65MPa德士古气化装置粗渣系统简介及运行要点分析.docx

6.5MPa 德士古气化粗渣系统构成及运行探讨张晓军 （陕西渭河煤化工集团有限责任公司，714000）摘要：本文简要介绍了 6.5MPa德士古水煤浆气化粗渣系统的构成及成渣影响因素，并针对运 行过程中出现的要点问题进行了分析、总结关键词:6.5MPa德士古气化粗渣系统 构成 运行渭河煤化工集团有限责任公司合成氨装置是以煤为原料，采用6.5Mpa德士古水煤浆气 化技术等年产30万吨合成氨、52万吨尿素的大型化肥厂因为6.5Mpa德士古水煤浆气化 技术属我国首次使用，技术消化吸收难度必较大，一度因气化装置不正常影响了整个系统运 行经过几年的实践，目前我们已初步掌握了该气化技术的几个关键因素，实现了气化装置 连续运行过百天的好成绩消除了制约工厂安全、稳定、连续运行的“瓶颈”，并日益体现 出高等级压力下煤气化装置的优越性在实际生产中，我们注意到气化装置在工艺方面的停车原因大多最后都归结于气化炉 急冷室排渣不畅，急冷室液位高、粗渣及灰、黑水系统无法正常运行而被迫停车这就促使 我们对粗渣系统进行认真研究，分析各种影响因素，为气化装置的长周期连续运行打下基础 1．粗渣系统构成：水煤浆气化装置粗渣系统从其结构和功能上可大致分为三部分： 渣生成部分；粗渣收集与排放部分； 粗渣输送部分。

见图 1 所示）1．1 粗渣生成部分： 这一部分主要包括气化炉、激冷室德士古水煤浆气化使用浓度为60--65%左右，粘度 为 650---1500cp 的加有助熔剂、添加剂的水煤浆与氧气在气化炉燃烧室中进行部分氧化还 原反应，温度约为1350摄氏度左右生成以CO、H2、C02、微量CH4等为主要成分的工艺 气工艺气经过急冷环、下降管、导气筒冷却顶部隔板后出急冷室煤浆中的非可燃物（煤 中的灰分，助熔剂等）在高温下形成熔渣顺着气化炉壁流下，经过渣口在下降管及激冷室中 与水直接接触冷却，熔渣迅速固化为固体小颗粒，并沉降在激冷室下部，随后进入粗渣收集 排放系统急冷室中的飞灰及细渣悬浮在急冷水中，随黑水排放进入灰水处理系统粗渣与 细灰的比例大约为 3：11 ．2 粗渣收集与排放部分：这一部分主要包括破渣机、锁渣罐及其配套的相关阀门、锁渣罐循环水泵（P1304）、冲 洗水罐及充压补水用的灰水泵设置破渣机的目的是为了对块状炉渣或其他块状物（主要是耐火砖）进行破碎，使其能够 顺利地通过气化炉与锁渣罐之间的锁渣罐隔离/排渣阀（如图示XV08、XV09/XV10阀）沉积在气化炉急冷室底部的粗渣及其固体颗粒，在锁渣罐循环水泵（P1304）从锁渣罐 顶部抽出较清的水形成的循环水流作用下带入锁渣罐。

锁渣罐是采用程序控制、定期隔离排放的重要设备步骤大体可分为灰渣收集、与系统 隔离、锁渣罐泄压、排渣冲洗、锁渣罐充压五个步骤循环进行每一步中有相关的条件、阀 门配合运行1．3 粗渣的输送：锁渣罐排出的粗渣经XV10进入渣池中后，渣池中设置刮板捞渣机Q1401将渣送出渣池 渣池中的灰水经渣池泵（P1401）送入灰水处理系统渣口下降管导气管激冷室从P1406来从P1403来渣池循环泵冲洗水罐燃烧室工艺气去碳洗塔激冷环XV13捞渣机图 1: 粗渣系统示意2．煤渣性能的影响因素及其控制分析需要考虑的煤渣性能主要有灰熔点、灰成分、灰形态等方面对于灰熔点过高的煤种， 要加入助熔剂来降低煤浆的灰熔点，这一方面为了熔融态排渣的需要，同时考虑在较低的炉 温下操作以保护耐火砖的使用寿命德士古气化工艺要求气化炉操作温度在煤灰熔点以上 50―-100C，以确保气化炉排渣顺利根据我们几年来的实践证明，其控制气化炉操作温度 的原则并不科学，因为有些煤种存在着低灰熔点，高粘度的情况即使在其灰熔点以上100 摄氏度以上仍不能够顺利排渣，因为其灰渣的粘度过大所以根据国外传统经验选择操作温 度，结果并不理想后来我们总结出以液态炉渣粘度为控制目标的原则来控制气化炉温度， 即气化炉最佳的操作温度应使其对应的灰渣粘度在25―-40Pa.s范围内。

