孔德升 马小刚

（新能凤凰滕州能源有限公司，山东 滕州277527）

某公司720kt/a甲醇项目采用多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺，配套生产工序包括140t/h锅炉3套、42×103m3/h空分装置2套、1.5kt/d四喷嘴气化炉3台、净化和合成精馏装置2套等。气化装置自2009年12月开车成功以来，遇到了一些技术性难题，需要得到解决。

1 问题及处理措施

1.1 高压煤浆泵软管损坏

在运行生产中经常会遇到软管频繁破损的情况，且损坏位置均为靠近出口处，形状为一核桃状的圆孔，不仅增加了生产成本和检修任务，而且经常出现非计划停车。

导致软管如此损坏的原因有：尖锐金属异物刺破，运动时长时间过度变形，缸头内侧与出口压差大造成软管的过度挤压。通过对设备、工况、工艺操作3方面进行分析，制定了预防菲鲁瓦软管隔膜泵软管和隔膜损坏的措施，取得了较好的效果[1]。

高压煤浆泵启动前需将泵转速调至最低，以最低转速启动高压煤浆泵；现场与远程控制切换时，需将2者泵转速设定值调为一致，转速加减采取“小幅多次”原则，幅度≤10r/min。为避免煤浆循环管线压力调节阀开度过小致使高压煤浆泵出口管线憋压、超压，带压联投时系统压力控制在4.0MPa，高压煤浆泵出口压力提至4.8MPa进行带压联投操作；试泵时，满负荷时泵出口所需压力由原来的7.5MPa降为5.0MPa。停车前将负荷降至投料负荷（双系统运行时还应切气放空，停车后快速关闭合成气压力调节阀），减小停车瞬间系统压力的波动。规范防冻液添加操作，杜绝防冻液添加不足、过量或存有气体。煤浆管线泄压改进，煤浆管线泄压从煤浆管线第1道切断阀与煤浆第2道切断阀之间导淋阀处缓慢泄压。

1.2 锁斗系统阀门内漏频繁

工艺水中含固量高，对阀芯磨损力大，锁渣阀磨损内漏需要定期更换是业界的技术难题，在开车初期就出现锁斗泄压阀和锁斗泄压管线冲洗水阀关闭不到位造成内漏的现象。研究认为执行机构力度不够，随后将单气缸更换为双气缸，锁斗泄压阀和锁斗泄压管线冲洗水阀的使用5个月无问题。

在系统运行中出现多台气化炉锁斗进口阀动作卡涩甚至开关不到位现象，停车拆检锁斗进口阀阀芯严重磨损变形，对比气化炉运行工况发现，锁斗进口阀阀芯损坏前均出现锁斗内漏不保压的现象，在锁斗充压阀关闭至锁斗进口阀打开存在时间差，由于锁渣阀内漏，气化炉压力高出锁斗压力很多，阀芯受到向下的挤压力影响阀芯的正常开关，锁斗进口阀打开瞬间积攒大量灰渣的工艺水在高压差下以高流速通过未全开的阀芯，造成的磨损成倍增加。

改进措施：当锁渣阀内漏不保压时及时更换，操作中禁止在气化炉压力高于锁斗压力0.3MPa的工况下打开锁斗进口阀。

1.3 系统结垢问题

气化装置产生的灰、黑水属于高硬度、高pH、高悬浮物含量的严重结垢型水质[2]。在生产中CaCO3结垢最为常见，王庆武等指出，高温下CaCO3溶解于水中，水温降低时CaCO3解析成晶核并不断增大，附着在管道和设备内壁形成结垢，因此优化水质（减少工艺水中结垢离子的含量）是减轻系统结垢的根本措施[3]。

灰、黑水中的灰渣均来源于煤，选取较好的煤质和控制适宜的气化炉操作工况是改善系统水质的源头，廖胡等模拟实验证明，当渣口堵塞、炉温过高工况下会产生大量飞灰随黑水进入闪蒸系统[4]。此外，当锁斗系统故障，集渣时间过长时，也会有大量灰渣随黑水进入闪蒸系统，增加沉降系统负荷。

水质的工艺指标包括pH、浊度（或悬浮物含量）、钙离子含量、总硬度、碱度、氯离子含量、电导率、COD、氨氮含量等，通常以pH、浊度、碱度、钙离子含量指标为主，因为这些指标与灰、黑水结垢的程度有直接关系[2]。

