高压闪蒸罐闪蒸气带水带灰原因分析及处理

贾震宇

(大唐呼伦贝尔化肥有限公司 内蒙古呼伦贝尔 021012)

大唐呼伦贝尔化肥有限公司的“18·30”项目(180 kt/a合成氨、300 kt/a尿素)以呼伦贝尔当地褐煤为原料制备水煤浆，采用熔渣-非熔渣水煤浆分级气化技术制备合成氨原料气，黑水处理单元采用两级闪蒸工艺，变换单元采用宽温耐硫变换工艺，气体精制单元采用低温甲醇洗联合液氮洗工艺，氨合成单元采用国内先进的低压氨合成技术，硫回收单元采用传统的三级克劳斯催化反应工艺，空分装置采用深冷法空气分离技术，尿素装置采用改良CO2汽提工艺。该“18·30”项目于2013年8月12日开始进行72 h性能标定考核，全装置基本达到了设计能力，可实现安稳长满优生产运行。

气化装置于2012年6月25日一次性投料成功。由于首次采用褐煤制备水煤浆，制得的水煤浆浓度较低(质量分数<50%)，装置在运行中出现一系列问题，如闪蒸气带水带灰、粗煤气带灰带水、水煤浆浓度低、系统水过剩等。此后通过不断的技术改造和优化，制约系统稳定运行的瓶颈问题基本得到解决。

1 高压闪蒸罐闪蒸气带水带灰问题

由于气化装置采用褐煤所制得的水煤浆浓度远低于设计值，使得系统热量不平衡、水系统不平衡，出现闪蒸气过剩、高压闪蒸罐超压等问题。为了解决高压闪蒸罐超压问题，在闪蒸气入除氧器管线上增设1根放空管线，使高压闪蒸罐压力初步得到控制，但闪蒸气放空管线经常出现带水带灰现象，不仅造成环境污染、生产现场作业环境噪声超标而影响员工的正常操作，而且工艺指标处于不可控状态，生产管理十分被动。

2 原因分析

(1)褐煤灰分含量高

褐煤灰分含量高，制得的水煤浆浓度低是闪蒸气带水带灰的根本原因。气化装置制浆所用褐煤灰分质量分数基本在14%左右，内水含量较高，制得的水煤浆浓度低，导致闪蒸气过剩、系统水过剩、黑水中含固量多、闪蒸系统处理负荷增大。此外，气化装置灰水处理系统设计余量不足，原始试车时即出现高压闪蒸罐超压、灰水槽溢流等诸多问题，后采取增设放空管线等措施消耗过剩的闪蒸气，同时将一部分水以蒸汽的形式排放至大气中。但是，当激冷水量不足时，气化炉、洗涤塔排放的黑水含固量增大，高压闪蒸罐内的黑水无法实现良好分离，被闪蒸气以泡沫夹带的形式由放空管带出，从而出现高压闪蒸罐闪蒸气带水带灰现象。

(2)激冷水量少

激冷水量少是闪蒸气带水带灰的主要原因。气化炉在开停车过程中，由于气化装置循环水温差发生变化，管线内的垢片脱落并堵塞激冷水过滤器或激冷环，导致激冷水量减少。在同等运行负荷下，激冷水的减少将加速高压闪蒸罐锥底的结垢速率，致使高压闪蒸罐出现排水不畅的问题，进而引发高压闪蒸气带水带灰。每年大检修对高压闪蒸罐进行拆检，均发现高压闪蒸罐锥底积灰、积渣及积垢较多，严重时与高压闪蒸罐人孔口齐平。

(3)高压闪蒸罐锥底结垢导致排水不畅

高压闪蒸罐锥底结垢导致排水不畅是闪蒸气带水带灰的次要原因。在水煤浆气化工艺中，高压闪蒸罐锥底结垢现象不可避免，但可以采取合适的措施降低结垢速率，如筛选适宜的分散剂、严格匹配激冷水量与系统的负荷、严格控制高压闪蒸罐压力、严格控制高压闪蒸罐液位等。

