殼牌氣化爐堵渣原因分析及應(yīng)對(duì)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(duì)于其他類型氣化爐具有碳轉(zhuǎn)化率高、煤種適應(yīng)性廣、有效氣含量高、環(huán)境污染小等優(yōu)勢(shì),因此在國內(nèi)化肥、甲醇、發(fā)電行業(yè)備受推崇。但由于其運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)少,設(shè)計(jì)上還有不完善之處,造成現(xiàn)已開車的多套裝置運(yùn)行周期較短,經(jīng)濟(jì)效益受到影響。各殼牌氣化爐用戶通過不斷地技術(shù)改造、經(jīng)驗(yàn)交流,陸續(xù)解決了飛灰過濾器濾芯損毀、燒嘴罩燒蝕、激冷氣壓縮機(jī)故障等諸多問題,但積灰、堵渣問題仍是制約氣化爐運(yùn)行周期的主要因素。

1 渣處理系統(tǒng)工藝流程

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

2 堵渣原因分析

在氣化爐運(yùn)行過程中原料煤種波動(dòng)、氣化爐溫度變化大均會(huì)造成氣化爐不同程度的堵渣,堵渣處理不當(dāng)容易引起氣化爐停車風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 落渣口堵塞

原料煤灰組成是影響煤氣化裝置穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。由于入爐煤灰組成變化,導(dǎo)致渣流動(dòng)性不穩(wěn)定,如果灰熔點(diǎn)突然上升,或氣化爐反應(yīng)溫度下降,渣流動(dòng)性變差,會(huì)在水冷壁內(nèi)表面形成滾雪球效應(yīng),導(dǎo)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(dāng)渣的流動(dòng)性過于好,或氣化爐溫度出現(xiàn)大幅波動(dòng)時(shí),將會(huì)導(dǎo)致水冷壁上的渣層發(fā)生剝離現(xiàn)象,出現(xiàn)大渣塊,易在渣口或錐部發(fā)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(dòng),或氧煤比控制的異常等,都將打破渣層的動(dòng)態(tài)平衡,導(dǎo)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(zhuǎn)化(設(shè)計(jì)碳轉(zhuǎn)化率約為99%,實(shí)際運(yùn)行中很難達(dá)到),少量密度較輕的未反應(yīng)煤粉隨大量熔渣被高速旋流合成氣夾帶經(jīng)過渣口進(jìn)入渣屏空間。渣屏錐段頂部存在回流區(qū),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(fā)生類似焦化反應(yīng),形成熔渣小液滴,熔渣液滴逐漸匯集成液體向下流動(dòng)。由于渣屏下部錐段空間的溫度遠(yuǎn)低于灰熔點(diǎn),熔渣流動(dòng)到此高度時(shí),緩慢凝固,形成渣塊。渣塊的形成,進(jìn)一步增加渣屏傳熱阻力,從而導(dǎo)致渣塊逐漸生長成大塊,形成掛渣。當(dāng)渣屏掛渣大到一定程度時(shí),大渣塊會(huì)從渣屏脫落,堵塞落渣管和渣池,導(dǎo)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(dòng)時(shí),液態(tài)渣的狀態(tài)也隨之變化,當(dāng)渣塊脫落經(jīng)歷破渣機(jī)后,渣塊在渣收集罐底部沉積時(shí)導(dǎo)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(shí),撈渣機(jī)電流不漲或變化較小時(shí)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(yīng)對(duì)措施

對(duì)排渣單元的故障進(jìn)行分析,總結(jié)出堵渣位置不同,其所表現(xiàn)出的現(xiàn)象及處理對(duì)策也各不相同,現(xiàn)場(chǎng)存在4個(gè)部位堵渣,分別為氣化爐落渣口、破渣機(jī)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(xiàn)象

