程晓姣, 张恩光

(新乡中新化工有限责任公司， 河南新乡 453800)

新乡中新化工有限责任公司年产20万t甲醇项目，采用北京航天万源煤化工工程技术有限公司(现已更名为航天长征化学工程股份有限公司)开发的具有自主知识产权的HT-L粉煤加压气化技术，有效气(CO+H2)设计体积流量为86 250 m3/h。粗合成气正常体积流量为96 050 m3/h(干基)，其中有效气(CO+H2)体积流量为86 382 m3/h；粗合成气最大体积流量为115 260 m3/h，其中有效气(CO+H2)体积流量为103 658 m3/h。正常耗煤质量流量为57.1 t/h，最大耗煤质量流量为68.5 t/h。

2011年9月12日装置打通全流程，产出合格甲醇。随着运行周期的逐渐延长，运行至今，也充分暴露出在2套气化炉对应1套渣水系统长周期运行的弊端。渣水系统水循环量不足导致无法带出系统多余热量，激冷水量偏低导致负荷难以提升，水系统水质较差和管道结垢等因素无一不制约着气化炉的长周期运行。为此，笔者提出一系列优化措施，以提高煤气化装置的负荷,确保装置长周期稳定运行。

1 优化系统水循环量

气化装置中洗涤塔给料泵(P1406)原始设计为3台，每台泵的设计额定体积流量均为95 m3/h，正常运行时泵体积流量为80 m3/h。在装置满负荷运行时，为了满足系统水循环要求，3台洗涤塔给料泵同时运行，水循环体积流量为240 m3/h，渣锁斗充压时水循环体积流量可达到270 m3/h左右，此时已无备泵，若其中1台泵出现异常，必须降低系统水循环量，严重影响系统水质。参考其他同类型装置，系统水循环体积流量均在290 m3/h以上。

文丘里洗涤器是合成气洗涤系统中的一个主要设备，其作用是对来自气化炉的粗合成气进行预洗混合，洗涤水来自激冷水泵。在生产运行期间，文丘里洗涤器的压差会在生产运行之初便逐渐升高，给气化炉的稳定运行和操作人员的调整带来挑战，一旦压差升高便使用铜制工具进行外部敲击，外部敲击的效果在极个别情况下效果十分明显，但只能缓解一时，而且存在垢块脱落堵塞洗涤塔外排水管道的风险。在压差升高后的历次检修中，均发现喷头有磨损现象，管道内壁出现结垢。根据实际分析，文丘里洗涤器的冲洗水来自激冷水泵，水质较差，灰水含固量较高，容易堵塞或磨穿喷头，使压差变高。

高压灰水泵出口水质比激冷水泵出口水质好、灰水含固量低，将洗涤塔给料泵出口总管引入1股高压灰水代替原激冷水可以改善文丘里洗涤器压差升高的现象。

在系统水循环体积流量为250 m3/h的运行条件下，洗涤塔外排体积流量仅为20 m3/h左右，随着气化炉负荷的提升，已不能满足实际生产要求。因此，受制于系统水循环量较小是导致装置不能长期运行的主要原因。

结合上述观点，通过增加1台140 m3/h洗涤塔给料泵后，将文丘里洗涤器的冲洗水全部改为由洗涤塔给料泵供应，将本由激冷水泵提供的高压灰水全部送往气化炉，确保激冷环处激冷水的充足供应，从而加大系统水循环量，改善系统水质，提高气化炉的负荷。

2 提升激冷水量

激冷水通过激冷水泵源源不断地送至气化炉激冷环，对高温气体、熔渣及高温煤灰进行激冷；同时，一部分激冷水沿下降管顺流直下形成水幕，保护下降管不受高温侵蚀。激冷水泵的进口在合成气洗涤塔的下部，由于洗涤塔经过洗气后水质较差，长期运行后容易在激冷水过滤器处堆积，影响泵的流量，危及激冷环、下降管的安全。检修时拆开检查发现管道内部结垢严重，且管道弯头较多，不能彻底清理。

