五环炉常见问题分析与应对措施_冯海平.pdf

氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月作者简介:冯海平(1983)，男，高级工程师，从事煤气化生产技术与管理工作;19913250062 163com五环炉常见问题分析与应对措施冯海平(河南龙宇煤化工有限公司，河南永城476600)摘要:介绍了五环炉的工艺流程、激冷罐的作用和结构原理，分析五环炉开车以来的常见问题及处理措施，并通过一系列的技术改造，实现装置的安全稳定运行。关键词:五环炉;激冷罐;合成气;堵塞;排水中图分类号:TQ545文献标志码:B文章编号:2096-3548(2023)02-0044-05DOI:1019910/jcnkiISSN2096-3548202302016煤气化装置是煤化工行业由煤转化为合成气的中间核心装置。河南龙宇煤化工有限公司二期煤气化装置采用中国五环工程有限公司与河南能源化工集团公司自主设计、具有自主知识产权的五环炉干粉煤气化工艺技术，经过多年来的开车运行实践和技改实施，至 2021 年底，实现五环炉A 级安全稳定运行 288 d，最高运行负荷为 102%。1五环炉工艺流程五环炉工艺属于粉煤气流床气化工艺，采用液态排渣、湿法除灰、激冷压缩气激冷等工艺，具有碳转化率高、煤种适应范围广、热效率高、安全环保系数高等特点1-2。五环炉工艺流程见图 1。图 1五环炉工艺流程来自备煤系统的原料煤通过皮带输送至磨煤机和热风炉，通过碾磨和干燥后的合格煤粉(粒径在 1090 m 的煤粉质量分数为 70%85%，水分质量分数2%)送至煤粉加压输送系统后，进入气化炉与氧气发生一系列反应(温度为1 4001 600)生成高温合成气。高温合成气上升到激冷室被压缩机来的激冷气冷却后，经激冷罐冷却洗涤，再次进入洗涤塔除尘、洗涤、冷却，然后送至下游变换装置。通过激冷罐和洗涤塔洗涤后的黑水送入闪蒸黑水处理系统和除氟系统再次处理，泥浆经过卧式离心机和压滤机处理，干净的滤液返回系统再次使用，煤泥则作为环保砖的原材料。经过反应室反应后的熔融状的渣，通过水冷44氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月壁、渣屏流入渣池，经过喷水淬冷后形成玻璃丝状细小的渣，经过破渣机、渣收集器、渣锁斗、捞渣机、皮带输送至界外。2激冷罐概况2.1结构和原理激冷罐由外壳、下降管、上升管、底锥、人孔、远传液位计和温度计、现场液位计、排水管组成，上部与输气弯管连接(见图 2)3。2.2作用来自气化炉激冷后约 650 的合成气通过下降管进入水浴，经过洗涤、降温、除尘后，190 左右的合成气通过上升管，再次经来自湿洗塔的激冷水洗涤后，进入合成气管道去湿洗塔。洗涤后的黑水分两股，一股在底锥正下方连接 DN150 管排入中压闪蒸罐，另一股通过激冷罐中部 DN300管排入中压闪蒸罐4。激冷罐工艺流程见图 3。图 2激冷罐结构37LV0009、37FV0006高压灰水缓冲罐。图 3激冷罐工艺流程3激冷罐常见问题3.1排水管线不畅激冷罐排水管线由两部分组成。洗涤后的黑水分 2 股，一股在底锥正下方连接 DN150 管，通过高压灰水缓冲罐 37FV0006 减压后进入中压闪蒸罐，另一股在激冷罐中部通过 DN300 管后经过高压灰水缓冲罐 37LV0009 排入中压闪蒸罐。当 2 股管线中 1 股管线不畅时，该管线流量减小，管线压力和温度降低。分析原因为:(1)管道内壁垢片脱落后，堵塞管道;(2)激冷罐内的泥块聚集进入管道;(3)角阀处卡涩;(4)角阀阀芯脱落。对此可以采取以下措施:(1)逐渐开大对应管道上的角阀，来回反复动作，使垢片、大泥块通过;(2)通过现场敲击管线，使聚集的泥块振动疏54氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月松后恢复管线通畅;(3)提高仪表气源压力，确保角阀开关正常;(4)停车检修，拆检更换阀门。2 股管线由通畅到堵死期间的关键参数变化见表 1。由表 1 可以看出:当 2 股管线都不畅通时，37FV0006 管线压力由 2.97 MPa 逐渐下降。来回调整 37FV0006 阀门，并通知现场敲击管线，效果不明显。随后出现激冷罐、湿洗塔、去变换粗煤气分离器液位上涨，导致工况大幅波动，激冷罐、湿洗塔、变换粗煤气分离器带液。