德士古气化炉带水原因分析和处理

德士古气化炉带水原因分析和处理王建军张敬忠张 亮( 山东兖矿鲁南化肥厂第二氮肥厂277527) 2001-08-16气化炉带水现象在我厂试车和投产以来是一直存在的问题，即加入的激冷水远大于合成气饱和水蒸气带出和排出水的总量，但气化炉的液位仍维持不住，随着负荷由低向高增加，气化炉液位急剧下降，致使整个气化系统操作失控，无法提高系统负荷，而且时刻存在跳车的可能。现将相应的改造经验介绍如下。1 气化炉带水时的几种现象气化炉带水时一般会出现如下几种现象：气化炉液位大范围波动；文丘里压差波动大，压差上升；洗涤塔液位上升，进塔水量大幅度减小后，仍无法控制液位上升；支撑板温度下降；出气化炉的黑水减少，气体洗涤效果下降。2 原因分析因气化炉操作压力较高，高温合成气由燃烧室经下降管进入激冷室迅速冷却，由于下降管和上升管组成的两相流上升环隙及折流挡板的设计，目的是在短时间、最小空间内达到高温气体冷却饱和水蒸气的初除尘，因此，存在以下问题，激冷室示意见图1。(1) 随着压力与负荷的增加，激冷室内热流强度增加，当其达到一临界值后，传热方式转为低效的膜状沸腾传热，随着变换能力下降，炉内体随之带走大量的水。(2) 气化炉在高负荷运转条件下，气体流速增大，由设计值 1.1ms 增大到 1.6ms，增加了带水的能力。在气化炉带水的情况下，班产合成氨由 110 吨降低到 70 吨左右。(3) 由于气化炉内下降管和上升管之间尺寸是与原始设计生产能力相对应的，生产能力加大后，两管之间的尺寸没有做相应的调整，容易在水汽过饱和状态下形成水团，被高速气流带走。(4) 当高温合成气经下降管在激冷室内瞬间冷却，气体和熔渣温度下降很快，熔渣继续下沉，气体夹带少量水沿下降管与上升管之间的环隙继续上升，从合成气出口排出；又因负荷增加，有大量气体冲击上升管下部钟罩，这样气体通过液封继续向上，必定会带走大量的水。(5) 高效分布板分离合成气夹带的水团时，不能完全而有效地分离气和水，致使水团随气流进入后系统。(6) 冷激环酸洗效果不好，有大颗粒进入水环板，堵塞水环之间，灰水不能均匀沿下降管流下，造成上升管和下降管受热不均匀，发生严重变形，致使上升气流不匀，易使液位波动。(7) 操作压力和温度过高，以及操作人员经验少、操作不稳，也是诱发带水的原因。3 改善方法对气化炉带水的问题，着重从工艺和设备改造两个方面进行。3.1工艺方面(1) 当气化炉液位下降无法得到有效控制时，最有效的处理方法是适当降低生产负荷，使产生气量下降，降低上升管之间的气体流速，当气化炉液位稳定不再下降或开始上升时，稳定生产负荷10min 左右开始缓慢提高生产负荷，但不得超过降低前的负荷。(2) 气化炉在高负荷情况下，液位不易控制太高，一般应在2.4m 左右为宜。(3) 当气化炉出现带水时，文丘里的给水量应随之减少以便于降低文丘里过高的压差和便于控制洗涤塔的液位。(4) 气化炉出现带水时，应加大气化炉排水调节阀 FV212 的开度，破坏气化炉带水的条件的形成，但不易排水过大，以防止气化炉液位过低而跳车。(5) 经常性校验仪表、控制阀门，防止仪表阀门卡死或指示误差，从而引起液位波动。(6) 在每次停车大修时应酸洗激冷环，防止因结垢太多影响激冷水量，同时严格规定系统冷却水阻垢剂的添加。(7) 操作时应以稳定运行为主，防止盲目增加生产负荷。增加生产负荷时，要稳步提升，严禁幅度过快、过大，操作温度要根据煤的灰熔点来确定，不可过高。