预防结垢最重要的环节就是药剂的添加，药剂有絮凝剂和阻垢分散剂2种，对于阻垢分散剂来说，应选用阻垢分散性能优异、耐高温和高压、抗分解的药剂；对于絮凝剂而言，选取絮凝速度快、絮凝团大、浊度低和对煤种适应能力强的药剂[5]。阻垢分散剂和絮凝剂必须稳定连续投加保证水系统各工段中药剂含量在要求的控制范围内。水系统水质发生变化，应适当调整加药量，尤其是出现絮凝效果恶化情况时，应及时调换药剂，以保证水系统稳定运行。

在药剂投入上絮凝剂的投加成本只占整个系统加药成本（絮凝剂+阻垢剂）的10%左右，所以应尽可能保障系统絮凝剂添加量达到最佳使用量以保障沉降效果。但也不是越多越好，絮凝剂量过大时，压滤机滤饼含水量增高甚至淌浆，因澄清槽底部沉泥粘度过高，超过泵送能力有时出现泵不打量等情况，黑水温度会影响絮凝剂的活性，运行中要保证真空闪蒸罐真空度的稳定[5]。

氯离子含量、电导率的影响也不容忽视，氯离子含量高，在高温、高压下会对设备（特别是不锈钢）产生较强的化学腐蚀；电导率过高，表明水中离子含量高，可导致盐析。对于灰水中的pH、碱度、氯离子及钙离子含量、电导率等指标，一般采用调节灰水去污水处理站的排放量及足够的新鲜水补入进行置换的方式来平衡控制，补入的新鲜水最宜为脱盐水（补入一次水会引入钙镁离子，增加系统结垢的负担）。

1.4 开工抽引系统消音器堵塞

开工抽引系统是气化炉的重要辅助装置之一，起到建立炉膛真空度、调整火焰长度、防止安装或拆除工艺烧嘴时回火伤人和控制气化炉升温和降温速率的作用。随系统运行周期的延长，开工抽引系统逐渐表现为真空度低和消耗蒸汽量大，当蒸汽量增加到一定程度气化炉内有蒸汽冒出、出消音器的蒸汽夹带部分的黑灰，拆检消音器发现内件几乎被细灰堵死。

分析原因认为，装置投运初期气化炉运行周期较短，在合成气出口去开工抽引器的弯头处积累的细灰减少，随系统运行周期的不断刷新，细灰累积量增大，停车投用开工抽引器时大量细灰被蒸汽带走，消音器结垢紧密，细灰撞击到壁面被收集不断积累形成堵塞。

优化措施：每次停车后对合成气出口处积灰进行清理；控制气化炉液位不要太高防止带水带灰；选用优质煤种和适宜的控制炉温，避免高炉温或渣口堵塞时产生细灰增多；停车后，抽引蒸汽加量要缓慢，出现消音器堵塞现象可将抽引蒸汽量加到最大，吹扫疏通。

1.5 灰水换热器堵塞

灰水系统换热器分锁斗冲洗水换热器和废水换热器2种，平均使用1个月便会出现堵塞灰水流量降低的现象。为维持系统运行，通常采用旁路控制的方法保证供水，较多的灰水未经过换热水温升高，造成锁斗充压缓慢、渣池水温升高（特别在冬季，在捞渣机周围产生大量蒸汽，影响巡检安全和渣样的观察）和废水生物菌减少等一系列安全和环保问题。

一般的处理方法是利用气化炉检修的时间进行高压清理，但不仅费用高，而且频繁的清理或造成换热器管束减薄、泄露，最终减少换热器的实际换热能力和流通能力，不能从本质上解决问题。

在拆检过程中发现换热器为沉积结垢堵塞，质地疏松较容易清理，分析原因认为，灰水在管道中流速较低只能达到0.07m/s，进入换热器封头后灰水流速更低，灰水中颗粒的重力势能大于动能逐渐沉积造成堵塞。

优化措施：优化系统水质，增加了絮凝剂和分散剂使用量，改进了絮凝剂的配制方法，控制系统水质浊度≤50，碱度+硬度≤18mmol/L，7≤pH≤8.3；灰水槽定期排污，根据大修过程中灰水槽内均有大量淤泥存在（灰水槽直径10.5m内介质流速最低，细灰的沉积现象最为显著），制定了灰水槽定期排污的措施，运行班组在接班后和班中各排污1次；将锁斗冲洗水流量由原来的45m3/h增大至75m3/h，通过增大灰水湍流程度的方法减少灰渣沉降。

现在换热器使用周期有了较大程度的改善，使用周期延长至2个月，但依然不能满足气化炉运行周期的需要。为此制定了进一步优化措施，计划将3台锁斗冲洗水换热器并联使用，2套系统运行时仅投用1台换热器，使灰水在管线和换热器内的流速增加1倍，如果效果明显还将运用到废水换热器中。

