王鹏山， 李忠勇

(陕西长青能源化工有限公司， 陕西宝鸡 721400)

煤气化技术是煤炭清洁转化的核心技术之一，是发展煤基化学品、煤基液体燃料等过程工业的基础。目前，无论是粉煤气化技术还是水煤浆气化技术，原料煤在气化炉内燃烧反应生成的水煤气中都含有大量的碳灰。通过洗涤塔水浴和足够的气液分离空间，可以使水煤气中的固体颗粒分离出来，达到洗涤水煤气的效果[1-2]。水煤气洗涤后产生高含固量的黑水，排放至渣水闪蒸及沉降系统处理后循环使用。

陕西长青能源化工有限公司60万t/a甲醇项目使用德士古水煤浆气化工艺，在工业生产运行过程中，洗涤塔的排黑管线在气化炉投料后经常出现堵塞现象，严重影响气化炉系统长周期安全运行。因此，笔者对影响洗涤塔排黑管线稳定运行的原因进行分析，并提出解决方案。

1 工艺流程

气化炉系统工艺流程见图1。

H1301—破渣机； F1301—气化炉; V1309—渣池； XV1336—激冷水过滤器底排黑切断阀; TI1315—气化炉工艺气出口温度计; PI1322—气化炉工艺气出口压力表; PI1336—激冷水过滤器压力表; FIC1332—激冷水流量计; P1306—激冷水泵； J1303—文丘里喷射洗涤器； C1301—洗涤塔； V1401—高压闪蒸罐; LIC1331—洗涤塔液位计; TI1319—洗涤塔排黑温度计。图1 气化炉系统工艺流程

原料在气化炉(F1301)燃烧室内(温度为1 350 ℃、压力为6.5 MPa)进行气化反应，从燃烧室出来的工艺气与熔融状态的灰渣通过下降管进入激冷室，工艺气被来自激冷环的灰水(温度为245 ℃、压力为7.1 MPa、质量流量为530 t/h)激冷洗涤。

下降管上部有激冷环，下部浸入水浴中，工艺气在水中冷激至露点以下，然后携带饱和水蒸气及微量碳黑沿下降管与上升管之间的环隙上升出激冷室。同时，大部分煤灰及残碳以灰渣形式被洗涤下来，根据灰渣粒度以2种形式排出：粗渣和部分黑水从锁斗排放，细渣和黑水送去闪蒸系统进行处理。在激冷室工艺气出口处设有高温冷凝液洗涤水，以防止灰渣在出口管累积堵塞，并将出激冷室的工艺气进行增湿处理，然后在文丘里喷射洗涤器(J1303)中与来自激冷水泵(P1306)分支的灰水(温度为245 ℃、压力为7.1 MPa、质量流量为150 t/h)充分混合后进入洗涤塔(C1301)。工艺气沿下降管进入洗涤塔塔底的水浴中，夹带的细灰在洗涤塔水浴中与水充分接触而被除去，工艺气向上穿过水层，沿下降管和上升管的环隙向上经过升气罩折流后，穿过4层冲击式塔板，再次被高压工艺冷凝液洗涤除去残余的细灰，然后进入塔顶折流式除沫器，送入变换工段。

洗涤塔底部大部分灰水(温度为244 ℃、压力为6.3 MPa、质量流量为680 t/h)分两路，一路由激冷水泵通过激冷水过滤器(X1306)将大颗粒渣过滤后送入气化炉激冷环，另一路灰水(温度为244 ℃、压力为6.3 MPa、质量流量为150 t/h)进入文丘里喷射洗涤器，润湿洗涤气化炉送到洗涤塔的工艺气。洗涤塔底部小部分黑水(温度为244 ℃、压力为6.3 MPa、质量流量为30 t/h)含固质量分数为5%，从洗涤塔底部排出送去闪蒸系统进行处理。

2 排黑管线堵塞对系统的影响

洗涤塔排黑管线在开车阶段堵塞后，工艺气中夹带的细灰通过洗涤塔水浴后无法排出，在洗涤塔底部聚积沉淀，长期运行会对系统运行产生严重的安全隐患，需要系统停车进行检修清理，严重制约了系统长周期安全稳定运行[3-4]。具体表现为：

(1) 当洗涤塔底部灰渣聚积到洗涤塔液位计正压端时，会堵塞液位计正压端取压管并结块，导致液位计显示不准。运行过程中发现，当气化炉运行至80 d左右时洗涤塔3个液位计均显示不准，显示偏差较大。此时用液位计膜盒冲洗水进行冲洗时，冲洗水无法注入，冲洗效果不明显，导致中控室操作人员无法准确监控洗涤塔液位。当洗涤塔液位过高时工艺气带水，严重时损坏变换系统催化剂触媒；当洗涤塔液位过低时可能会导致激冷水泵吸入量不足，部分液态水在激冷水泵吸入口处汽化产生气泡，产生的气泡随着激冷水进入泵叶轮处(从低压区到高压区)，此时气泡急剧收缩凝结为液态，其周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占空间，产生高强度的冲击波，冲击叶轮和泵壳，发出噪声、引起振动，同时激冷水泵汽蚀会造成激冷环缺水，高温熔融渣与激冷环、下降管直接接触，损坏气化炉内件。

