煤氣化裝置文丘里洗滌器內結垢問題的探討

　　摘要：針對生產過程中出現(xiàn)的濕洗單元洗滌水固含量過高、洗滌水量低、合成氣系統(tǒng)阻力大等問題，詳細分析了問題產生的原因并提出了預防措施。

　　關鍵詞：氣化爐;文丘里洗滌器;洗滌水;氟化物;結垢

　　煤氣論文投稿刊物：《煤氣與熱力》(月刊)創(chuàng)刊于1978年，由中國市政工程華北設計研究院等單位主辦。主要刊登城市燃氣和熱力方面的技術性和學術性論文、生產總結、專題綜述、技術簡訊。讀者對象為全國各地燃氣公司、熱力公司、有關設計院、科研單位的工程技術人員和管理部門的工作人員。

　　我公司采用的是日投煤量1100t/d殼牌煤氣化裝置，產出的粗合成氣送至凈化、合成及精餾工序，最終產出甲醇產品。殼牌粉煤氣化工藝是采用干粉進料，氧氣和水蒸汽作為氣化劑的加壓氣流床氣化技術。氣化反應室出口的熱合成氣被低溫合成氣快速冷卻，通過干法除灰將合成氣中的飛灰脫除，最后經過濕洗單元將合成氣中的酸性氣去除。本文對煤氣化裝置運行過程中出現(xiàn)的濕洗單元洗滌水固含量過高、洗滌水流量過低、合成氣系統(tǒng)阻力大等問題進行簡要介紹，并分析問題出現(xiàn)的原因及相應的預防措施。

　　1運行情況簡述

　　煤氣化裝置2月12日投料運行，平均運行負荷85%左右，運行平穩(wěn)，氣化爐與濕洗塔合成氣出口的壓差100kPa左右，急冷氣量120000Nm3/h，進文丘里洗滌器的洗滌水流量約12kg/s。3月2日洗滌水流量在無人為干預的前提下，流量開始出現(xiàn)下降的趨勢，氣化爐與濕洗塔出口壓差緩慢上漲，急冷氣量也開始出現(xiàn)下降的趨勢。3月5日洗滌水流量下降至10kg/s，急冷氣量降至111000Nm3/h，氣化爐與洗滌塔合成氣出口壓差漲至120kPa，取洗滌塔底水樣分析其固含量為1045mg/L，遠高于設計值100mg/L。

　　3月6日洗滌塔塔底水固含量達到1876mg/L，洗滌水流量下降至9.2kg/s，急冷氣量降至107000Nm3/h，氣化爐與洗滌塔合成氣出口的壓差漲至160kPa。根據(jù)上述工況變化，對相關工藝參數(shù)進行調整：減少系統(tǒng)堿的加入量約7%;洗滌水pH的控制范圍修改為6.3～7.0;提高急冷氣壓縮機轉速500rpm;洗滌水系統(tǒng)根據(jù)補水情況盡可能增大排水量;根據(jù)水中固含量變化情況，適當調整氣化運行負荷。3月7日，洗滌塔塔底水中固含量為2260mg/L，其他參數(shù)較為穩(wěn)定。3月10日洗滌塔塔底水固含量為2020mg/L，洗滌水流量下降至7.8kg/s，急冷氣量降至103000Nm3/h，氣化爐與洗滌塔合成氣出口的壓差漲至195kPa。為防止工況繼續(xù)惡化，主動下調氣化運行負荷10%。3月12日，洗滌塔塔底水固含量為996mg/L，由于洗滌水流量低，系統(tǒng)阻力高而導致工況不斷惡化，氣化裝置被迫手動停車。

　　2文丘里洗滌器內結垢情況及原因分析

　　停車后檢查發(fā)現(xiàn)，高溫高壓陶瓷飛灰過濾器第二組反吹氣導向管上的噴嘴松動脫落，掉在小管板上，從而導致過濾器濾芯斷裂并引發(fā)一系列連鎖問題。打開文丘里洗滌器下法蘭后，發(fā)現(xiàn)文丘里洗滌器內壁及中心錐結垢十分嚴重，內部通道截面最小的位置大概只有正常流通面積的3/5，結垢致密堅硬表面光滑，很難清理。在設備表面不同結垢位置取樣品進行X射線熒光分析，分析結果見表1。從上述停車檢查及結垢物分析結果可以看出，結垢物主要成分為氟化物(氟化鈣、氟化鎂)。

　　分析形成氟化物結垢的原因是由于高溫高壓陶瓷飛灰過濾器的反吹氣噴嘴脫落造成了過濾器濾芯斷裂，大量的高溫飛灰隨合成氣進入文丘里洗滌器內，造成循環(huán)洗滌水的固含量大幅增加。在問題發(fā)生時，已經對濕洗塔塔底水的固含量進行分析發(fā)現(xiàn)水中固含量最高已經達到2200mg/L，遠超設計要求的數(shù)值，而高溫合成氣氣相中的氟化物，在文丘里洗滌器的喉管部位與洗滌水劇烈混合。

　　由于水中塵粒含量高，合成氣溫度降低，氣相中氟化物在中心錐及洗滌器內壁凝華堆積，隨著運行時間的推移，結垢累積量逐漸增大，合成氣通道流通截面逐漸減小，洗滌水噴淋阻力增大，前后系統(tǒng)的壓降也在逐漸增大，而且這種結垢是不可逆的過程，裝置的運行數(shù)據(jù)也可以完全佐證這一分析。同時由于系統(tǒng)潔凈合成氣夾帶飛灰嚴重，大量的高溫飛灰會在急冷氣壓縮機入口過濾器的濾網上附著積聚，初期會造成急冷氣流量逐漸降低，嚴重時會導致急冷氣壓縮機喘振跳車的事故發(fā)生，并最終會導致系統(tǒng)緊急停車。