氣化爐落渣口壓差(13PDI0065A/B/C)運(yùn)行趨勢(shì)偏離正常值(-1.5～0.6 kPa),且出現(xiàn)異常波動(dòng),破渣機(jī)油壓(14PI0401)出現(xiàn)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(yīng)溫度,同時(shí)監(jiān)控汽包蒸汽產(chǎn)量(13FI0047)、破渣機(jī)油壓、渣水密度(14DY20001)、合成氣組分(16QI0005AB)、渣形態(tài)的變化,若運(yùn)行狀況未見好轉(zhuǎn),氣化爐落渣口壓差達(dá)聯(lián)鎖值(低值達(dá)-19 kPa,或者高值達(dá)24 kPa)時(shí),聯(lián)鎖啟動(dòng)緊急停車程序。

3.2 破渣機(jī)上部堵渣

3.2.1 現(xiàn)象

破渣機(jī)油壓出現(xiàn)異常上漲,渣收集罐與渣鎖斗連通后壓差低于200 kPa;嚴(yán)重時(shí)渣池液位會(huì)出現(xiàn)突變的波峰,落渣管溫度(14TI0001)持續(xù)異常降低,渣皮帶渣量偏少。

3.2.2 處理措施

(1) 選擇正反轉(zhuǎn),然后選擇加載,反轉(zhuǎn)啟動(dòng)1 min后,再正轉(zhuǎn)啟動(dòng),正轉(zhuǎn)啟動(dòng)后若破渣機(jī)油壓仍較高,再反轉(zhuǎn)啟動(dòng),反復(fù)多次,直到破渣機(jī)正常運(yùn)行,油壓穩(wěn)定在2.0 MPa左右。

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

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

(4) 確認(rèn)破渣機(jī)上部渣塊架橋后,30 min未正常啟動(dòng)破渣機(jī),立即匯報(bào)逐步降低氣化爐負(fù)荷至85%,或停4號(hào)煤線爭取工藝處理時(shí)間。

3.3 渣收集罐底錐堵渣

3.3.1 現(xiàn)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(xiàn)負(fù)值變化。

(2) 渣鎖斗壓力(14PI0012)快速降低約0.3 MPa。

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

3.3.2 處理措施

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

(2) 反復(fù)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(fù)正常210 kPa,渣鎖斗壓力恢復(fù)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(jī)處渣塊疏通,繼續(xù)進(jìn)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(lián)鎖后再操作。

(4) 待聯(lián)鎖解除后,將渣鎖斗壓力充到5.0 MPa,再次進(jìn)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(shí)間不宜過長,應(yīng)根據(jù)處理時(shí)間通過超馳排渣,切換到臨時(shí)排渣位置,避免渣量大導(dǎo)致?lián)圃鼨C(jī)電流高跳,現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)觀察渣樣。

3.4 渣鎖斗底錐堵渣

3.4.1 現(xiàn)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(guān)閉后,渣鎖斗液位立刻上漲(趨勢(shì)曲線幾乎垂直上升),且撈渣機(jī)液位(T1401)上漲,未達(dá)正常值(根據(jù)趨勢(shì)判斷)。

(3) 在排渣過程中,撈渣機(jī)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(guān)閉下料閥(14XV0016/0015)閥門,打開渣鎖斗底部沖洗水,對(duì)渣鎖斗進(jìn)行反沖洗,然后打開下料閥(14XV0016/0015)進(jìn)行排放,反復(fù)進(jìn)行疏通。

(2) 切換到臨時(shí)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(jìn)行臨時(shí)排渣處理。

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

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

(5) 捅渣處理完成后恢復(fù)順控運(yùn)行,撈渣機(jī)正常啟動(dòng),蓋板恢復(fù)到位,現(xiàn)場(chǎng)三通短節(jié)恢復(fù),超馳1次臨時(shí)排渣后倒入正常排渣狀態(tài)[4]。

4 結(jié)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(yīng)選擇穩(wěn)定煤質(zhì),保持入爐煤灰組成穩(wěn)定,嚴(yán)格控制入爐煤的灰熔點(diǎn)、灰分、黏溫曲線等關(guān)鍵指標(biāo)。根據(jù)氣化爐溫度調(diào)整氧煤比,維護(hù)關(guān)鍵設(shè)備安全運(yùn)行,以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定長周期運(yùn)行的目標(biāo)。