劉立強(qiáng)

（中煤鄂爾多斯能源化工有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017317）

引 言

中煤鄂爾多斯能源化工有限公司圖克項(xiàng)目一期于2011年6月開工建設(shè)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)100萬t合成氨、175萬t尿素、同時(shí)副產(chǎn)10萬t LNG及油品等，項(xiàng)目于2014年2月打通全流程，產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)尿素。氣化裝置采用上海澤瑪克敏達(dá)機(jī)械設(shè)備有限公司的碎煤加壓液態(tài)排渣氣化技術(shù)（簡稱BGL氣化爐），原設(shè)計(jì)為5開2備，2016年又建成3臺BGL氣化爐（8#爐～10#爐），截至目前共計(jì)建成10臺BGL氣化爐。自2014年投運(yùn)以來，氣化爐攪拌器漏水、高壓冷卻水系統(tǒng)漏水、含塵焦油的處理等問題一直是造成氣化爐停車的主要因素，筆者通過對BGL氣化爐運(yùn)行情況的階段性總結(jié)、分析，探討提高BGL氣化爐長期穩(wěn)定運(yùn)行的方法。

1 BGL氣化工藝流程

圖克項(xiàng)目以當(dāng)?shù)孛悍N作為原料煤。粒徑6 mm～50 mm的原料煤經(jīng)輸煤皮帶進(jìn)入煤倉緩存，每臺氣化爐設(shè)有2臺煤鎖，交替操作，間斷地將原料煤加入爐內(nèi)，通過爐內(nèi)攪拌器將煤均勻分布在氣化爐的橫截面上，由上至下依次經(jīng)過干燥層、干餾層、氣化層、燃燒層和熔渣層。在此過程中，煤與蒸汽氧氣混合物進(jìn)行一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)生的液態(tài)渣儲存在渣池內(nèi)，通過下渣口間斷排入激冷室和渣鎖，渣鎖間斷地把激冷后的玻璃渣排入渣溝，通過水力作用沖入渣池，由橋式抓斗起重機(jī)撈出晾干后，運(yùn)至渣場。產(chǎn)生的粗煤氣與爐內(nèi)原料煤逆流接觸，降溫至550℃±50℃，經(jīng)洗滌冷卻器、廢熱鍋爐洗滌冷卻后，進(jìn)入粗煤氣總管，送至下游裝置，煤氣水送至煤氣水分離裝置，經(jīng)預(yù)處理后送至酚氨回收裝置。

2 BGL氣化爐運(yùn)行情況分析

2.1 原料煤使用情況

原設(shè)計(jì)中需要在原料煤中添加石灰石，用于調(diào)節(jié)氣化爐內(nèi)熔渣的流動性及熔融溫度。圖克項(xiàng)目BGL氣化爐原設(shè)計(jì)煤種性質(zhì)見表1。

表1 BGL氣化爐原設(shè)計(jì)煤種性質(zhì)

后經(jīng)對比周邊煤礦煤種與原設(shè)計(jì)煤種性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)采用不同煤礦煤種配煤的方式，也可以達(dá)到調(diào)節(jié)熔渣的灰熔融性溫度和黏度的目的。圖克項(xiàng)目實(shí)際生產(chǎn)中采用的周邊煤礦煤種的性質(zhì)見表2。

表2 周邊煤礦煤種的性質(zhì)

總結(jié)實(shí)際生產(chǎn)過程中各煤礦原料煤配比情況，發(fā)現(xiàn)E礦煤與其他礦煤配比（質(zhì)量比）在3∶1～5∶1時(shí)，氣化爐工況較為穩(wěn)定。

2.2 粗煤氣組分對比

圖克項(xiàng)目采用混煤為原料（E礦煤與其他礦煤按灰中SiO2與CaO質(zhì)量比1∶1配煤）得到的氣化爐粗煤氣組分與設(shè)計(jì)值對比見表3。由表2、3可知，以混煤為原料煤的品質(zhì)優(yōu)于設(shè)計(jì)煤質(zhì)，灰分相對較低，灰熔融性溫度由1 329℃降至1 140℃左右，可取消助熔劑的加入，氣化爐運(yùn)行穩(wěn)定。采用混煤為原料，粗煤氣有效氣（CO+H2）體積分?jǐn)?shù)達(dá)到了85.94%，高于設(shè)計(jì)值2.24個(gè)百分點(diǎn)。

