多噴嘴氣化爐運(yùn)行探討

徐 超

(安徽華誼化工有限公司， 安徽蕪湖 238312)

安徽華誼化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱安徽華誼)一期年產(chǎn)600 kt甲醇、500 kt乙酸、200 kt乙酸乙酯工程于2011年底建成并投料，于2012年4月27日正式商業(yè)化運(yùn)行，該氣化裝置采用多噴嘴水煤漿氣化工藝。A套氣化爐于2015年10月9日投料，至2016年1月20日計(jì)劃停車檢修，連續(xù)運(yùn)行103 d，氣化爐整體運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生燒嘴跳車，氣化爐保持了連續(xù)超負(fù)荷運(yùn)行，平均負(fù)荷為104%(以標(biāo)準(zhǔn)氧氣計(jì))，平均煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61.2%，平均有效氣組分81.8%(體積分?jǐn)?shù))，每生產(chǎn)1 000 m3(標(biāo)態(tài))有效氣平均煤耗555 kg、氧耗374 m3，單耗均低于公司考核指標(biāo)。

2016年1月20日，A套氣化爐計(jì)劃停車開(kāi)始備用爐檢修，對(duì)燒嘴、耐火磚、三級(jí)閃蒸防沖刷擋板、水洗塔塔盤(pán)、蒸發(fā)熱水塔填料、高壓煤漿泵等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)燒嘴表面出現(xiàn)龜裂，耐火磚磨損速率未見(jiàn)明顯加快，三級(jí)閃蒸防沖刷擋板磨損較為嚴(yán)重，水洗塔塔盤(pán)、蒸發(fā)熱水塔填料、黑水管積灰較多，即對(duì)上述設(shè)備進(jìn)行了更換、檢修、加固、清洗，為后期氣化爐“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”的運(yùn)行積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 氣化爐燒嘴

燒嘴作為水煤漿氣化爐的核心設(shè)備，其運(yùn)行工況直接影響氣化爐的氣化效率、爐壁溫度及所造渣中碳的含量等。燒嘴是通過(guò)氧氣流股與煤漿流股的動(dòng)量交換，以達(dá)到霧化煤漿的目的，從而為爐內(nèi)的氣化與燃燒創(chuàng)造條件。多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)采用預(yù)膜式燒嘴，外混式霧化效果優(yōu)于內(nèi)混式燒嘴[1]。水煤漿通過(guò)4個(gè)對(duì)稱布置在氣化爐中上部同一水平面上的燒嘴，與氧氣一起對(duì)噴進(jìn)入氣化爐內(nèi)，在爐內(nèi)形成撞擊流，在完成煤漿霧化的同時(shí)，強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞，促進(jìn)氣化反應(yīng)的進(jìn)行[2]。相對(duì)于其他氣化工藝物料的平均停留時(shí)間更長(zhǎng)，反應(yīng)更加充分，渣中碳含量較低。安徽華誼采用的是航天十一所制造的燒嘴，并返回原廠檢修。

本次氣化爐運(yùn)行至94 d后，A3/A4燒嘴冷卻水回水中檢測(cè)到CO，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)CO體積分?jǐn)?shù)最高為300×10-6，確認(rèn)燒嘴盤(pán)管或端面破損。停車后對(duì)該對(duì)燒嘴進(jìn)行抽出作業(yè)，發(fā)現(xiàn)燒嘴無(wú)法順利拉出，A4燒嘴冷卻水盤(pán)管發(fā)生斷裂，A3燒嘴切掉盤(pán)管后拔出。對(duì)燒嘴進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)端面出現(xiàn)龜裂，燒嘴冷卻水盤(pán)管表面出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕，燒嘴的斷面龜裂及冷卻水盤(pán)管的點(diǎn)腐蝕和泄漏是最常見(jiàn)的燒嘴問(wèn)題[3]。