(2) 当洗涤塔底部灰渣积聚到激冷水泵在洗涤塔内的吸入口时，水带着细渣进入激冷水泵入口，在入口管线内沉淀，产生硬块(见图2)。随着运行时间的增加，激冷水泵吸入量不足，使泵吸入口处高温水部分汽化，发生汽蚀，损坏激冷水泵、激冷环、下降管。

图2 激冷水泵入口清理出积渣

(3) 当洗涤塔底部灰渣积聚到激冷水泵吸入口时，水带着渣进入激冷水泵入口，通过激冷水泵加压后经过激冷水过滤器过滤大颗粒后送至气化炉激冷环。系统运行至后期时，激冷水过滤器频繁堵塞造成过滤器压差高引起激冷水量不足。此时激冷水量无法满足系统负荷要求，需要系统减负荷操作或停车处理；同时，由于激冷水中固含量增加，高流速的激冷水中夹带的灰渣对激冷环喷孔和内环管冲刷加剧，造成内环管冲刷泄漏(见图3)，引起熔融的灰渣在内环管处冷凝结块，出现渣口堵塞现象，使气化炉产生的有效气量明显降低，缩短了激冷环的使用寿命。

图3 激冷环冲刷

3 排黑管线堵塞原因分析

该排黑管线堵塞主要发生在开车过程中，原因有2个方面：(1) 气化炉在运行过程中工艺气中夹带的细灰沉降、吸附在工艺气管道和洗涤塔内壁，形成垢片，在开停车过程中工艺气管道和洗涤塔内壁的垢片因为热胀冷缩而脱落；(2) 气化炉投料时燃烧室内部爆燃引起设备及管道的轻微振动，导致垢片脱落。

气化炉在投料后煤和氧气燃烧反应生成水煤气。大流量、高流速的水煤气在通过工艺气管线时将脱落的垢片带入洗涤塔。大量的垢片在极短的时间内积聚在洗涤塔底部，通过洗涤塔排黑管线输送至高压闪蒸罐时将管线堵塞。

4 解决方案

改造后的洗涤塔排黑管线流程见图4。

XV1334—切断阀； FV1401—洗涤塔排黑流量调节阀; XV1380—洗涤塔排黑到捞渣机切断阀。

4.1 改造弯头

在管线出现堵塞停车后对管线进行检查，发现弯头位置处特别容易积渣。气化炉投料后洗涤塔开始排黑水，黑水中夹带洗涤塔底部的垢片排至高压闪蒸系统。排黑过程中，弯头位置阻力大，黑水中的块渣容易在弯头位置拥堵而聚集，从而堵塞管道，在系统运行期间无法将洗涤塔底部产生的灰渣排出。通过对现场的调研，发现排黑管线切断阀(XV1334)前后2个直角弯头易堵塞，为减少弯头处的阻力，将其更换为大半径弯头(10D弯头)，改造后未再发现弯头位置堵塞的现象。

4.2 增加临时排放管线

投料后短时间内大量的垢片进入洗涤塔，并通过洗涤塔排放。洗涤塔排放管线在低压阶段流速低、流量小，导致垢片容易在管道内沉淀发生堵塞。针对该情况，增加去捞渣机的临时排放管线，在投料前将该管线阀门打开。开车投料过程中大流量的水携带垢片排放到捞渣机，防止垢片堵塞洗涤塔排黑流量调节阀(FV1401)。

4.3 增加角阀副线

洗涤塔排黑流量通过角阀控制，角阀流通底座为DN20，当管道中的垢片流过角阀底座时，容易堵塞角阀底座。针对该情况，将洗涤塔排黑管线在渣水工段与角阀(LV1401-2)底部管线连接，将管道内的垢片在开车后通过该排放口进行排放，以防止渣堵塞角阀。开车阶段在系统压力升至1.0 MPa时关闭洗涤塔排水捞渣机切断阀，打开进洗涤塔排黑流量调节阀底部缓冲罐手阀直接排进高压闪蒸罐，待排水正常后关闭排水进洗涤塔排黑流量调节阀底部缓冲罐手阀，打开洗涤塔排黑流量调节阀控制洗涤塔排水量，通过洗涤塔排黑流量调节阀减压进入高压闪蒸罐进行正常排放。

4.4 增设冲洗水

在洗涤塔排黑管线切断阀后增加高压冲洗水，冲洗水压力为9.0 MPa。在气化炉开停车阶段可利用该冲洗水将开车过程中出现堵塞的位置进行充压疏通。

5 结语

对洗涤塔排黑管线进行了优化改造，改造后运行2 a来未发生过堵塞现象，排黑管线运行良好，洗涤塔底部无积渣，洗涤塔液位计运行工况良好，实现了系统长周期安全运行，成功地将气化炉运行周期从70 d提高到140 d，提高了气化炉运行效率。