè)想。

氣化爐穩(wěn)定運行除了精細(xì)的操作還需要良好的設(shè)備基礎(chǔ)，其中關(guān)鍵設(shè)備及部件是制約氣化爐運行的瓶頸，如高壓煤漿泵、工藝燒嘴、爐磚、鎖渣閥和黑水角閥等，這些重點監(jiān)控部件一旦出現(xiàn)問題很容易導(dǎo)致氣化爐停車。為確保這些部件正常，必須做好日常維護(hù)工作，出現(xiàn)問題及時處理，以確保設(shè)備處于良好的運行工況。