航天爐上升管和下降管堵塞原因分析及預(yù)防措施

高 飛，李海東，曹國強(qiáng)，呂磊鑫，李自恩

（陜煤集團(tuán)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000）

引言

我國能源的基本現(xiàn)狀是富煤、缺油、少氣，粉煤氣化是實(shí)現(xiàn)煤炭深加工、高效、清潔利用的重要技術(shù)和主要手段。目前國際上主流粉煤氣化技術(shù)有Choren（科林）、Shell（科林）、GSP（西門子）、ShengNing（神寧）和HT-L（航天）。其中，航天爐粉煤加壓氣化工藝是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，它汲取了殼牌、GSP 等加壓氣化工藝設(shè)計(jì)理念及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，成為一項(xiàng)創(chuàng)新性的加壓氣流床工藝。該技術(shù)具有明顯優(yōu)勢，突顯了投資成本低、建設(shè)周期短、操作簡易方便、易于集中式管理、降低能耗等特點(diǎn)[1]。航天粉煤加壓氣化技術(shù)依靠其優(yōu)異工藝指標(biāo)和安全性能得到業(yè)界認(rèn)可，國內(nèi)先后有數(shù)家單位累計(jì)引進(jìn)HT-L（航天）煤氣化工藝。隨著該技術(shù)的連續(xù)應(yīng)用，HT-L 煤氣化工藝在經(jīng)歷艱難探索和不斷優(yōu)化后，實(shí)現(xiàn)百日運(yùn)行已成為常態(tài)化，并不斷創(chuàng)造單爐高負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行的紀(jì)錄。然而一些瓶頸問題制約著HT-L（航天）煤氣化裝置的安穩(wěn)長滿優(yōu)長周期運(yùn)行，氣化爐環(huán)隙堵渣問題就是其中之一。本文通過對某廠航天氣化爐下降管與上升管環(huán)隙間堵渣故障進(jìn)行分析，探究了事故原因，并提出合理的預(yù)防措施。

1 環(huán)隙堵塞現(xiàn)象分析

通過對某廠航天氣化爐在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中的分析，該氣化爐長期高負(fù)荷運(yùn)行，根據(jù)表現(xiàn)出一系列復(fù)雜現(xiàn)象，總結(jié)出氣化爐激冷室、上升管與下降管之間積渣及堵塞判斷依據(jù)。

1）氣化爐液位由39%左右，先緩慢上升，后上升速度加快直至100%，現(xiàn)場液位計(jì)也是顯示滿量程，期間加大排黑量直至最大并對氣化爐進(jìn)行減負(fù)荷，經(jīng)降負(fù)荷后液位降到70%左右，但波動(dòng)較大。

2）氣化爐壓力在指標(biāo)范圍內(nèi)，系統(tǒng)壓差從146 kPa漲至186 kPa；

3）氣化爐液位上升的同時(shí)，氣化爐托盤溫度也出現(xiàn)緩慢上升趨勢，最高溫度達(dá)到243.7 ℃，氣化爐液位波動(dòng)前，托盤溫度正常在220 ℃左右；

4）合成氣出口溫度出現(xiàn)過2 次波動(dòng)，最高為215.2 ℃，正常運(yùn)行溫度在200 ℃左右；

5）渣口壓差出現(xiàn)波動(dòng)，最高漲至100 kPa，后恢復(fù)至70 kPa。

2 環(huán)隙堵塞原因分析

2.1 現(xiàn)場檢修圖分析

圖1 為氣化爐拆開后上升管與下降管環(huán)隙，由圖1可見，上升管與下降管環(huán)隙積渣嚴(yán)重，幾乎全部堵塞。

圖1 氣化爐上升管與下降管環(huán)隙

圖2 為合成氣出口短節(jié)，第226 頁圖3 為氣化爐排黑管線。對圖2、圖3 觀測可以發(fā)現(xiàn)，合成氣出口短節(jié)與氣化爐排黑水管線基本無積灰、積渣現(xiàn)象，但有垢片，厚度為1 mm～2 mm。

圖2 氣化爐合成氣出口短節(jié)

圖3 氣化爐排黑管線

由以上宏觀圖可以分析得到，正常情況下，粗合成氣經(jīng)下降管進(jìn)入激冷室水浴洗滌和冷卻后，按一定體積比分別經(jīng)上升管和下降管之間的環(huán)隙及上升管與激冷室筒體之間向上去粗合成氣管線，然后進(jìn)入洗滌塔。當(dāng)氣化爐激冷室內(nèi)上升管和下降管之間的環(huán)隙部分堵塞時(shí)，合成氣流向體積比被打破。通過上升管和下降管之間環(huán)隙的合成氣量隨著環(huán)隙的不斷堵塞而逐漸減小，直至為0。同時(shí)，從上升管與激冷室筒體之間的環(huán)隙到粗合成氣管線的粗合成氣體量逐漸增大，且合成氣在上升的過程中未經(jīng)過分離擋板的碰撞去灰，結(jié)果使大部分粗合成氣夾帶著大量的灰渣沖刷和集聚在氣化爐托盤底部，氣流不能在此處流動(dòng)，導(dǎo)致托盤降溫效果不明顯，從而引起氣化爐底部托盤溫度緩慢上升。與此同時(shí)，由于通過上升管與下降管之間的環(huán)隙和上升管與激冷室筒體的合成氣分配比例發(fā)生很大變化，大部分甚至全部合成氣從上升管與激冷室筒體之間返回，造成氣化爐激冷水液泛，液位不穩(wěn)定，形成假液位。氣化爐激冷室真實(shí)液位低導(dǎo)致合成氣洗滌不均勻，使合成氣出口溫度上漲。

