煤氣化裝置脫氧水槽填料堵塞的 原因分析及處理措施

厙曉君，馬耀東，馬軻，靳國華，梁新亞，唐治武

(甘肅華亭煤業(yè)集團公司煤化工公司，甘肅 華亭 744100)

0 引言

甘肅華亭煤業(yè)集團公司煤化工公司自投料生產(chǎn)以來，氣化爐單爐連續(xù)運行時間從最初的720 h提高到了現(xiàn)在的2 832 h，通過不斷摸索實踐及與兄弟廠家走訪交流并與設計院溝通的基礎上，公司以設備設施短板為切入點，對生產(chǎn)設備及系統(tǒng)進行大膽改良優(yōu)化工作，其中包括對氣化裝置除氧水槽填料堵塞、放空氣帶液原因分析和技術改造，通過不斷總結經(jīng)驗、優(yōu)化處理，成功解決了這些瓶頸問題，為氣化爐安全穩(wěn)定長周期運行提供了保證。本文將通過理論分析的方式，結合實際運行及檢修過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行探析。

1 水煤漿氣化裝置除氧水槽的工作原理及作用

1.1 除氧水槽的工作原理

根據(jù)亨利定律，氧氣在水中的溶解度與氧氣的平衡分壓成正比，采用熱力除氧的方法，提高水的溫度，使水面上蒸汽的分壓力逐步增加，而氧氣的分壓則漸漸降低，溶解于水中的氧氣就源源不斷地揮發(fā)出來，當脫氧水槽中的灰水被加熱到一定溫度時，灰水不再具有溶解氧氣的能力，即溶解于水中的氧氣被除去。

1.2 除氧水槽的作用

為解決設備及其管道受到氧腐蝕，必須除去除氧水槽中的溶解氧及其他氣體。除氧水槽內，上部填料為鮑爾環(huán)填料，鮑爾環(huán)填料具有較大的比表面積，鮑爾環(huán)的裝填增大了灰水與閃蒸汽的接觸面積從而增強了低溫灰水與高溫低壓閃蒸汽傳熱、熱質的效果，提高了灰水提溫除氧的效率。氣化爐激冷室黑水經(jīng)高溫熱水器(C1401)及碳洗塔黑水經(jīng)高溫熱水器(C1402)減壓后進入低溫熱水器(C1403)進一步閃蒸，低壓閃蒸汽進入除氧水槽，與從除氧頭上部加入的低壓灰水逆流接觸，通過高溫低壓閃蒸汽與灰水進行熱質交換，提高灰水溫度，同時除去了灰水中溶解氧及其他氣體的含量，保證了設備安全運行及較長的使用壽命。

2 水煤漿氣化裝置除氧水槽工藝流程

由于氣化工藝氣中帶有大部分的水分，這部分水在進入變換裝置后，經(jīng)過回收熱量及氣液分離過程，脫除了工藝氣中所夾帶的水分，一部分通過高壓冷凝液泵送至碳洗塔，另一部分通過低壓冷凝液泵送至氣化閃蒸系統(tǒng)，一路與氣化爐來的黑水進入704裝置氣化高溫熱水器C1401，一路與碳洗塔來的黑水進入高溫熱水器C1402。高溫熱水器液相再經(jīng)低溫熱水器，氣相送至脫氧水槽，液相送至真空閃蒸器進一步閃蒸，閃蒸出的氣相經(jīng)真空閃蒸冷卻器冷卻后，液相回收利用，不凝氣排放大氣。

氣化704工段高溫熱水器閃蒸出的閃蒸汽經(jīng)過灰水加熱器(E1402A/B/C)回收熱量。換熱后的閃蒸汽溫度降至約172 ℃，進入高壓閃蒸分離器(V1401A/B/C)進行氣液兩相分離。分離出的氣相送至合成車間變換裝置汽提塔，對其中的氨氮進行脫除，液相送至除氧水槽(V1402)回用。

低溫熱水器(T1403A/B/C)閃蒸出的低壓氣體溫度約114 ℃。經(jīng)低壓閃蒸器(E1407A/B/C)部分冷凝，氣體直接送至脫氧槽作脫氧熱源，液體送灰水槽(V1406)。

除氧槽接受閃蒸系列來的冷凝液及變換工序來的冷凝液及灰水槽來的灰水進入除氧水槽，當除氧水槽液位無法保障時補充新鮮水，在0.04 MPaG下進行脫氧。脫氧后經(jīng)除氧水泵(P1401A/B)加壓與氣化高溫熱水器和高溫熱水器閃蒸出的熱氣體在灰水加熱器(E1402A/B)中換熱后送至氣化工序洗滌塔循環(huán)使用。

3 水煤漿氣化裝置除氧水槽填料結構

(1)原設計裝填填料為鮑爾環(huán)，規(guī)格尺寸為Ф50×50×1.0 mm，比表面積為109，空隙率96%，堆重314 kg/m3，材質為304材質。