1.6 渣池泵出口流量调节阀磨损内漏

渣池泵出口流量调节阀内漏在不少厂家都出现过，咎其原因在于工艺水含固量高，对阀芯长时间冲刷所致，有些厂家取消渣池泵出口流量调节阀将渣池泵电机更换为变频电机，虽然能起到避免调节阀磨损问题，但资金投资入增加多，起不到根治的目的，渣池泵叶轮和出口管线弯头的磨损依旧存在，检修成本依然很高。

优化措施：首先要保障渣池溢流阀的正常开闭，排渣时阀门不关闭或者关闭不到位，排入捞渣机的灰渣来不及沉降便会进去渣池内；控制适宜的锁斗排水量，使排渣后的渣水不会从捞渣机溢流到渣池内；适当延长锁斗出口阀关闭至渣池溢流阀打开的设定时间，给灰渣更多的沉降和打捞时间，由原设计的5min延长至15min，这对优化渣池内水质起到关键作用。

1.7 优秀的技改技措

1)煤称重给料机下煤口增设鼻子版，可有效拦截原料煤中的铁丝、木楔、布条等杂物，改善了磨煤机进料质量；

2)将磨煤机进料管容易磨损的管段底部利用废弃的下降管材料更改为梯状结构，充分利用以煤抗煤的机理，形成动态保护层，减缓管道磨损；

3)将低压灰水引入冲洗水管网，利用系统内水完成各种冲洗工作，减少了一次水补入量；

4)沉降槽底流泵改为变频电机，有效解决了管线堵塞问题，并节省了出口流量调节阀频繁磨损检修的消耗；

5)在烧嘴冷却水故障联锁中增加了出进口流量差高高跳车联锁，使烧嘴冷却水系统联锁更加灵敏、安全、准确；

6)设立了水煤气手动取样系统，与在线分析取样分开，避免了手动分析后在线分析检测失真的现象。

2 尚存问题及改进方案

2.1 低压闪蒸蒸汽量大，热量回收问题

随着装置设计规模的不断增大，3级闪蒸和4级闪蒸越来越多得到应用，富产的蒸汽用于除氧器的热力除氧还有大量剩余，全部送去除氧器会造成带水，直接放空既污染环境又噪音污染。曾改造引入变换汽提塔作汽提汽，但影响汽提效果系统氨氮升高，未取到较好的效果。

计划增加换热器，大部分闪蒸汽用以对进除氧器和絮凝剂槽的脱盐水预热，少部分送入除氧器热力除氧，即可以增加除氧器除氧效果，又可以提高配制絮凝剂水温，增大溶解度减少未溶解胶团的产生，提高热量的回收利用率。

2.2 闪蒸系统角阀下筒体频繁磨损

气化炉排出的6.4MPa黑水经角阀减压后进入蒸发热水塔（0.8MPa），压差达到5.6MPa。黑水的温度为215℃，减压至0.8MPa后，黑水迅速汽化转变为蒸汽，体积迅速膨大，角阀减压后的黑水流速增大，其中夹带的细灰颗粒随之加速。阀门选型偏大致使正常生产时角阀开度过小（一般在15%～20%阀位），气液固混合介质流向改变，在惯性作用下对三通内侧筒体造成冲击，频繁磨漏补焊困扰长周期的稳定运行，考虑到硬件设施更改难度大、费用高，在角阀前增加限流孔板可以减小角阀前后压差增大角阀使用时的开度，能否有效还需要装置运行进行验证。

3 总结

具有完全知识产权的多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术，自首套四喷嘴气化炉投入工业应用以来，经过研发人员及应用单位技术人员不断的改进，装置运行稳定，运行周期不断刷新，各项指标达到均达到当前大型煤气化技术的国际领先水平，与同类技术相比，显示出了突出的技术优势。今后随着系统的不断完善，和运行周期的不断刷新，还会暴露出更多的问题，交流、互通、互助才是中国煤气化不断发展和前行的保障。

[1]孔德升,孙化祥,李福文.菲鲁瓦隔膜泵软管损坏原因分析及预防措施[J].中氮肥,2013(6):48-50.

[2]朱敏,刘光华,赵爽,等.多喷嘴对置式水煤浆加压气化装置水系统处理及运行建议[J].化肥工业,2012,39(6):8-11.

[3]王庆武,李玲.换热器水系统结垢机理探讨[J].安徽化工,2006,32(2):60.

[4]廖胡,郭庆华,梁钦锋,等.多喷嘴对置式气化炉中飞灰性质[J].化工学报,2009,60(11):2918-2923.

[5]郭全平,吴怀武,周晓明.德士古气化黑水絮凝剂的选择与应用[J].工业水处理,2010,12(30):90-99.