中能化工激冷室液位异常现象浅析

中能化工激冷室液位异常现象浅析

韦锦辉

安徽晋煤中能化工股份有限公司  

安徽晋煤中能化工股份有限公司本部目前共有三台气化炉炉运行生产，分别于2008年10月31日，2012年1月4日和2020年5月31日建成并投运180kt/a，200kt/a氨醇系统及600kt/a合成氨原料路线改造项目。气化装置采用的是航天炉粉煤加压气化工艺，具有国家自主知识产权的新型粉煤加压气化专利技术，其中气化炉是气化装置的主要反应设备，一旦出现问题就要被迫性的进行检维修工作，通过运行统计,气化炉激冷室液位过高或过低是气化中最常见的问题，制约了气化炉负荷的提高,是影响系统长周期稳定运行的重要因素。在运行过程中，经常因激冷室液位导致系统无法提高负荷或减负荷运行,2022年中能化工因为激冷室液位过高或过低，无法维持生产，造成1#炉、2#炉进行了多次停车检修作业。下面从实际生产出发,避免再次出现类视情况，通过认真的研究分析,摸索分析气化炉激冷室液位的影响因素,并总结出一套切实可行的解决方案。

一、气化炉结构组成及作用

气化炉作为气化装置的关键设备，由燃烧室和激冷室组成。氧气、蒸汽和粉煤经工艺烧嘴喷射至燃烧室内迅速雾化并发生部分氧化反应，放出大量热，生成以CO+H2为主要成分的煤气，在高温状态下，煤中的灰分变成液态的渣从燃烧室流入激冷室内，粗煤气经过激冷室降温和初步除尘后，煤气与气化的水蒸气一起离开气化炉激冷室，灰渣经过激冷降温后通过灰渣系统排出炉外。

二、激冷室的结构作用及工作机理

激冷室在燃烧室的下部，与燃烧室的筒体直接相连，燃烧室与激冷室之间的通道是渣口，渣口下面连接激冷环，激冷环下部连接着下降管，下降管外面被上升管罩着，上升管上部有一个起折流作用的折流挡板。激冷室里充有一定液位的冷却水，冷却水从炉外供入并通过激冷环把冷却水均匀地分布到下降管的内擘上,沿下降管下降后落入激冷室的水中，并通过出水量维持一定的激冷室液位。

出气化炉燃烧室渣口排的高温合成气、熔渣、飞灰通过渣口进入激冷环和下降管，由激冷环小孔斜向喷出的水幕激冷，然后沿下降管进入激冷室进行水浴，在下降过程中高温合成气与下降管内壁的水膜并流接触，进行传热与传质，高温合成气将热量传递给水膜使水部分汽化进入合成气主流，使得合成气的温度急剧降低并增湿。合成气并在下降管的引导下进入到激冷室的液面下，经过水浴降温后，在激冷室的水中经下降管以外、上升管以内的环形通道鼓泡上升后逸出水面,在合成气离开上升管后又受到折流板的阻挡改变流向向下走,然后再向上行通过激冷室的合成气出口进入后系统。熔渣、飞灰在激冷室中与水直接接触冷却，部分飞灰溶汇到激冷水当中，熔融灰渣则被完全固化并冷却到与激冷水相当的温度,灰渣在自身重力的作用下逐步沉降到激冷室的底部，最终在锁斗循环水的带动下沉集在锁斗中，随后进入粗渣收集排放系统。激冷室中的飞灰及细渣悬浮在激冷水中，随黑水排放进入灰水处理系统。

由于气泡在穿越水体的过程中具有的能量比较大,在它逸出激冷室水面的过程中会夹带许多液体，这些被夹带上来的液体有五种运动向:一是部分夹带水由于没有足够的能量,在还没有上升到升气管的顶部时就又回落下来，返回到激冷室;二是部分夹带水撞击到上升管的内壁或者是下降管的外壁上,沿着壁面回流到激冷室;三是部分夹带水被带出升气管，但在经过折流板时由于被折流而与合成气汾离落回激冷室;四是部分夹带水在向激冷室的合成气出口方向运动时碰到激冷室的内壁而沿着激冷室的内壁向下回流;五是部分夹带水最终随着合成气被带出激冷室。综上所述，合成气经过激冷水浴后需要足够的分离空间，不然就会导致合成气出现恶性带水现象。

三、目前存在现象及问题分析

2022年中能化工因为激冷室液位过高或过低，无法维持生产，造成一二期气化装置被迫多次停车，通过停车检修时发现激冷室内部积灰结垢，下降管和上升管之间大量积灰结垢。通过分析可以得知，由于煤的粘温特性差，液态渣在流动过程中随着温度的降低，黏度直线上升、灰渣流动性减弱，形成挂渣，堵塞了下降管，造成渣口压差高，在渣口处气流速度快，将黏度高的液态灰渣拉成玻璃丝状，这种玻璃丝起着粘结剂作用，使细灰易粘结在激冷室内，这样会造成合成气离开激冷室后出现合成气水浴效果差，合成气温度高或大量带水的现象，从而造成激冷室出现过高或过低的情况出现，对装置生产造成了极大的危害，最终无法维持运行被迫停车检修。