(2)脫氧水槽填料選用的鮑爾環(huán)，其結構是在拉西環(huán)的壁上開一兩層窗口而成，上下兩層窗孔錯開排列，環(huán)內外表面和空間增大，與拉西環(huán)相比較，阻力降低、通量和傳質效率提高，能夠使液體和氣體在通過時分布均勻[1]

4 水煤漿氣化裝置除氧水槽運行過程中的現(xiàn)象

4.1 氣化爐運行過程中灰水品質

在氣化爐日常運行過程，對灰水進行取樣分析，各項分析數(shù)據(jù)均在設計參數(shù)之內，如表1所示。

表1 灰水分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計

4.2 除氧水槽填料堵塞情況

2015年3月，公司對除氧水槽進行了填料更換、清洗，罐內清理、分布管疏通，填料支撐網(wǎng)及壓網(wǎng)補焊修復工作，投用5個月后，氣化裝置除氧水槽放空管線出現(xiàn)間歇式帶水，填料堵塞現(xiàn)象。

4.3 除氧水槽拆檢情況

除氧水槽填料發(fā)生堵塞，除氧水槽放空管線大量帶水且壓力無法維持，隨進行了停車檢修，拆開脫氧水槽大蓋后，發(fā)現(xiàn)脫水槽頭部灰水分布管干凈，無堵塞，填料壓網(wǎng)平整無變形或吹翻現(xiàn)象，但鮑爾環(huán)表面以及堆積空隙間有大量積灰，經(jīng)對鮑爾環(huán)表面積灰清理后，發(fā)現(xiàn)鮑爾環(huán)內筋附著大量黃色、綠色結垢物質。

5 水煤漿氣化裝置除氧水槽填料堵塞的原因分析

5.1 除氧水槽填料裝填量過大

除氧器內填料裝填量過多，填料水平面與壓網(wǎng)幾乎接觸，造成除氧水槽內液相下流的阻力增加，氣液相接觸時間延長的同時，固溶物及懸浮物的停留時間也得以延長，增大了填料表面固體物質沉積的機率。

5.2 除氧水槽填料變形

在運行過程中，除氧水槽內填料硬度不夠，填料存在較大變形量及表面積灰量，除氧水槽灰水由填料頂部加入，較大的填料變形量及表面積灰量，勢必導致灰水下降阻力增大，灰水流速降低，加速填料表面的細灰堆積速度及結垢速度。

5.3 灰水品質異常

在氣化爐運行過程中，粗渣排放系統(tǒng)出現(xiàn)故障，為了維持氣化爐正常運行，氣化爐內粗渣存在長時間集聚情況，部分集聚的粗渣經(jīng)氣化爐黑水排放管線進入了閃蒸系統(tǒng)，單位體積的低壓閃蒸汽中的含灰量將急劇增加，這使得除氧水槽鮑爾環(huán)表面積灰量大幅增加，從而加速了填料堵塞的速度。

6 處置措施

6.1 除氧水槽放空管線帶水的處置措施

隨著氣化爐運行周期的不斷延長，除氧水槽填料堵塞的現(xiàn)象會逐漸加劇，綜合經(jīng)濟性考慮，打開除氧水槽旁路放空可暫時解決除氧水槽壓力過高的問題，但缺點是現(xiàn)場噪音大，放空管線帶水量大，水量消耗大。為了解決這個問題，經(jīng)過技術改造，將低壓閃蒸汽冷凝液經(jīng)換熱器回收于灰水槽內，將放空回收后送至煤漿制備，提高了廢水利用率。

6.2 優(yōu)化除氧水槽填料填充量、裝填方式及填料更換頻率

(1)原有鮑爾環(huán)規(guī)格尺寸為Ф50×50×1.0 mm，材質過軟，容易變形，且部分加工的鮑爾環(huán)切割口過長，導致其受壓塑性變差，強度變差。經(jīng)理論計算與實際效果對比，將鮑爾環(huán)尺寸調整為Ф75×75×1.5 mm，除氧水槽填料堵塞現(xiàn)象得到明顯好轉，填料使用壽命也得以延長。

(2)除氧水槽填料填充完畢后，原填料水平面與填料室壓網(wǎng)幾乎接觸，在不斷地實踐后，將填料水平面與填料室壓網(wǎng)垂直距離調整為約30～40 cm，減小了液相阻力及固體懸浮物的停留時間，填料堵塞問題得到有效改善。

(3)調整填料更換頻率，每年集中消缺期間，對脫氧水槽填料進行卸出清洗，篩除變形填料進行更換，保證了填料的使用率。

7 結語

通過不斷實踐積累和總結，公司對除氧水槽的運行進行了一系列的優(yōu)化處置，不但解決了填料易結垢、易變形的問題，還提高了填料的有效利用率。在不斷創(chuàng)新研究下，通過技術改造，解決了脫氧水槽運行后期放空管線帶水的問題，提高了閃蒸凝液的回收利用率，從而實現(xiàn)了氣化爐安全穩(wěn)定長周期運行的目標。