粉煤氣化裝置黑水閃蒸系統(tǒng)磨損原因分析及優(yōu)化

徐慶磊

(山東潤銀生物化工股份有限公司， 山東東平 271509)

山東潤銀生物化工股份有限公司(簡稱潤銀公司)擁有3臺2 000 t/d級HT-L粉煤氣化爐，分別于2012年12月、2017年4月開車成功，目前氣化爐運(yùn)行穩(wěn)定，在集團(tuán)公司合成氨原料路線改造中發(fā)揮了重大作用[1]，實(shí)現(xiàn)了公司尿素產(chǎn)品的新舊動能轉(zhuǎn)換，節(jié)約了煤炭資源，增強(qiáng)了企業(yè)競爭力。目前，潤銀公司86 000 m3/h法國液化空氣集團(tuán)氮?dú)庋h(huán)空分裝置及日處理煤量3 500 t級超大型HT-L粉煤氣化爐安裝已經(jīng)完成，預(yù)計(jì)2021年6月竣工投產(chǎn)，該HT-L粉煤氣化爐采用半廢鍋技術(shù)，有效利用了熱量，副產(chǎn)高壓蒸汽。

粉煤氣化裝置正常運(yùn)行期間，從氣化爐激冷室和合成氣洗滌塔底部來的含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的黑水在通過角閥減壓后，再通過角閥后部短節(jié)送入高壓閃蒸罐進(jìn)行閃蒸，脫出高壓黑水中含有的大量的酸性氣體，其中,夾雜著含固量較高的黑水在高壓閃蒸罐底部經(jīng)短暫沉降后流往真空閃蒸罐。由于角閥閃蒸前后壓力差別較大，且黑水中含固量高，閃蒸后黑水流速也高，造成高壓閃蒸罐角閥閥體及閥后短節(jié)沖刷磨損嚴(yán)重[2]。在該粉煤氣化裝置運(yùn)行期間，曾多次因磨損嚴(yán)重出現(xiàn)黑水泄漏現(xiàn)象，如果泄漏點(diǎn)不能及時消除將會造成裝置停車，對裝置長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

1 工藝概述

來自氣化爐激冷室和合成氣洗滌塔的黑水經(jīng)減壓角閥減壓后進(jìn)入高壓閃蒸罐閃蒸，在0.55 MPa壓力下進(jìn)行低壓閃蒸，然后再進(jìn)入真空閃蒸罐，在-0.05 MPa下進(jìn)行真空閃蒸，部分可溶性氣體從黑水中解吸出來。黑水經(jīng)過閃蒸濃縮后，進(jìn)入沉降槽沉降分離，底部輸出固體濾餅，上部溢流澄清灰水，灰水再進(jìn)行循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)了熱量回收、節(jié)約用水的目的。

為了降低高壓黑水對閥后管道及高壓閃蒸罐人字板的沖擊，對高壓閃蒸角閥進(jìn)行倒裝，充分利用黑水自身重力。閃蒸后的黑水先沖擊液面，由于先克服自身重力勢能，減緩了閃蒸黑水的運(yùn)行速度，有效降低了磨損動能；黑水角閥往上部分短節(jié)同時也采用了耐磨鑄鐵內(nèi)筒，提高使用壽命；同時，在高壓閃蒸罐入口處設(shè)置耐磨襯板，以減緩高壓黑水對高壓閃蒸罐人字板內(nèi)件的沖刷。

2 黑水閃蒸角閥短節(jié)磨損情況

自該粉煤氣化裝置開車以來，通過對相關(guān)管道測厚數(shù)據(jù)的分析并結(jié)合設(shè)備檢修拆檢可以看出:由于激冷室外排黑水及洗滌塔外排水中含有大量固體顆粒，不僅對高壓閃蒸罐角閥彎頭處沖刷磨損嚴(yán)重，而且對高壓閃蒸罐入口人字板磨損較大(見圖1)，曾多次出現(xiàn)高壓閃蒸罐角閥處磨損泄漏情況，造成每次系統(tǒng)停車檢修，需要對高壓閃蒸罐角閥處短節(jié)及高壓閃蒸罐人字板進(jìn)行更換加固處理[3]。