表3 混煤為原料得到的氣化爐粗煤氣組分與設(shè)計(jì)值對比

2.3 氣化爐總體運(yùn)行情況

BGL氣化爐自運(yùn)行以來，一直處在高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，2019年氣化爐保持在6開3備1檢修狀態(tài)，10臺氣化爐全年共計(jì)運(yùn)行2 049 d。配合后系統(tǒng)完成了單系列檢修2次；挖爐檢修12次，其中因工藝操作問題停車1次、計(jì)劃檢修3次、其余8次為設(shè)備問題，設(shè)備問題主要集中在氣化爐攪拌器漏水和高壓冷卻水系統(tǒng)漏水；發(fā)生熱備停車23次，其中因設(shè)備問題熱備停車10次、配合后系統(tǒng)檢修計(jì)劃熱備停車10次、因公用系統(tǒng)問題熱備停車3次。

因此，氣化爐攪拌器漏水和高壓冷卻水系統(tǒng)漏水是造成BGL氣化爐停車的主要因素之一。

3 存在的問題及解決思路

3.1 氣化爐攪拌器漏水

氣化爐設(shè)計(jì)煤種為弱黏結(jié)性煤，故設(shè)置有攪拌器，主要作用為破黏和均勻布煤。攪拌器循環(huán)系統(tǒng)的主要設(shè)備有：攪拌器補(bǔ)水緩沖罐、攪拌器循環(huán)泵、攪拌器、空冷器。攪拌器循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力為4.0 MPa，攪拌器設(shè)計(jì)最大轉(zhuǎn)速12 r/h。開車前，由中壓鍋爐水將攪拌器補(bǔ)水緩沖罐液位建立完成，通過緩沖罐底部一開一備的機(jī)泵加壓將中壓鍋爐水送至攪拌器中進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，攪拌器出水經(jīng)過空冷器由187℃降至140℃，鍋爐水循環(huán)回?cái)嚢杵餮a(bǔ)水緩沖罐內(nèi)。

試車初期，攪拌器一直處在轉(zhuǎn)動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍6 r/h～12 r/h，運(yùn)行一段時(shí)間后就會出現(xiàn)攪拌器漏水現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為攪拌器補(bǔ)水緩沖罐液位下降，氣化爐出口溫度降低。為了減少漏水量，將攪拌器系統(tǒng)循環(huán)量降低，以降低攪拌器進(jìn)出口壓差。氣化爐檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)主要在攪拌器槳葉端頭，進(jìn)行修補(bǔ)或更換后可再次開車。對漏點(diǎn)位置進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)攪拌器槳葉端頭為線速度最大位置，與原料煤的摩擦最為頻繁，最容易發(fā)生泄漏。

2016年圖克項(xiàng)目8#氣化爐投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)攪拌器不能啟動，但氣化爐仍可正常運(yùn)行，原料煤可正常加入，未出現(xiàn)因加煤不暢導(dǎo)致的氣化爐出口溫度高的現(xiàn)象，由此判斷原料煤仍可正常分布?；诖耍Y(jié)合使用的原料煤大部分為不黏結(jié)性煤，自2016年9月份開始，圖克項(xiàng)目逐漸轉(zhuǎn)變攪拌器的操作觀念，正常工況下開始逐步降低攪拌器轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到了攪拌器停運(yùn)的目的。攪拌器停運(yùn)后，槳葉端頭不再與原料煤摩擦，沒有再發(fā)生過攪拌器槳葉端頭泄漏的情況。此項(xiàng)操作執(zhí)行后，2017年氣化爐平均運(yùn)行時(shí)間較2016年增加57 d，檢修次數(shù)減少6次，氣化爐單爐單次運(yùn)行時(shí)間顯著提升。但是，攪拌器漏水現(xiàn)象依然存在，分析原因主要為試車初期在攪拌器漏水的情況下，為了減少漏水量而降低攪拌器系統(tǒng)循環(huán)量，可能造成罐體金屬晶相結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在高溫環(huán)境下罐體開裂造成漏水。

解決攪拌器漏水主要方向：（1）逐步對漏水的攪拌器進(jìn)行更換；（2）攪拌器循環(huán)量嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)值進(jìn)行操作；（3）繼續(xù)執(zhí)行工況不佳時(shí)（氣化爐出口溫度高、床層壓差增加）轉(zhuǎn)動攪拌器，其余情況下攪拌器停運(yùn)的操作原則。

