多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐支撐板超溫原因分析及改造措施

吳曉蘋

(兗礦魯南化工有限公司 山東滕州 277527)

兗礦魯南化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱魯南化工公司)現(xiàn)有4臺(tái)日處理精煤1 150 t的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐(以下簡(jiǎn)稱多噴嘴氣化爐)，正常生產(chǎn)情況下3開1備，產(chǎn)品總產(chǎn)能3 000 kt/a，其中乙酸、尿素、甲醇、乙酐、聚甲醛、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁醇、復(fù)合肥的產(chǎn)能分別為1 000、600、560、100、40、200、150、150、200 kt/a。

多噴嘴氣化爐選用了目前國(guó)內(nèi)通用的儀控配置，具有較高的裝配水平和自動(dòng)化程度，較好地實(shí)現(xiàn)了裝置的國(guó)產(chǎn)化，裝置整體操作運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)工藝指標(biāo)正常。在多噴嘴氣化爐運(yùn)行過(guò)程中，由于積灰或結(jié)垢、錐底磚竄氣、爐溫控制不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致支撐板超溫，影響了煤氣化裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。本文對(duì)多噴嘴氣化爐支撐板超溫原因進(jìn)行分析，探索可操作性強(qiáng)的應(yīng)對(duì)措施，以確保煤氣化裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。

1 支撐板超溫的危害

支撐板處于多噴嘴氣化爐燃燒室錐體位置托盤之下，其材質(zhì)為SA387Gr11C12，設(shè)計(jì)溫度為425 ℃。煤氣化裝置運(yùn)行期間，為監(jiān)控支撐板的溫度，通常設(shè)有4個(gè)監(jiān)控點(diǎn)(TI1312、TI1313、TI1314、TI1315)，根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)值的變化，提前做出預(yù)判并進(jìn)行修正，避免氣化爐工況出現(xiàn)大幅波動(dòng)。

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，支撐板一旦超溫，易造成支撐板變形，嚴(yán)重時(shí)引起耐火磚澆注料變形、脫落，高溫合成氣竄入氣化爐激冷室造成激冷室內(nèi)件損壞。當(dāng)支撐板溫度達(dá)到425 ℃時(shí)，從安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運(yùn)行的角度考慮，需立即停車處理。

2 支撐板超溫原因分析

在多噴嘴氣化爐的運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控點(diǎn)TI1313、TI1315的溫度普遍較高。以A#氣化爐為例，2019年12月支撐板各監(jiān)控點(diǎn)部分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 2019年12月支撐板各監(jiān)控點(diǎn)部分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) ℃

從表1可以看出：TI1313、TI1315處的溫度較高，TI1312、TI1314處的溫度正常；正常溫度在230 ℃左右，高報(bào)值為350 ℃。

經(jīng)分析，造成氣化爐支撐板TI1313、TI1315處溫度偏高的原因主要有以下幾點(diǎn)。

2.1 錐底磚竄氣

氣化用煤的種類對(duì)氣化過(guò)程有很大的影響，煤種不同不僅影響氣化產(chǎn)品的產(chǎn)率和質(zhì)量，而且影響氣化的生產(chǎn)操作條件。魯南化工公司煤氣化裝置所用原料煤主要來(lái)自陜西神木、榆陽(yáng)等西部地區(qū)，采購(gòu)成本較高。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)所采購(gòu)的原料煤無(wú)法穩(wěn)定供應(yīng)時(shí)，需進(jìn)行新煤種的混燒、摻燒和配煤，這種做法常造成煤的灰熔點(diǎn)超過(guò)控制指標(biāo)，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在7%～13%之間波動(dòng)。由于煤種變化后多噴嘴氣化爐爐溫沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，熔渣黏度增大，流動(dòng)性變差，破壞了多噴嘴氣化爐掛渣層，引起錐底磚竄氣，造成支撐板超溫。

2.2 熱電偶假指示

采用熱電偶測(cè)溫是一種重要的監(jiān)控手段，其能夠及時(shí)反映溫度的變化趨勢(shì)，對(duì)快速判斷超溫區(qū)域有幫助,技術(shù)人員據(jù)此結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量手段可以準(zhǔn)確確定超溫位置。