(8) 组织技术人员对操作工进行技术培训，提高操作水平，提高人员对气化炉带水现象的认识、分析、判断和处理能力，从而减少人为造成的操作失误。3.2设备方面(1) 上升管下部锯齿分别加高，这样高温合成气冲击下降管就会稳定流出，可有效控制液位在小范围内波动。(2) 上升管下部钟罩适当加长，这样溢出钟罩的气体就会减少，也就是说通过上升管外液封的气体减少，减轻水的夹带。(3) 安装上升管和下降管时，注意上升管和激冷环之间的距离，同时保证上升管和下降管的垂直度、同心度，严格控制安装质量及技术要求。(4) 由于开车时产生的振动较大，易造成上升管损坏和位置偏移，因此，上升管的托架必须固定牢固，4 个拉筋用力必须要均匀，连接螺栓要符合要求。(5) 冷却水在进入激冷室内的激冷环前黑水管线上，设置过滤器，一则可减少大颗粒的灰水进入激冷环，防止堵塞，保证有足够的激冷水进入激冷环来提高液位；二则便于经常清理过滤器。4 改造后的效果(1) 气化炉在高负荷生产时常水现象明显减少，并且一旦出现能够得到及时有效的控制，使系统维持了高负荷生产的时间大大延长，从而提高了甲醇和合成氨系统的长周期运行。(2) 激冷室外过滤器的增加，有效地杜绝了激冷环的堵塞，从而保证了气化炉的最佳生产液位，明显地减少了因激冷水量低而造成的停车及减量事故，同时，极大地延长了激冷环、上升管、下降管的使用寿命，由原1 年一换，延长至3 年一换，节约了资金和费用。(3) 减轻上升管、下降管及气化炉内其它部件的损害程度，破渣机不再频繁拆装，从而节约了检修费用，降低了劳动强度，缩短了检修周期。德士古气化炉带水原因及措施聂成元，朱冬梅( 兖矿鲁南化肥厂，山东滕州277527) 2001-06-161 气化炉带水的现象及危害气化炉带水可分为两种： 一种是由气化炉来的合成气进入洗涤塔后， 由于温度降低， 在洗涤塔内冷凝； 另一种是气化炉操作异常时，合成气夹带的水团，沿合成气管线进入洗涤塔。前者带水是正常的，量极少，后者是不正常的，量大。本文讨论的是后者带水。1.1气化炉带水现象(1) 气化炉液位急剧下降，激冷水浴不能形成，不能维持正常的气化炉操作；(2) 气化炉底部出水量剧减，逐渐降为零，激冷室水夹带在合成气流中，带入洗涤塔；(3) 洗涤塔液位居高不下，洗涤塔补水量逐步降为零，水系统失调；(4) 出洗涤塔温度偏高，合成气量偏高，这是由于气化炉液位降低，高温合成气通过激冷水浴时间短，导致换热量少而引起的；(5) 文丘里压差变大，且波动频繁。1.2气化炉带水的危害(1) 气化炉带水导致气化系统水平衡的破坏，洗涤塔液位居高不下，系统无法补水，灰水罐液位剧降。带水严重时，会迫使气化炉停车。(2) 洗涤塔液位过高，就会引起后工序变换系统带水，水淹变换催化剂，不仅导致后工序停车，而且使催化剂失活。(3) 由于气化炉带水改变了黑水中灰渣颗粒的沉降过程，含有大量灰渣颗粒的黑水进入闪蒸系统，使整个水系统的含固量大大增加，加速设备及管道的磨损，增加结垢、堵塞的可能性，不仅影响系统安全、稳定、长周期运行，而且大大增加维修费用，使产品成本上升。(4) 由于气化炉带水，操作环境恶劣，使气化炉不能维持高负荷生产，单炉生产能力下降，影响整个合成氨系统经济运行。2 气化炉带水原因分析由燃烧室出来的高温合成气，沿下降管高速进入激冷水浴中，饱和了大量水汽后沿上升管上升，在高速气流作用下，激冷室的液体呈膨胀状，下降管液位较低，而上升管液位较高，气流经过下降管后沿上升管与下降管间的空隙迅速上升，将液体迅速包围、分散，使液体分散成众多大小不均的液滴，并使其获得了一定速度随气流上升，此时液面上鼓，当气体流速波动剧烈时，还会出现环流现象，气流夹带大量水团上升，但夹带的液滴和水团由于自重还有一个沉降过程，当气流夹带液滴的速度大于液滴和水团的沉降速度时，即：气速 +液团速度 >液团的沉降速度气化炉带水现象就发生了。