由于激冷罐液位上涨较快，导致合成气不能顺畅地排出。气化炉温度上涨较快，最高上涨至 702;激冷量大幅降低，压缩机电流减小、振值上涨;气化炉压力上涨，总压差上涨;汽包压力升高，液位降低;蒸汽产量增高。当激冷罐的水被带出后，气化炉温度大幅降低至 450。表 1管线不畅到堵死前后关键参数变化项目正常运行30 min后40 min后5 h后37FV0006 阀位/%10010010010037FV0006 压力/MPa29711207501537FV0006 温度/187186183123气化炉负荷/%84838080气化炉压力/MPa372388388385中闪压力/MPa06040302总压差/kPa180303304220激冷气压缩机电流/A99113113102激冷气压缩机相对转速/%74787876激冷气压缩机振值/mm1213262712激冷塔压差/kPa21121120激冷罐液位/%50717457出激冷罐合成气温度/190193194200湿洗塔液位/%50667150湿洗塔出口温度/185179178198去变换粗煤气分离器液位/%506080(带液)50气化炉温度(33TI0019)/650702450650气化炉温度(33TI0060)/620650360620汽包液位/%50464550汽包压力42464542分析原因为:(1)随着运行时间的延长，管道内壁垢片增加，内径缩小，坚硬的垢片突然脱落，导致管道内径缩小，通流量降低;(2)激冷罐内积泥较多，顺着管道流入，管径缩小。对此可以采取以下处理措施:(1)短时间内为了维持系统运行，可以逐步减小去系统的水量，形成新的水平衡;(2)现场敲击管线;(3)系统降低负荷，减少气量;(4)减小闪蒸系统压力，增大压差，利用背压加快剩余通道内黑水的流动。32激冷罐出口积灰气化炉压差上涨较快，系统总压差上涨。分析原因为:原设计煤气化后经过激冷后的合成气，通过输气弯管向激冷罐输送时，由于设计激冷段入口口径大，合成气流速低，进入激冷罐水浴后，上升至激冷段顶部的大量水汽与高温合成气碰撞造成激冷罐顶部积灰，导致合成气通道减小，最低减小至原通道的 15%左右，气化炉至输气弯管处压差增大，同时导致气化炉膜式壁因合成气偏吹出现泄漏的情况时有发生。对此可以采取以下处理措施:在激冷罐入口膜式壁上增加缩口(见图4)，口径由999 mm 缩至500 mm(具体采用 825 的镍基钢板，厚度为8 mm)，使合成气的流速增大，缓解或降低积灰的程度。改造后没有再出现激冷罐顶部积灰的情况，且激冷罐因没有顶部大块积灰脱落堵塞管道的影响，整个运行周期激冷罐积泥也大幅减少，改造效果良好。33激冷水量下降系统运行一段时间后激冷水管线过滤器压差升高，检修后发现滤筒孔有灰块结垢堵塞。分析原因为:进入激冷罐的激冷水原设计经过过滤器后，由 DN300 管道分布成 8 根支管，支管上设计喷头，长时间运行后，激冷水中携带的细灰渣容易在喷头处结垢堵塞，导致激冷水流量大幅降低，无法维持激冷罐液位。为了确保合成气温度不出现高报警而损坏内件，不得已减少黑水外排，合成气携带的飞灰无法充分洗涤，造成飞灰积存，长时间造成大量泥在激冷罐内积存，制约装置的长周期运行。对此可以采取以下处理措施:(1)在激冷水过滤器前后 DN300 管线上增加 DN200 副线，副线至管线流量计前，从而短路激冷水过滤器，如果出现过滤器压差高部分堵塞的情况，可切换至副线，从而保证激冷水的流量。(2)将激冷水分布方形盒上 8 根进水管上的喷头拆除，同时分别开 2 个 DN50 支管，共 16 个。再次通过上升管与下降管之间的环隙中开孔进入下降管内部，增加 DN50 的弯头贴着内壁喷水，弯头朝下向左旋安装，与合成气上升流向一致，容易64氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月图 4激冷罐顶部缩口改造形成旋膜。改造后，激冷水体积流量基本能够稳定在350 m3/h，且基本不需要打开过滤器的副线，就可以满足正常的水平衡的要求。34激冷罐水冷壁泄漏激冷罐主要是对高温合成气进行洗涤降温。合成气在通过激冷罐水浴时，洗去了大部分飞灰;同时温度由 650 降至 190。