圖1 高壓閃蒸罐黑水入口人字型分布板

3 原因分析

(1) 來自激冷室和合成氣洗滌塔的高壓黑水經(jīng)過節(jié)流減壓后，黑水流速極速增大，對角閥閥體、后續(xù)管道及高壓閃蒸罐內(nèi)件沖刷磨損嚴(yán)重,極易造成磨損泄漏。

(2) 高壓黑水經(jīng)過角閥減壓閃蒸后，由于緩沖空間極小，動能衰減慢，對角閥、后續(xù)管道及高壓閃蒸罐內(nèi)件直接沖刷且接觸時間長，產(chǎn)生沖刷腐蝕。

(3) 氧煤比控制偏低，造成氣化爐內(nèi)粉煤燃燒不充分;灰水含固量高，造成系統(tǒng)灰水處理負(fù)荷增大。氣化爐爐況的不穩(wěn)定,使黑水管線的磨損沖刷加大。

(4) 渣鎖斗系統(tǒng)故障，集渣時間過長，大顆粒灰渣流入黑水系統(tǒng)，造成黑水系統(tǒng)負(fù)荷加大，大顆粒灰渣由于質(zhì)地堅(jiān)硬，對角閥、后續(xù)管道及高壓閃蒸罐內(nèi)件磨損程度加大。

(5) 激冷室內(nèi)部積灰到一定程度時，合成氣上升阻力加大，部分合成氣會隨著黑水從激冷室排水系統(tǒng)流向高壓閃蒸罐。由于黑水中攜帶大量合成氣，流經(jīng)角閥后黑水狀態(tài)為氣液夾帶，更易造成高壓閃蒸罐角閥、后續(xù)管道及高壓閃蒸罐內(nèi)件的沖刷磨損。

4 改進(jìn)流程及工藝優(yōu)化

經(jīng)過研究論證，并結(jié)合裝置實(shí)際運(yùn)行情況，對角閥裝配進(jìn)行變更升級，將角閥由臥式橫噴安裝改為立式上噴安裝(見圖2)，并在與黑水接觸的閥座底部內(nèi)壁加襯Ni-Hard合金。高壓黑水流經(jīng)角閥后，流向發(fā)生變化，先克服自身重力，流速減緩后再進(jìn)入高壓閃蒸罐內(nèi)部進(jìn)行閃蒸處理，既減緩了對角閥的磨損，又降低了對高壓閃蒸罐內(nèi)件的沖刷磨損，極大降低了對設(shè)備內(nèi)件的磨蝕，使設(shè)備管道發(fā)生泄漏的概率大大降低。

圖2 立式上噴安裝方式

在角閥流程及管道設(shè)備改造的基礎(chǔ)上，氣化爐爐況的優(yōu)化高效運(yùn)行也是關(guān)鍵。在控制入爐煤配比的同時，結(jié)合爐溫狀況，維持高氧煤比運(yùn)行，可以降低黑水中的含固量，減輕對設(shè)備和管道的磨損；穩(wěn)定系統(tǒng)加藥量，確保系統(tǒng)灰水置換量及淤漿量的穩(wěn)定送出，降低系統(tǒng)灰水處理負(fù)荷[4]。

確保渣鎖斗系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證激冷室內(nèi)灰渣的及時排除，防止灰渣在激冷室底部過多沉積后隨黑水排出系統(tǒng)流向高壓閃蒸罐、真空閃蒸罐等裝置。

對閃蒸罐入口處人字板進(jìn)行加裝耐磨襯板，增強(qiáng)其耐磨強(qiáng)度，延長使用壽命。

合理摻燒氣化爐煤種，確保渣口盤管、激冷環(huán)完好，防止激冷室積灰，避免合成氣竄入黑水排放系統(tǒng)，造成氣液夾帶。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對高壓閃蒸罐入口角閥的改造及耐磨襯板的使用，有效解決了黑水系統(tǒng)的磨損問題，延長了粉煤氣化裝置的運(yùn)行周期，確保了粉煤氣化裝置的安全環(huán)保運(yùn)行，提高了經(jīng)濟(jì)效益。