在系统负荷和补排水均一定的情况下，当出现激冷室内积灰出现液位过高过低的现象及危害主要有以下几点：

(1) 、激冷室内部积灰严重，液位失真会导致激冷室内的有效洗涤和气水分离空间变小，会造成激冷室内水量减少，有烧坏下降管的风险，高温合成气不经洗涤出气化炉，还会导致合成气出口管超温，损坏设备的风险。当激冷室内有效分离空间减小，合成气会随着黑水进入高闪而造成高闪超压，影响设备安全运行。

（2）、激冷室持续积灰到一定程度会进一步恶化，导致气化炉激冷室大量带水，造成气体流速变大，气化炉到碳洗塔之间的阻力变大。正常压差在0.15MPa左右，一般压差超过0.3MPa时对合成气出口弯头等管线冲刷严重，会造成合成气管壁变薄，流速快冲刷管道造成合成气管线磨损泄漏的风险。

（3）、激冷室内部积灰严重，还会导致由气化炉燃烧室出来的含熔渣合成气洗涤效果不好，合成气中夹带大量灰渣会在下降管和上升管之间堆堵,阻塞气流通道。当上升管和下降管之间也积灰严重时，会造成合成气流速增加，气化炉合成气大量带水到碳洗塔，碳洗塔液位高，补水减少。

（4）、当激冷室液位较低时，为了维持激冷室液位，避免出现意外，排水会被迫减少，进而造成激冷室内更严重的积灰。气化炉安全运行程序中设置有激冷室液位低跳车联锁以及气化炉合成气出口温度过高时的跳车联锁，而激冷室液位过低还会造成合成气洗涤效果差，合成气温度升高，合成气进入高闪造成高串低，激冷室液位过低触发联锁停车等风险。

（5）、合成气夹带大量灰渣进入洗涤塔后,会影响出塔合成气的清洁度, 影响变换炉催化剂的使用周期,也会影响洗涤塔的水质和气化炉循环激冷水的水质。激冷水水质恶化后会加剧气化炉激冷水管线、激冷水过滤器、激冷环的结垢,进一步影响气化炉的水质恶化。

四、出现这一现象分析及应急处理

通过对原煤水分、灰分、挥发分、固定碳、灰熔点、热值等指标的分析，可以对煤质的性质做出初步判断,确定其应用的范围，达到充分、高效利用煤资源，提高企业经济效益的目的。不同煤种对应着不同的操作温度，煤种的不稳定及配比不合理是导致这一现象的主要原因，由于煤种不固定,多次尝试试烧不同煤种，初期由于没有科学的煤质分析导致不能科学配煤，造成多种煤种相互混杂频繁切换,造成气化炉水冷壁挂渣不稳定,频繁换渣,反复进行熔渣操作，炉况波动较大。由于炉温不能及时调节导致灰渣流动性不能满足生产需要，灰渣不能及时排出激冷室，导致大量灰渣积聚在激冷室内部，造成激冷室内部积灰，上升管和下降管之间也积灰严重。

如何避免再出现类似现象，在日常操作过程中我们要做到以下几点：

（1）、气化炉负荷应严格按照车间下达的规定操作负荷指标执行，控制合适的氧煤比，甲烷指标以煤种调整控制为准，确保炉温不会过低或过高，造成液位和渣口压差波动。

（2）、科学进行煤种配比，根据煤质分析报告及时调整煤种掺烧比例，保障工况稳定。

（3）、确保多台高压灰水泵同时正常运行，尽量增大灰水系统循环和置换量；在确保激冷室液位在38%上时，尽量加大气化炉黑水外排量；同时兼顾高闪压力≤0.6MPa，真闪压力≤0.02MPa；如果加大外排后，高闪和真闪压力快速上涨，说明有部分合成气随着外排水进入高闪系统，造成高闪超压，此时要及时减少气化炉黑水外排，确保高闪压力正常。

（4）、在低压灰水能满足汽提塔补水需要的情况下，尽量加大锁斗冲洗水罐的补水量，适当增加排渣频次（半小时一次）；现场班长定期观察渣样情况，若出现渣中玻璃丝增多，渣量异常减少或增加等异常情况，气化炉合成气出口外壁温度变化情况，要及时联系中控班长调整工艺。

（5）、现场班长和巡检人员要定期巡检气化炉出口合成气弯头到洗涤塔管线，温度是否异常，是否有泄漏情况。

五、结束语

化工行业作为人类生产生活和社会发展所需的最重要的行业之一，但化工品的生产过程中，不可避免地会与环境保护和可持续发展发生冲突，如何趋利避害是需要我们长期研究和认真对待的问题。频繁地进行检维修工作，装置运转不能连续，不但会浪费大量人力物力，还会对环境造成不同程度的污染，只有装置的稳定运行，才能高效利用煤炭资源，提高全员生产力，提高公司生产产能。

六、参考文献：

【1】航天科技集团煤化工事业部培训教材；

【2】许祥静，刘军，煤炭气化工艺.2007：化学工业出版社；