为了反映灰渣在不 同温度下的的熔融流动性，这就需要对所用煤质进行煤灰粘温特性分析，结合灰渣粘度控制 范围寻找出最佳气化炉操作控制温度煤浆中加入合适量的助熔剂石灰石可以降低灰熔点， 同时改变了灰中的酸碱比例，改变了渣的形态（玻璃渣、结晶渣等），从而缓和煤灰的粘温 特性曲线，使原煤的粘温曲线I变为曲线11（如下图2所示），使得操作温度的区间从t3—14 变化为t1—12,从图形上也可以明显的看出加入合适量的助熔剂降低了气化炉的操作温度 但是其操作温度的弹性大小要根据具体分析确定在有条件的情况下还应对渣的具体形态和物理化学结构进行分析，了解其熔融聚合性能 及物理磨蚀性能，对渣系统的稳定运行提供丰富的理论依据图 2 煤渣粘温曲线及操作区间图示3．粗渣系统运行要点分析：3．1 控制好气化炉炉温是粗渣系统稳定运行的关键在对煤浆性质有所了解的基础上，如果煤质、添加剂、助熔剂等一定的情况下，煤浆燃 烧后产生的熔渣的流动性的唯一影响因素就是炉温温度高则渣流动性好，反之流动性差 炉温过高会损害炉砖寿命，如果炉温变低则会使熔渣粘度变大，流动性下降，从而引起渣口 压差增大，影响渣的继续排出在操作中摸索出较为合适的氧煤比是非常重要的。

从排渣的角度考虑，以6---8mm 直径 的细颗粒渣为优为了照顾炉砖的寿命及工艺气有效成分，一般应将炉温控制在允许值的下 限，使得既顺利排渣，又经济运行如果出现渣口压差增大，应缓慢提高氧煤比温度变高的速度太快会出现气化炉壁上的 挂渣迅速熔化，相当于短时间内加大了进入激冷室的渣量，从而使下降管及激冷室中形成块 状或带状渣，这样的渣因在下降管中仍然呈现出高温流动态，容易在下降管中局部粘壁，并 破坏下降管中的水膜分布，从而会出现下降管愈来愈堵塞的情况因有块状或带状渣，破渣 机上方易形成“架桥”现象，从而引起排渣不畅另外，气化炉负荷、煤浆浓度、粘度变化也影响着气化炉的操作温度，要求运行时要根 据负荷、煤浆浓度、粘度的变化，及时缓慢调整气化炉的操作温度，注意排渣量和排渣形态 的变化，防止温度场的变化而造成排渣量的变化，保证气化炉中熔渣的流动性稳定所以实际上控制炉温就是在控制渣的流动性，根据不同煤质控制合适而稳定的炉温才会 保证排渣的稳定3．2 煤质是渣系统稳定运行的基础上面已经提到炉温的控制室在于控制渣的流动性，而煤质是基础选择成渣性能好的 的煤质是关键我厂原设计用黄陵煤，该煤灰份高（约16%）,灰熔点高（约1350°C）,因此 制浆时要多加入助熔剂，加之灰分高，因此排渣量大。

给粗渣系统的运行带来了一系列问题： 操作温度高、耐火砖寿命短、排渣量大、破渣机上方易“架桥”灰渣使P1303/P1304泵磨 损等，也加大了捞渣机的负荷黄陵煤的上述缺点很难保证粗渣系统的正常运行我公司于 1998年更换了煤种，更换后的优质华亭煤灰份较低（约12%）,灰熔点低（约1260C）在 气化炉操作温度低 50 摄氏度的基础上，排渣顺利、渣量小、生产稳定，有效地解决了渣系 统存在的系列问题但是根据原化工部西北化工研究院1998年的研究表明华亭煤属于低灰 熔点、高粘度，曾给西北化工研究院的中试装置造成困难所以，随着煤炭市场的变化，在 不能保证提供优质华亭煤的情况下，可能会给我公司的稳定运行带来一定困难3．3 渣口、急冷环、下降管的质量直接影响着渣的形成和工况气化炉内形成的液态熔融渣随气体流动带动下，经过气化炉下渣口，与急冷环喷出的水膜换热，形成有温度梯度的气渣流体进入急冷室如下图3由于四层渣口砖长期处于高温磨蚀冲刷之下，渣口砖的形状会发生变化，从而改变了 气渣混合流体通过渣口的方向、流速、并使得熔融渣逼近急冷环，发生成渣形态改变和急冷 环、下降管挂渣现象急冷环的设置是为了在下降管壁形成6mm厚度的均匀水膜，如果水膜出现偏流、断流， 就会导致下降管局部过热变形及挂渣现象。