2 耐火磚

多噴嘴水煤漿氣化爐燃燒室耐火材料主要有向火面磚、背襯磚、隔熱層、澆注料、耐火氈等，向火面磚為高鉻磚(CRB-90)，背襯磚為鉻剛玉磚(CRCB-12)，隔熱層為Al2O3空心球磚(ABB-98)，澆注料為鉻剛玉澆注料(CastPC-12)。向火面磚直接與高溫高壓的合成氣、灰渣接觸，承受化學(xué)腐蝕、物理沖擊、灰渣沖刷等磨損較快，為使用壽命最短的耐火磚[4]。多噴嘴氣化爐由于具有特殊的氣化工藝，整個(gè)燃燒室內(nèi)的流場(chǎng)分成射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)、管流區(qū)等6個(gè)區(qū)域，其中拱頂與渣口磚由于遭受沖刷較為嚴(yán)重，使用壽命相對(duì)于其他部位的耐火磚較短。氣化爐耐火磚平均蝕損速率及使用壽命見(jiàn)表1。

表1 氣化爐耐火磚平均蝕損速率及使用壽命

從表1可以看出：上層膨脹縫磚、渣口磚的使用壽命較短。上層膨脹縫磚使用壽命較短主要是由于合成氣在此處形成渦流，合成氣及夾帶的灰渣加速了此處耐火磚的磨損，為了保護(hù)后邊的M5/M6號(hào)磚，在膨脹縫下層磚嚴(yán)重減薄后人工更換膨脹縫處耐火磚。渣口磚使用壽命較短主要是由于合成氣到達(dá)渣口時(shí)，流通通道縮小，氣速加快，對(duì)耐火磚的沖刷磨損加劇。通過(guò)對(duì)比本次耐火磚的蝕損速率與平均速率發(fā)現(xiàn)，本次運(yùn)行周期內(nèi)耐火磚蝕損速率未見(jiàn)明顯加快，排除溫度、開(kāi)停車等操作因素，可以認(rèn)為燒嘴在運(yùn)行103 d后霧化效果仍然較好，該結(jié)論從渣中含碳量也可以得到印證。

3 水洗塔盤(pán)

水洗塔作為氣化工藝中僅次于氣化爐的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行工況直接決定了合成氣的清潔度及變換爐工況，進(jìn)而影響氣化爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

安徽華誼水洗塔采用5層泡罩塔結(jié)構(gòu)，高溫變換凝液由最上層塔盤(pán)進(jìn)料，高壓灰水由第3層(自上而下數(shù))塔盤(pán)進(jìn)料，合成氣自下而上依次穿過(guò)5層塔盤(pán)換熱、洗滌，干凈的合成氣經(jīng)除沫器后輸入后系統(tǒng)。水洗塔最常見(jiàn)的問(wèn)題是合成氣帶水，塔盤(pán)堵塞是造成合成氣帶水的重要因素之一[5]。通過(guò)對(duì)塔盤(pán)堵塞物取樣分析發(fā)現(xiàn)，有細(xì)灰以及鈣鐵復(fù)合鹽的成分。合成氣所夾帶的細(xì)灰經(jīng)過(guò)塔盤(pán)時(shí)黏結(jié)在泡罩上，鈣鐵復(fù)合鹽主要是由堿度高的高溫變換凝液與硬度高的灰水混合而形成。第3層塔盤(pán)上的堵塞物主要成分為鈣鐵復(fù)合鹽，第5層塔盤(pán)上的堵塞物主要成分為細(xì)灰，這與各物料進(jìn)入水洗塔位置相一致。不同位置塔盤(pán)上堵塞物的分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 不同位置塔盤(pán)堵塞物的分析數(shù)據(jù) %

本次氣化爐運(yùn)行過(guò)程中未出現(xiàn)水洗塔帶水現(xiàn)象，停車后入內(nèi)檢查，發(fā)現(xiàn)水洗塔第1層塔盤(pán)較為干凈，第3層、第4層、第5層塔盤(pán)堵塞較為嚴(yán)重，且第3層塔盤(pán)堵塞物呈灰白色，第4層、第5層塔盤(pán)堵塞物呈墨綠色，可能與細(xì)灰中夾帶的鉻元素有關(guān)，鉻來(lái)自耐火磚。