激冷水量直接关乎气化炉长周期的稳定运行，在与各航天炉用户深入交流后，通过以下改造方案保障激冷水流量稳定：

(1) 将激冷水管道弯头处割开，通过高压物理管道清洗完成对激冷水管道的高压清洗工作。原激冷水管道割开处配以法兰连接，便于今后大修时对管道完成清理工作。

(2) 更换激冷水泵新叶轮(扩径叶轮)，提高体积流量10～20 m3/h。

改造后，激冷水体积流量从220 m3/h提升至250 m3/h，且流量稳定，未再出现激冷水量偏低而导致被迫停车事故的发生。

3 洗涤塔底部增加反冲水改造

在正常生产期间，来自洗涤塔的195 ℃的黑水，经高压闪蒸减压角阀(14FV0005)减压后进入高压闪蒸罐，气化炉开车时洗涤塔至高压闪蒸罐管线易堵塞，主要原因是整个水系统中钙离子含量较高，洗涤塔至高压闪蒸罐管道内壁容易结垢，系统停车后温度下降，再开车时温度又升高，在温度变化过程中，金属容器和管道与垢片的热膨胀系数不同，金属与垢片分离，垢片脱落后进入水中，容易堵塞管道。

高压闪蒸减压角阀开度小，致使疏通面积减小，容易使较大垢片积累，堵塞调节阀前管线。洗涤塔至高压闪蒸罐管线堵塞后不易疏通，洗涤塔内部水质不能很好地置换，影响激冷水水质，造成激冷环分布环间隙堵塞，使下降管水膜分布不均匀，严重影响气化炉的稳定运行。

由于洗涤塔黑水外排出口在锥部下端，容易形成垢片在黑水管道两端造成堵塞，尤其是在洗涤塔黑水出口处，一旦堵塞气化炉，系统将被迫停车。洗涤塔锥部长时间积垢会造成外排水质持续恶化，严重影响气化炉的长周期运行。

通过改造，从高压灰水管道引出DN50管至洗涤塔底部去高压闪蒸管道。原锥部去高压闪蒸管道断开，并加盲板隔离，从而将高压灰水引至洗涤塔锥部，起到扰流作用，充分将泥垢带入高压闪蒸排出系统。通过实际运行，该冲洗水投用后效果较好，洗涤塔未出现外排管道堵塞的情况。

4 降低系统水硬度

煤气化工艺中，水循环系统起着至关重要的作用，水质直接关系着设备和管道的腐蚀程度及工艺稳定运行的周期。由于我国北方水质的特点，钙镁离子含量高，即水质硬度高，再加上不同地区的碱性水质，在高温情况下，这些离子极易结垢，腐蚀和堵塞设备及管道[1-2]。虽然目前采用了相应的水处理工艺，即在水系统中加入絮凝剂絮凝沉降其中的煤灰、煤渣和其他固体颗粒，加入分散剂将未完全沉降的细微颗粒物分散在水体系中，使其不易沉淀，从而消除设备管道的腐蚀结垢，但是水中游离的钙镁离子并不能通过絮凝方式沉降，在后续工艺运行过程中仍然会遇高温结垢。为了尽可能降低水系统中的钙镁离子含量，降低水的总硬度，采用气化炉灰水处理装置对现有硬度较高的气化灰水进行处理，降低系统水的硬度，处理后系统水返回到生产系统中供气化炉使用，实现气化装置不结垢或减缓结垢的目的，最终实现气化装置的安稳长满优运行[3-4]。

该套装置的最大处理体积流量为200 m3/h，一般运行期间的处理体积流量为160～180 m3/h。进水来自沉降槽溢流水，处理过的低硬度的水直接进入灰水槽的大仓，经过低压灰水泵打回系统循环利用，接下来将进一步优化工艺流程，使除硬水直接返回系统循环，尽可能地减少除硬水的浪费。

投用后系统硬度由1 700～2 000 mg/L下降至1 000 mg/L，在气化炉运行工况较好的情况下，系统硬度最低能下降到500 mg/L左右。

灰水除硬装置投入运行后，系统的药剂使用量大大降低。分散剂质量流量由700～800 kg/d下降到500 kg/d左右。絮凝剂质量流量由0.02 t/d降至0.013 t/d。生产辅材成本有了明显的降低。

一定程度改善了系统结垢的情况，延缓结垢速率，实现装置长周期的运行。

5 结语

通过高压灰水泵提质增量、激冷水量提升、文丘里冲洗水改造、灰水处理装置的投用，气化炉运行体积流量从15 500 m3/h提升至17 000 m3/h，各项工艺指标均在正常指标范围内。通过优化管理措施，加强煤质管控，气化双炉均实现长周期运行，气化炉在2021年实现连续长周期运行166 d的历史最好成绩。

消耗方面，通过逐渐摸索，优化工艺指标，气化滤饼残炭质量分数从55%降至30%以下，1 000 m3有效气耗原煤质量达到600 kg，均创造历史最好指标。