一经出现此类现象，就必然导致下降管中工况不 断恶化，最终导致停车所以，渣口、急冷环、下降管的质量直接影响着渣的形成和工况在日常工作中，必须注 意渣口砖的使用时间、急冷环的畅通及下降管水分布的均匀性、下降管的状态（有无鼓包、 变形、过热穿透、管壁不光滑等）保证气渣混合流体顺利通过这一“咽喉”通道3．4 破渣机上方“架桥”是渣系统运行的频发事故破渣机的设置是为了使激冷室中大块的炉渣、炉砖破碎，是其能顺利通过XV08, XV09 阀然而常因炉温、煤浆的波动引起大块或带状渣形成，在破渣机上方形成“架桥”阻塞渣 系统的通道，使粗渣堆积在激冷室而不能顺利排下，这是我厂在试车初期常见的故障之一 经过多次探索，我们对发生“架桥”的判断及处理积累了经验一般情况下，锁渣罐的渣收 集周期为 30 多分钟，锁渣罐收集渣后，由于渣的温度高于锁渣罐上方灰水的温度，因此， 在渣收集初期，锁渣罐的下方温度高于上方灰水温度，有一定温差，随着渣收集的增多，锁 渣罐中上部的温度应逐渐升高，锁渣罐中上部与下部的温差缩小，说明渣收集正常，反之， 说明破渣机上方有“架桥”，渣没有顺利排下发生“架桥”现象后，应采取的措施是：反转破渣机、用 P1406 的高压水通过 XV08 向上反冲高压水反冲洗、缩短锁渣罐周期，（如图示），力争在较短时间内疏通，避免激冷室 积渣过多，影响急冷室液位。

若长时间不能疏通（一般为半负荷4 小时），粗渣会堆积进入 细灰水排放管线，甚至造成管线堵塞，引起装置停车另外，P1304泵的连续稳定运行也是保证防止“架桥”的手段之一P1304泵将锁渣罐 上方的灰水打回气化炉激冷室，形成一个激冷室——锁渣罐-一P1304―-激冷室的循环流动， 沉积在气化炉急冷室底部的粗渣及其固体颗粒，在锁渣罐循环水泵（P1304）从锁渣罐顶部 抽出较清的水形成的循环水流作用下带入锁渣罐，有效防止“架桥”因此，保证P1304泵 的连续稳定运行非常重要P1304泵在试车初期因黄陵煤渣量大，多次因出口磨蚀泄露而停 运，一定程度上加剧了“架桥”的发生更换煤种后架桥现象得到明显改观3．5 锁渣罐程控正常运行是粗渣收集和排放的关键锁渣罐采用程控方式运行，一般情况下较稳定如果运行到某步序因条件不满而停 止，操作人员一定要及时发现并采取措施处理，恢复其运行发现愈晚则积渣量大，愈难处 理程控运行的锁渣罐分灰渣收集、与系统隔离、锁渣罐泄压、排渣冲洗、锁渣罐充压五 个大的循环步骤，每一步都必须具备相应的条件及相关的阀门配合，才能保证顺利进行锁 渣罐正常收集渣要用高压水将其充压至6.5Mpa,然后打开XV08、XV09阀收集渣，而排放时 则关XV09，并将锁渣罐压力泄掉后，才允许排渣至渣池。

运行中常出现锁渣罐压力泄不掉，程控不能正常排渣这说明隔离阀内漏或卸压管线堵 塞，这时应积极想法敲击疏通泄压管线，如仍不能泄压，则应手动打开锁渣罐上方排放阀泄 压，保证卸压后排渣的顺利进行锁渣罐充不起压则有可能是XV10阀内漏或卸压阀内漏，这就需要手动开关截止阀配合 检查判断、处理XV08、 XV09， XV10 打开关闭频繁，更由于渣的磨损，运行条件十分苛刻 XV10 密封 不好，会导致所渣罐充不上压，而不能正常收集渣；XV09阀密封不好，会使排渣时锁渣罐 压力泄不掉，而不能正常排渣因此，保证XV09, XV10阀的性能良好，也是保证顺畅收集、 排渣的关键我厂采用单阀座固定球型球阀，并改进了阀座波纹管结构，防止弹簧受到过大 的推力而发生变形，同时注意操作方式，防止反向压力过大，从而有效的确保了这几个阀门 的安全使用3．6 捞渣机 Q1401 及输送带的维护非常重要设置捞渣机是为了将气化炉锁渣罐排出的渣及时运出渣池，如捞。