3 造成的影响

(1)对环境造成污染

出现高压闪蒸罐闪蒸气带水带灰现象时，高压闪蒸罐放空管线中排放的闪蒸气会飘至灰水处理框架墙面、制浆框架墙面、气化框架墙面、气化装置管廊、气化装置周围照明设备上方、气化装置周边的公用工程框架墙面等，久而久之高压闪蒸气所到之处均被污染为黑灰色，修复成本较高；此外，高压闪蒸气夹带的小雾滴冷凝滴落至地面，夏季造成地面积水，冬季造成地面积冰。无论是高压闪蒸气还是蒸气夹带凝液，都会对现场环境造成一定的污染，导致现场工作量增大，消耗的人力、物力、财力均大幅增加，对公司的生产经营造成一定的影响。

(2)生产现场作业环境噪声超标

出现高压闪蒸罐闪蒸气带水带灰现象时，往往伴随着高压闪蒸罐超压，而高压闪蒸罐超压时灰水处理系统周边的噪声超标，多次噪声测量值均高于70 dB，甚至可达到95 dB，严重影响操作人员的正常操作。

(3)工艺指标处于不可控状态

高压闪蒸罐液位超高时，闪蒸气带水带灰现象最严重，此时高压闪蒸罐液位、压力、排水温度等工艺指标均偏离正常值且无法调整，出现工艺指标不可控现象。

4 解决方案

(1)稳定煤种

严格控制气化用煤的灰分、水分、发热量等指标，同时确保各项指标稳定，保证制得的水煤浆浓度、黏度、品质、灰渣结垢主组分以及气化装置整体工况等稳定。

(2)泄压操作的管理

在日常停车操作过程中，严格按照要求控制系统泄压速率，防止激冷水中断，尤其是系统压力在0.5 MPa时，极易出现激冷水中断现象。因此，每次停车时，要求车间管理人员必须监督整个泄压过程，杜绝激冷水出现中断现象。

(3)激冷水系统的优化

利用年度大检修机会，对激冷水管线进行彻底清理，同时将激冷水过滤器整体放大以增大过滤器流通面积，并将滤网孔由Φ4 mm扩大至Φ8 mm，以保证激冷水量充足，消除影响激冷水量的瓶颈点。

(4)工艺管理的提升

由于制得的水煤浆浓度低，闪蒸系统闪蒸气过剩，导致高压闪蒸罐超压，故通过增设放空管和真空喷射系统消耗一定量的闪蒸气，彻底解决了系统闪蒸气过剩的问题。同时，将高压闪蒸罐操作压力控制在0.45～0.55 MPa，出现排水不畅时适当提高高压闪蒸罐操作压力，确保高压闪蒸罐的排水量，防止锥底沉积灰垢。

(5)设备技改

采取的主要设备技改措施：①利用年度大检修机会，将高压闪蒸罐锥底由焊接连接改为法兰连接，便于日常停车时对锥底进行清理；②高压闪蒸罐至真空闪蒸罐的管线由水平布置改为有一定坡度布置，防止垢片沉积；③将除氧器中的丝网填料更换为固阀式塔盘，以增强除氧器除氧、除氨氮能力，系统循环水中氨氮含量的降低能有效降低管道结垢速率；④拆除沉降槽顶部的顶盖，利于降低灰水温度，使系统灰水中的固体杂质能充分沉淀，以降低灰水的固含量，进而降低系统结垢速率；⑤真空闪蒸罐压力控制在设计指标内，以降低系统循环灰水的温度；⑥将现场闲置的2台阴离子絮凝剂泵分别作为阳离子絮凝剂泵和分散剂泵的备泵，必要时可适当增加分散剂和絮凝剂的投加量。

(6)运行维护的细化

计划停车更换烧嘴时，对高压闪蒸罐锥底进行疏通，每次疏通用时4 h，可与更换烧嘴时间同步进行。将闪蒸气带水带灰问题作为气化装置停车的基本条件之一，出现闪蒸气带水带灰现象时即停车、隔离，并对高压闪蒸罐进行彻底清理，此项工作耗时15～20 h。

5 结语

通过优化改造和日常操作控制的细化，目前高压闪蒸罐锥底垢片脱落、排水角阀堵塞、超压、液位高等问题均得到了有效解决，灰水处理系统已实现长周期稳定运行，彻底解决了高压闪蒸气带水带灰问题。

闪蒸气带水带灰的根本原因是褐煤灰分含量高、制得的水煤浆浓度低，但系统结垢现象目前无法从根本上解决，只能通过过程控制和强化管理手段来缓解。通过近几年的运行摸索，气化装置已实现一年一清理，但在一些细节上还有待进一步优化。