根據(jù)支撐板的材質(zhì)，4個(gè)監(jiān)控點(diǎn)選用的熱電偶量程為0～500 ℃。當(dāng)某根熱電偶運(yùn)行時(shí)間超過(guò)使用壽命、受外界環(huán)境因素影響或連接點(diǎn)出現(xiàn)松動(dòng)時(shí)，該監(jiān)控點(diǎn)的溫度變化趨勢(shì)與相鄰監(jiān)控點(diǎn)的相比會(huì)出現(xiàn)明顯異常，就有可能在監(jiān)控畫面出現(xiàn)報(bào)警指示。

2.3 激冷水量降低

多噴嘴氣化爐的激冷室由下降管和4層破泡條組成。激冷水的主要作用是保護(hù)下降管，避免因高溫?zé)彷椛涠a(chǎn)生變形。在多噴嘴氣化爐運(yùn)行過(guò)程中，激冷室液位基本維持在40%左右，此時(shí)運(yùn)行較為穩(wěn)定。

結(jié)合魯南化工公司實(shí)際運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)，由于設(shè)備、系統(tǒng)水質(zhì)、閥門卡澀或誤操作等原因，會(huì)出現(xiàn)激冷水泵打量不足、激冷環(huán)或黑水過(guò)濾器堵塞等異常情況。此外，鍋爐給水閥門質(zhì)量差，鍋爐給水無(wú)法正常調(diào)節(jié)，影響水洗塔液位，激冷水流量迅速降低甚至斷流，激冷環(huán)出現(xiàn)結(jié)垢堵塞，從而影響氣化爐的液位，造成合成氣洗滌效果差，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致下降管燒穿，大量高溫合成氣竄出，最終導(dǎo)致支撐板超溫。

2.4 支撐板積灰

由于支撐板附近的氣體流速較低或沖洗水環(huán)管發(fā)生堵塞，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，支撐板出現(xiàn)積灰現(xiàn)象，熱量無(wú)法被上升的氣流帶走，支撐板溫度不斷升高。支撐板積灰會(huì)給多噴嘴氣化爐的安全運(yùn)行帶來(lái)較大的影響，且停運(yùn)時(shí)檢修清理也較困難。

在運(yùn)行過(guò)程中，支撐板沖洗水實(shí)測(cè)流量為9.64～10.72 m3/h，低于工藝要求值(≥13 m3/h)。其原因是沖洗水管管徑偏小，環(huán)管出現(xiàn)堵塞?，F(xiàn)有的沖洗水流量已經(jīng)無(wú)法對(duì)支撐板進(jìn)行有效沖洗，造成支撐板被積灰覆蓋，最終引起超溫。

3 防止支撐板超溫的措施

3.1 采取措施應(yīng)對(duì)煤質(zhì)變化

在煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，中控人員需認(rèn)真監(jiān)控爐溫、渣口壓差、合成氣成分等指標(biāo)的趨勢(shì)圖，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)認(rèn)真巡檢氣化爐壁溫、渣樣及壓濾機(jī)的工作狀況，以便針對(duì)不同的煤質(zhì)及時(shí)調(diào)整工藝控制指標(biāo)，消除隱患。根據(jù)長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，氣化爐操作溫度一般應(yīng)控制在比煤的灰熔點(diǎn)高50～100 ℃。只有根據(jù)爐內(nèi)灰渣形成狀態(tài)，勤看渣樣，對(duì)應(yīng)調(diào)整，才能保證原料煤充分氣化、熔渣順利排出，確保氣化爐工況正常。

3.2 定期校驗(yàn)熱電偶

支撐板處設(shè)置的監(jiān)控點(diǎn)可實(shí)時(shí)反映多噴嘴氣化爐的超溫區(qū)域，在監(jiān)控溫度出現(xiàn)異常的情況下，需安排儀表人員校驗(yàn)支撐板測(cè)溫元件。在發(fā)現(xiàn)熱電偶出現(xiàn)假指示時(shí)，應(yīng)結(jié)合多種影響因素的共同變化來(lái)判斷支撐板的實(shí)際溫度。