3.2 高壓冷卻水系統(tǒng)漏水

高壓冷卻水系統(tǒng)主要設(shè)備有高壓冷卻水緩沖罐、高壓冷卻水循環(huán)泵、氣化爐專利部件（包括下渣口、下爐膛下部、下爐膛上部、上爐膛、鼓風(fēng)口）、高壓冷卻水冷卻器。高壓冷卻水緩沖罐開車前使用脫鹽水建立液位，由緩沖罐底部高壓冷卻水循環(huán)泵加壓送至氣化爐專利部件進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)換熱，再由高壓冷卻水冷卻器冷卻后，送回高壓冷卻水緩沖罐中。

該系統(tǒng)發(fā)生漏水的部位為下渣口和鼓風(fēng)口。下渣口漏水的主要原因?yàn)槿廴跔顟B(tài)渣經(jīng)過下渣口磨損導(dǎo)致，需要在氣化爐檢修時(shí)對其進(jìn)行更換。鼓風(fēng)口漏水的主要原因?yàn)楣娘L(fēng)口處在氣化爐反應(yīng)的高溫區(qū)，當(dāng)燃燒中心發(fā)生偏移或鼓風(fēng)口前有障礙物時(shí)，發(fā)生局部溫度過高，使埋在鼓風(fēng)口內(nèi)部的冷卻水管逐漸裸露在高溫環(huán)境中，最終發(fā)生泄漏。

解決高壓冷卻水系統(tǒng)漏水的主要方向：（1）制定合理的氣化爐運(yùn)行周期，避免發(fā)生非計(jì)劃檢修；（2）定期對下渣口進(jìn)行更換，尋找制造廠家共同研發(fā)提高下渣口使用壽命的路徑；（3）穩(wěn)定工藝操作，避免氣化爐發(fā)生大幅度的加減負(fù)荷，使鼓風(fēng)口壁溫處在相對較溫和的區(qū)間；（4）檢修時(shí)對拆下的鼓風(fēng)口內(nèi)部的冷卻水管進(jìn)行水壓試驗(yàn)，不合格的冷卻水管進(jìn)行淘汰、更換。

3.3 含塵焦油的處理

含塵焦油的處理也是影響氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要因素。煤氣水分離裝置設(shè)置有離心機(jī)，能夠?qū)⒑瑝m焦油進(jìn)行分離，純度較高的焦油外售，部分由焦油返爐系統(tǒng)注入到氣化爐內(nèi)，以達(dá)到抑制煤塵帶出并增加氣化爐產(chǎn)氣量；離心機(jī)將剩余含油煤粉送至備煤工段，與原料煤混合后部分返回至氣化爐內(nèi)。氣化爐摻燒含油煤粉后，氣化爐出口溫度高的概率較未摻燒時(shí)顯著提高，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)布煤盤上部出現(xiàn)大量結(jié)焦。分析原因，氣化爐夾套運(yùn)行溫度為250℃左右，攪拌器及布煤盤內(nèi)部溫度約130℃，此溫度未達(dá)到大量焦油開始析出的溫度。布煤盤上部空間內(nèi)約存貯1鎖斗煤（約8 t），在此溫度下軟化的焦油會與煤粉接觸混合，形成較大的結(jié)塊，容易將布煤盤上部空間占滿，僅留下一個(gè)下煤的通道。對比未進(jìn)行含油煤粉摻燒時(shí)氣化爐布煤盤上無結(jié)焦的現(xiàn)象，含油煤粉摻燒、焦油返爐是造成布煤盤上部結(jié)焦的主要原因。同時(shí)布煤盤上部結(jié)焦也加大了檢修時(shí)物料清理的難度，延長了檢修時(shí)間。

解決含塵焦油處理的主要方向：（1）重新設(shè)計(jì)合理的焦油返爐位置，以更好地利用焦油，實(shí)現(xiàn)既能增加產(chǎn)氣量、又能有效處理危廢品。（2）不再進(jìn)行焦油返爐操作，尋求其他路徑解決焦油、含油煤粉處理的問題，將焦油與塵徹底分離，得到高品質(zhì)的焦油和干煤粉，焦油可外售，干煤粉返回鍋爐裝置。

4 結(jié) 語

BGL氣化爐在中煤圖克項(xiàng)目的應(yīng)用中有效氣含量高，裝置生產(chǎn)運(yùn)行相對穩(wěn)定，但在實(shí)際生產(chǎn)中仍需要不斷努力解決攪拌器漏水、高壓冷卻水系統(tǒng)漏水及產(chǎn)生的含塵焦油處理等問題，進(jìn)一步提升BGL氣化爐的運(yùn)行穩(wěn)定性。