2.2 原料煤影響

該廠主煤源來自紅慶河、圣圓、馬泰壕，配煤為華岳、嘉能、明滿、申海、中煤、石拉烏素及紅慶河煤泥，共10 種煤源。主煤和和配煤的配制比例（質(zhì)量比）為2∶1～5∶1，出現(xiàn)堵渣前，紅慶河煤供應(yīng)量下降。期間煤種灰分不穩(wěn)定，波動(dòng)較大，最高20.16%，最低9.95%，收到基低位發(fā)熱量最低20.9 MJ/kg，最高24.6 MJ/kg，部分煤灰組成未檢測，黏溫曲線未檢測，操作窗口不明確，煤種不穩(wěn)定造成氣化爐熱負(fù)荷不穩(wěn)定，爐況發(fā)生變化，灰分低時(shí)，熱負(fù)荷升高，合成氣帶水，部分未完全反應(yīng)的固定碳（細(xì)粉）更加容易被合成氣帶走，另外，如果煤中Ca2+、Mg2+離子增加，氣化爐燃燒室的粗煤氣中含有CO2酸性氣溶于激冷水中，形成的CO32-與Ca2+、Mg2+離子反應(yīng)組成CaCO3和MgCO3附著在上升管內(nèi)壁和下降管外壁上，造成堵塞。

2.3 激冷室液位計(jì)影響

該廠出現(xiàn)現(xiàn)場液位計(jì)與遠(yuǎn)傳液位計(jì)偏差大，遠(yuǎn)傳液位計(jì)顯示偏高，偏差在8%左右，出現(xiàn)偏差后經(jīng)過3 次切除聯(lián)鎖排查處理，現(xiàn)場液位計(jì)根部均通暢，說明氣化爐液位計(jì)沖洗水改造效果較好，現(xiàn)場液位計(jì)顯示準(zhǔn)確。期間車間要求氣化爐液位控制在30%以上，遠(yuǎn)傳液位計(jì)顯示在29%左右，但激冷室實(shí)際液位偏低，加上氣化爐負(fù)荷較高，導(dǎo)致合成氣洗滌效果差，大量固體顆粒隨合成氣被帶出，遇到分離擋板返回在環(huán)隙間集聚造成堵渣。

2.4 煤線煤流量波動(dòng)影響

該氣化爐煤線出現(xiàn)煤線煤量大幅度下降現(xiàn)象，角閥從63%開大至100%煤量漲至18 t～25 t 之間，由于角閥全開后煤流量波動(dòng)較大，經(jīng)反吹煤量上漲至28 t 左右，期間閥門開度一直保持100%。氣化爐降負(fù)荷后，計(jì)劃對下料器及角閥進(jìn)行檢查，但因相關(guān)閥門關(guān)不到位，煤線無法交出，煤線重新投用，但煤量又出現(xiàn)掉幅大的現(xiàn)象，角閥從50%開大至100%煤量波動(dòng)在23 t 左右，煤量未出現(xiàn)上漲。后續(xù)多次對煤線進(jìn)行反吹，煤量開始上漲逐漸將角閥收至48%，煤量穩(wěn)定在30 t 左右。在工藝交出檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)煤線里有扁鐵，給料罐導(dǎo)流筒損壞嚴(yán)重，導(dǎo)致煤線煤流量不穩(wěn)定。流量波動(dòng)大，燃燒火焰會(huì)不穩(wěn)定，從而使氣化爐溫度波動(dòng)比較頻繁。

3 預(yù)防措施

1）選用穩(wěn)定的煤種煤源，及時(shí)對煤質(zhì)進(jìn)行分析，關(guān)注煤質(zhì)指標(biāo)變化；更換煤種時(shí)，計(jì)算好入爐時(shí)間，發(fā)現(xiàn)爐況變化及時(shí)調(diào)整氧煤比，同時(shí)將殘?jiān)?、目前涉及使用和?jì)劃使用煤種取樣交給專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行化驗(yàn)分析，分析造成氣化爐激冷室及上升管與下降管環(huán)隙堵塞的煤種，以便控制后續(xù)原料煤的采購計(jì)劃。

2）避免氣化爐快速升降負(fù)荷，控制激冷室液位在30%以上，避免氣化爐液位大幅度波動(dòng)，在操作過程中若現(xiàn)場液位計(jì)與遠(yuǎn)傳液位計(jì)出現(xiàn)偏差，以現(xiàn)場實(shí)際液位為主。

3）加大系統(tǒng)水循環(huán)量，激冷水流量調(diào)節(jié)閥保證全開，加大氣化爐排黑水量，加強(qiáng)水質(zhì)分析，及時(shí)調(diào)整，確保系統(tǒng)水質(zhì)合格，增強(qiáng)專業(yè)技能，嚴(yán)禁盲目增減激冷水含量。

4）在日常作業(yè)中，需要增加對相關(guān)數(shù)據(jù)儀表等的監(jiān)查和排查力度，確保在事態(tài)嚴(yán)重之初便發(fā)現(xiàn)問題，在結(jié)合當(dāng)時(shí)工作情況下，最終做出正確的應(yīng)對措施，確保準(zhǔn)確的定位堵渣點(diǎn)的位置。