在生產(chǎn)過(guò)程中，為防止因熱電偶假指示造成誤停車，需定期對(duì)熱電偶進(jìn)行校驗(yàn)，制定完善的支撐板超溫監(jiān)控措施和現(xiàn)場(chǎng)巡檢制度并嚴(yán)格執(zhí)行，以保證多噴嘴氣化爐安全運(yùn)行。

3.3 關(guān)注激冷水流量

根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)：應(yīng)根據(jù)激冷水循環(huán)泵的電流控制激冷水量；盡量加大多噴嘴氣化爐激冷水流量，多噴嘴氣化爐維持高液位運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)激冷水流量呈下降趨勢(shì)時(shí)，表明激冷水泵出現(xiàn)異?；蛘吡髁空{(diào)節(jié)閥出現(xiàn)問(wèn)題，此時(shí)控制室應(yīng)馬上通知現(xiàn)場(chǎng)操作人員立即倒泵，聯(lián)系儀表人員對(duì)閥門進(jìn)行處理，通過(guò)減少氣化爐黑水出口流量來(lái)維持氣化爐液位。此外，在日常操作中應(yīng)提高應(yīng)急處理能力，掌控好激冷水?dāng)嗔鞯膽?yīng)急處理預(yù)案，以便異常情況下迅速采取緊急處理措施。

在多噴嘴氣化爐停車檢修后，需對(duì)黑水過(guò)濾器進(jìn)行檢查和清理，并將清洗情況記入臺(tái)賬，摸清不同煤種情況下的積灰和結(jié)垢物硬度，為下一步評(píng)估因黑水過(guò)濾器堵塞導(dǎo)致激冷水流量偏低提供指導(dǎo)。

3.4 優(yōu)化支撐板沖洗水管線

針對(duì)沖洗水管管徑小引起的沖洗水流量偏低問(wèn)題，選用高溫變換冷凝液作為沖洗水并對(duì)沖洗水管線進(jìn)行優(yōu)化，確保支撐板的沖洗水流量≥13 m3/h。優(yōu)化前后的支撐板沖洗水管線示意見圖1。

圖1 優(yōu)化前后的支撐板沖洗水管線示意

優(yōu)化前，直接用脫鹽水對(duì)支撐板進(jìn)行沖洗降溫。優(yōu)化后，利用現(xiàn)有的管廊配管至氣化裝置框架的五樓，從渣水界區(qū)二樓引高溫變換冷凝液(現(xiàn)有高溫變換冷凝液槽位置)從氣化爐底部高壓氮?dú)夤芫€(一直閑置未用)進(jìn)入氣化爐，然后沿爐壁向上進(jìn)入環(huán)形管，高溫變換冷凝液經(jīng)環(huán)形管上的24個(gè)Ф 5～7 mm出水孔均勻噴淋至支撐板上，實(shí)現(xiàn)對(duì)支撐板的沖洗降溫。

支撐板沖洗水管線優(yōu)化后，沖洗水流量為20.91～21.36 m3/h，完全滿足了工藝要求，消除了支撐板超溫現(xiàn)象。

3.5 增大高溫變換冷凝液流量

(1)保證高溫變換冷凝液雙泵運(yùn)行，泵密封水盡量多用，以提高支撐板沖洗水的壓力。

(2)高溫變換冷凝液沖洗支撐板的閥門全開。

(3)在高溫變換冷凝液槽液位穩(wěn)定的情況下，冷凝液優(yōu)先用于支撐板的沖洗。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)積極試驗(yàn)和摸索，對(duì)多噴嘴氣化爐運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的支撐板超溫問(wèn)題提出了應(yīng)對(duì)措施，系統(tǒng)工況得到優(yōu)化，整體運(yùn)行平穩(wěn)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，證明針對(duì)多噴嘴氣化爐支撐板超溫問(wèn)題的優(yōu)化與改造能夠滿足氣化裝置生產(chǎn)要求，消除了氣化裝置的重大安全隱患，保證了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)、安全和社會(huì)效益。

為了更好地實(shí)現(xiàn)多噴嘴氣化爐的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行，還需進(jìn)一步優(yōu)化工藝操作，不斷提高設(shè)備檢修維護(hù)管理水平。