合成气离开水浴时携带大量饱和水蒸气上升至激冷罐上部，激冷罐顶部空间为盲区(中间有隔板，使激冷罐与输气管分开)，水冷壁材质为 15CrMoG，而合成气中含有 CO2、H2S、HCN、HCl、NH3等酸性气体，在此处易形成积聚大量含有酸性气的湿气环境，由于温度降低大量水蒸气冷凝后溶解有酸性气体对水冷壁造成腐蚀，长时间运行后水冷壁管壁厚逐渐减薄而出现漏点，管道原壁厚由 7 mm 降至2.4 mm 左右;当合成气携带的飞灰在表面结垢后，形成垢下腐蚀，进一步加剧腐蚀速度，当水冷壁漏点较大时，造成气化炉无法正常运行，逼迫停车检修。经过综合评估后计划对水冷壁材质升级，管道升级为 15CrMoG 堆焊 625 材质，180回转弯头升级为 825 材质。材质升级后能有效控制管道腐蚀量，为五环炉长周期运行提供保障。改造前后对比见图 5、图 6。改造后，经过检查，激冷罐水冷壁运行效果较好，并未出现再次泄漏的情况。图 5激冷罐水冷壁切除旧管件35激冷罐内积泥当出现激冷罐积泥后，激冷罐壁温受传热效果影响，逐渐降低，泥量越多，温度越低。激冷罐液位不准确，出现假液位，系统总压差上涨。分析原因为:(1)经过气化炉激冷后的合成气经过水浴再次激冷后，合成气中的大部分细灰经过初步降温洗涤，冷却后的细灰外排到后系统。随着运行周期的延长，泥状物附着在外排管道的内壁，管道变细，通道缩小，阻力增加，导致泥状物在激冷罐内沉积，泥量的增加致使传热效果降低，壁温缓慢74氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月图 6更换后激冷罐水冷壁内件下降。(2)正常情况下，激冷罐液位控制在 40%左右。随着泥状物沉积并在液位计根部积累，冲洗效果较差时，液位计测量值漂移显示错误，若不能够准确判断，会加剧泥状物积累。(3)随着激冷罐内部泥状物积累，合成气经过水浴后，阻力增加，导致系统压力上升，总压差上涨。(4)原煤灰分变化。正常情况下入炉煤灰分质量分数在 20%以内，当配煤不均或者来煤灰分质量分数增大时，合成气带灰量增加，同等饱和水浴下，会导致洗涤效果下降，泥状物增加，进而积泥。(5)来自激冷罐的水浊度过高，水质变差，洗涤效果下降，泥状物碰撞而积累。对此可以采取以下处理措施:(1)确保入炉煤灰分质量分数稳定在 20%以内，当灰分质量分数增加时，洗涤水量和外排量做好动态调整，减少泥状物在激冷罐内的沉积。(2)应经常动作外排量，严禁固定阀位不变，激冷罐液位远传和现场液位计需要经常调校，以确保液位显示准确。(3)保证入激冷罐的水质稳定，浊度合格。4结语通过不断地技改和运行优化，至 2021 年底，实现五环炉 A 级安全稳定运行 288 d，最高运行负荷为 102%。激冷罐运行比较平稳，积泥情况明显改善，为五环炉装置的安全稳定长周期运行提供了技术支撑。参考文献 1张宗飞，夏昊，徐才福，等 新型五环炉干粉加压气化工艺及开车总结 J 化肥设计，2015，53(2):12-16 2侯刘涛 WHG 干粉煤气化炉长周期运行研究J 化肥设计，2021(2):39-41 3杜孟洪，付永杰 WHG 煤气化 CO 变换装置问题分析及改造 J 氮肥与合成气，2017，45(4):15-17 4陈磊 五环炉水系统稳定性运行研究与应用J 氮肥与合成气，2020，48(10):8-11(收稿日期2022-01-06)(上接第 43 页)4结语采取上述 2 项处理措施后，循环水泵电动机在冷备用状态下，机身温度达到室温。通过改造，不仅解决了因操作人员遗忘操作步骤，造成辅助散热风机电动机持续运行，进而降低了循环水泵电动机冷备用状态下机身温度异常的问题，而且还降低了辅助散热风机电动机因长期运行产生不必要的用电量浪费，节省了电费。同时，根据温度与寿命的关系，电动机绕组温度每降低 8 K，其使用寿命可延长 50%，大大降低了设备折损率，保证了循环水泵电动机的长周期安全稳定运行。参考文献 1王伟 浅谈电气自动化技术在电气工程中的应用J 黑龙江科技信息，2013(36):24 2韩伟，雷彬，李治源，等 电机类装置冷却方式综述J装备制造技术，2009(9):116-118 3江超，乔洁，马辉 尿素循环水系统无动力降温优化J氮肥与合成气，2017，45(4):23-24 4邓永新，李成义，郭士才，等 同步电动机散热通风系统的改进J 氮肥与合成气，2017，45(8):14-15(收稿日期2022-04-11)84