随着液体环流的增强，带水逐渐严重，形成惯性带水后，大量水团及液滴被气流带入洗涤塔，使洗涤塔液位居高不下，无法补水。当然气化炉正常运行时，气流夹带过饱和水汽入洗涤塔后冷凝时，不足引起带水。导致气化炉带水主要有以下因素。2.1气速当气化炉高负荷运行，或者炉温控制偏高时，均能使气化炉发气量迅速增大，从而使气速增大，气流对液体分散作用加强，液体环流现象加剧，这样就导致了带水。2.2负荷由于生产的需要，气化炉基本处在高负荷状态 ( 为原设计负荷的 140左右运行，压力、温度较高，气量也相应大，但气流通过的间隙未改变，气速的增加也会使气化炉带水；在低负荷时，虽未形成剧烈的环境，气流分散的液滴速度大于液滴沉降的速度，仍会使气化炉带水。另外，负荷增减频率快及调节幅度过大也会引起带水。2.3液位气速一定，若气化炉液位控制较高，气流通过激冷水浴的时间长，气流对液体的分散作用就会加剧，环流现象加强，从而导致了气化炉带水。因此，高负荷生产中，气化炉的液位不可控制过高，否则极易引起带水。2.4炉温气化炉操作中，炉温的控制相当关键。维持较高炉温，对气化反应，气化炉的发气量、碳转化率等是有利的。但是，炉温偏高，在激冷水浴中饱和的水蒸气也多，气量增大，气速也就相应增大，同样也会引起带水。2.5压力压力过高，会使合成气的气速增加，压力波动也会引起带水。3 预防气化炉带水的措施3.1炉温控制炉温一般根据煤浆灰熔点的高低来确认。根据我厂的生产实践证明，炉温控制在高于灰熔点100左右，对气化反应最为有利，而且也可避免气化炉带水。3.2负荷调节为使系统经济运行，气化炉均在高负荷状态下运行，但是，不能超出气化炉设计负荷太多。根据我厂长期实践，维持在设计负荷的130 为宜。高负荷运行时，尽可能少加减负荷。而且，调节幅度不宜过大，这不仅能防止气化炉带水，而且对系统长周期、稳定运行也有好处。3.3液位控制由于气化炉超设计负荷运行， 气化炉液位不可控制太高，以减少气体通过的时间， 降低气体对液体的分散作用， 而且，处理带水时，可适当降低液位，破坏生成的环流。待带水得到控制后，再逐步提高液位，但液位控制不可过低，过低会改变渣的沉降过程，增加黑水的含固量，而且也会使气化炉停车。3.4氧压及系统压力应保持氧压及系统压力稳定，不可过高，稳定的氧压及系统压力对防止气化炉带水是有利的；3.5气化炉底部出水量气化炉底部出水量的高低是判断气化炉是否带水的一个重要标志，当气化炉出水量减为零时，气体对激冷室水浴的分散作用便会加强，而且，环流现象加剧，只能引起更严重的带水，保证气化炉底部有一定的出水，水流和气流方向近似作逆向接触，使气体的分散作用变弱，这也会在一定程度上防止气化炉带水。3.6对气化炉内件改动针对气化炉带水的原因， 我厂增加了下降管底部的大锯齿数目， 在锯齿的作用下， 气流比较平稳， 而且降低气体对液体的分散作用，也可防止带水。另外，在气化炉合成气出口附近，设置高效挡板，增加液滴和水团的沉降，也可防止带水，这些均取得了较好效果。3.7加大水系统循环量由于负荷的提高，我们在操作中相应将激冷水量由原来的3374m h 提高至 90m h，同时，在激冷水入气化炉处设置一大滤网，定期冲洗，以保证激冷水的供应，不仅可以阻止带水，而且保证气化炉长周期稳定运行。4结论