　　3預防措施

　　造成洗滌器內氟化物結垢的主要原因是合成氣中飛灰含量過高，而影響其含量最重要的因素是飛灰脫除單元的除灰效果。此次事故發(fā)生的直接原因就是由于過濾器的反吹氣噴嘴脫落造成了過濾器濾芯斷裂，進而導致一系列問題的出現(xiàn)。為防止類似問題再次出現(xiàn)，我們應做好以下幾方面的預防性檢查與維護。

　　3.1保證除灰單元運行正常

　　1)在初始開車前，除對設備、管線、法蘭連接處等進行檢查外，對一些易發(fā)生問題的部位應仔細檢查。首先，反吹導向管中間的一個小法蘭應該有8個螺栓固定，每次停車檢查時都應該注意這幾個螺栓是否松動。其次，小管板的固定，小管板處的密封由于受上方安裝固定狀態(tài)的影響容易造成泄漏。第三，應對反吹氣導向管的噴嘴進行點焊固定，防止脈沖反吹氣吹掃時引起管線震動造成噴頭的脫落而損壞過濾器的濾芯。2)過濾器的反吹系統(tǒng)啟動前，應保證整個系統(tǒng)處于氮氣氛中，同時系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)，即氣化爐的水汽系統(tǒng)需要有符合工藝要求的水在循環(huán)、急冷氣壓縮機處于工作狀態(tài)等。

　　3)反吹閥門的脈沖吹掃時間的設定值不可隨意改變，如脈沖時間設定過長，可能將已經形成的濾餅吹散形成懸浮狀態(tài)的灰，本應排出系統(tǒng)的灰沒及時排出反而增加了系統(tǒng)的灰負荷，影響濾芯的使用壽命。脈沖時間設定過短，可能導致濾芯上附著的濾餅不能吹除，如果濾餅長時間堆積會在濾芯間形成架橋，最終導致濾芯斷裂。反吹閥的間隔時間也不應隨意改變，實際上濾芯本身是需要足夠的時間進行積灰，通過積灰來保護濾芯，這是由濾芯的本身結構決定的。如果吹掃間隔時間設定太短，濾芯無灰可積，細灰會進入濾芯的骨架結構，嚴重影響濾芯的使用壽命，增加濾芯清洗的頻率。如果吹掃間隔時間設定的太長，導致濾芯間的積灰架橋，又極易損壞濾芯。無論采用哪種控制模式，都不建議盲目的優(yōu)化。4)在生產過程中對過濾器的反吹氣壓力、溫度的控制要求的十分嚴格。

　　5)反吹閥的檢查維護。主要包括閥門儀表氣過濾器的清潔程度，閥門定位器至氣缸各部件及各管線的緊固件是否松動，檢查填料函及法蘭連接處是否有工藝介質泄漏，壓蘭及閥桿連接件是否緊固，閥桿是否運行平穩(wěn)，閥門各部件(包括管口內部)有無腐蝕，儀表進線口密封是否良好等。由于在部分現(xiàn)場出現(xiàn)過由于反吹系統(tǒng)儀表閥的閥桿未對正、閥芯脫落等而導致陶瓷濾芯折斷的事故，給生產造成很大的損失，所以儀表閥門維護保養(yǎng)的好壞對高溫高壓飛灰過濾器的能否穩(wěn)定運行有著極其重要的影響。

　　6)控制系統(tǒng)的檢查維護，控制系統(tǒng)的檢查維護主要指現(xiàn)場控制柜的維護，現(xiàn)場控制柜的工作環(huán)境由于是露天的，其電子元件容易老化，如控制柜出現(xiàn)故障不但會破壞生產的穩(wěn)定運行，還有可能會導致系統(tǒng)停車甚至發(fā)生設備損壞的事故。所以建議使用兩套控制柜，一開一備。7)對于運行時間較長或反吹氮氣溫度較低的現(xiàn)場，應注意檢查反吹閥出口管內壁、反吹管管口法蘭及內壁、反吹文丘里管內壁等的腐蝕情況，由于以上幾處可能會出現(xiàn)冷熱氣流混合而出現(xiàn)露點腐蝕等問題。

　　3.2嚴格控制原料煤中的氟含量在保證入爐煤種主要指標穩(wěn)定的前提下，通過混配煤降低入爐煤種的氟含量。

　　3.3增加濕洗單元排水量通過增加濕洗單元的排水量來降低系統(tǒng)氟化物含量及固含量，防止鹽類物質囤積。

　　3.4文丘里洗滌水噴淋頭改造適當擴大洗滌水噴淋小孔的尺寸，防止雜質堵塞噴淋孔而影響洗滌效果。

　　4結語

　　合成氣洗滌效果的好壞直接關系到下游管線、設備的運行安全與否。本文根據(jù)系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的濕洗單元洗滌水固含量過高、洗滌水流量過低、合成氣系統(tǒng)阻力大等問題，并結合裝置停車后的檢查結果，分析了問題產生的原因，并提出了相應的預防措施。在運行過程中形成的氟化物結垢是無法消除的，所以不但要在開車前應進行詳細的檢查及核對，而且在運行過程中對指標應該嚴格把控，避免因結垢問題而導致系統(tǒng)停車。

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