4 三級(jí)閃蒸防沖刷擋板

多噴嘴閃蒸系統(tǒng)采用三級(jí)閃蒸處理工藝，即蒸發(fā)熱水塔、低壓閃蒸、真空閃蒸。閃蒸系統(tǒng)的主要作用是回收熱量、汽提酸性氣、渣水分離及灰水回用等。來(lái)自氣化爐、蒸發(fā)熱水塔、旋風(fēng)分離器的黑水經(jīng)過(guò)三級(jí)閃蒸逐步降溫、降壓，閃蒸出黑水中溶解的酸性氣及氨氣等，黑水逐步濃縮后排入澄清槽實(shí)現(xiàn)渣水分離。黑水在逐級(jí)減壓過(guò)程中存在能量的轉(zhuǎn)化，減壓后巨大的動(dòng)能對(duì)設(shè)備的沖擊較為嚴(yán)重[6-7]，因此三級(jí)閃蒸中均設(shè)有防沖刷擋板。隨著氣化爐運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，防沖刷擋板逐步減薄，甚至出現(xiàn)洞穿，而沖刷擋板一旦洞穿，黑水會(huì)直接沖擊到設(shè)備本體，存在巨大的安全隱患。黑水進(jìn)蒸發(fā)熱水塔角閥后管道進(jìn)行了延長(zhǎng)，黑水角閥后防沖刷擋板基本無(wú)破損。低壓閃蒸擋板第1層被打穿，需要更換；真空閃蒸擋板支架磨損，導(dǎo)致?lián)醢鍍A斜，需要加固。

5 高壓煤漿泵、激冷環(huán)、激冷室等

安徽華誼共有高壓煤漿泵6臺(tái)，其中4臺(tái)GEHO泵、2臺(tái)沈冶泵，GEHO泵為雙缸雙作用隔膜泵，沈冶泵為三缸單作用隔膜泵。A套氣化爐使用的是2臺(tái)GEHO泵，每臺(tái)泵對(duì)應(yīng)1對(duì)燒嘴。在本次運(yùn)行周期內(nèi)，高壓煤漿泵沒(méi)有發(fā)生卡閥、跳車事故，整體運(yùn)行平穩(wěn)。停車后對(duì)進(jìn)、出口單向閥等處進(jìn)行了拆檢，閥座、閥橡膠表面光滑未見(jiàn)明顯磨損，已累計(jì)使用6 000 h，因此決定本次檢修不做更換繼續(xù)使用。

停車后進(jìn)入氣化爐激冷室與燃燒室進(jìn)行檢查，激冷室合成氣出口擋板及出口管處較干凈，未見(jiàn)堵塞，破泡條表面附著厚度約10 mm垢片，經(jīng)X射線熒光光譜法(XRF)分析主要為鈣、鋁、硅酸鹽及硫酸鹽形成的復(fù)合物。對(duì)激冷環(huán)處進(jìn)行檢查，激冷環(huán)環(huán)隙及水分布孔未發(fā)現(xiàn)堵塞，激冷水分布較好，下降管未出現(xiàn)鼓包變形[7-8]。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次對(duì)備用爐的檢查發(fā)現(xiàn)，燒嘴經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期運(yùn)行后，其冷卻水盤(pán)管出現(xiàn)沙眼，端面出現(xiàn)龜裂與凹坑，導(dǎo)致回水中檢測(cè)到CO，且停車后拔出較為困難。上層膨脹縫耐火磚(主要為M8H磚)磨損速度過(guò)快，需要定期更換。水洗塔塔盤(pán)堵塞較嚴(yán)重，每次需要射流清洗。閃蒸系統(tǒng)防沖刷擋板長(zhǎng)周期運(yùn)行容易被打穿，尤其是低壓閃蒸擋板，低壓閃蒸、真空閃蒸擋板支架需要更換為耐磨材質(zhì)。通過(guò)備用爐檢修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行整改，為后期氣化爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。