多喷嘴气化炉运行探讨

徐 超

(安徽华谊化工有限公司， 安徽芜湖 238312)

安徽华谊化工有限公司(以下简称安徽华谊)一期年产600 kt甲醇、500 kt乙酸、200 kt乙酸乙酯工程于2011年底建成并投料，于2012年4月27日正式商业化运行，该气化装置采用多喷嘴水煤浆气化工艺。A套气化炉于2015年10月9日投料，至2016年1月20日计划停车检修，连续运行103 d，气化炉整体运行稳定，未发生烧嘴跳车，气化炉保持了连续超负荷运行，平均负荷为104%(以标准氧气计)，平均煤浆质量分数为61.2%，平均有效气组分81.8%(体积分数)，每生产1 000 m3(标态)有效气平均煤耗555 kg、氧耗374 m3，单耗均低于公司考核指标。

2016年1月20日，A套气化炉计划停车开始备用炉检修，对烧嘴、耐火砖、三级闪蒸防冲刷挡板、水洗塔塔盘、蒸发热水塔填料、高压煤浆泵等关键设备进行拆检，发现烧嘴表面出现龟裂，耐火砖磨损速率未见明显加快，三级闪蒸防冲刷挡板磨损较为严重，水洗塔塔盘、蒸发热水塔填料、黑水管积灰较多，即对上述设备进行了更换、检修、加固、清洗，为后期气化炉“安、稳、长、满、优”的运行积累了经验。

1 气化炉烧嘴

烧嘴作为水煤浆气化炉的核心设备，其运行工况直接影响气化炉的气化效率、炉壁温度及所造渣中碳的含量等。烧嘴是通过氧气流股与煤浆流股的动量交换，以达到雾化煤浆的目的，从而为炉内的气化与燃烧创造条件。多喷嘴水煤浆气化技术采用预膜式烧嘴，外混式雾化效果优于内混式烧嘴[1]。水煤浆通过4个对称布置在气化炉中上部同一水平面上的烧嘴，与氧气一起对喷进入气化炉内，在炉内形成撞击流，在完成煤浆雾化的同时，强化热质传递，促进气化反应的进行[2]。相对于其他气化工艺物料的平均停留时间更长，反应更加充分，渣中碳含量较低。安徽华谊采用的是航天十一所制造的烧嘴，并返回原厂检修。

本次气化炉运行至94 d后，A3/A4烧嘴冷却水回水中检测到CO，现场实测CO体积分数最高为300×10-6，确认烧嘴盘管或端面破损。停车后对该对烧嘴进行抽出作业，发现烧嘴无法顺利拉出，A4烧嘴冷却水盘管发生断裂，A3烧嘴切掉盘管后拔出。对烧嘴进行检查，发现端面出现龟裂，烧嘴冷却水盘管表面出现点腐蚀，烧嘴的断面龟裂及冷却水盘管的点腐蚀和泄漏是最常见的烧嘴问题[3]。

2 耐火砖

多喷嘴水煤浆气化炉燃烧室耐火材料主要有向火面砖、背衬砖、隔热层、浇注料、耐火毡等，向火面砖为高铬砖(CRB-90)，背衬砖为铬刚玉砖(CRCB-12)，隔热层为Al2O3空心球砖(ABB-98)，浇注料为铬刚玉浇注料(CastPC-12)。向火面砖直接与高温高压的合成气、灰渣接触，承受化学腐蚀、物理冲击、灰渣冲刷等磨损较快，为使用寿命最短的耐火砖[4]。多喷嘴气化炉由于具有特殊的气化工艺，整个燃烧室内的流场分成射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区、管流区等6个区域，其中拱顶与渣口砖由于遭受冲刷较为严重，使用寿命相对于其他部位的耐火砖较短。气化炉耐火砖平均蚀损速率及使用寿命见表1。

表1 气化炉耐火砖平均蚀损速率及使用寿命

从表1可以看出：上层膨胀缝砖、渣口砖的使用寿命较短。上层膨胀缝砖使用寿命较短主要是由于合成气在此处形成涡流，合成气及夹带的灰渣加速了此处耐火砖的磨损，为了保护后边的M5/M6号砖，在膨胀缝下层砖严重减薄后人工更换膨胀缝处耐火砖。渣口砖使用寿命较短主要是由于合成气到达渣口时，流通通道缩小，气速加快，对耐火砖的冲刷磨损加剧。通过对比本次耐火砖的蚀损速率与平均速率发现，本次运行周期内耐火砖蚀损速率未见明显加快，排除温度、开停车等操作因素，可以认为烧嘴在运行103 d后雾化效果仍然较好，该结论从渣中含碳量也可以得到印证。

3 水洗塔盘

水洗塔作为气化工艺中仅次于气化炉的关键设备，其运行工况直接决定了合成气的清洁度及变换炉工况，进而影响气化炉的长周期稳定运行。

安徽华谊水洗塔采用5层泡罩塔结构，高温变换凝液由最上层塔盘进料，高压灰水由第3层(自上而下数)塔盘进料，合成气自下而上依次穿过5层塔盘换热、洗涤，干净的合成气经除沫器后输入后系统。水洗塔最常见的问题是合成气带水，塔盘堵塞是造成合成气带水的重要因素之一[5]。通过对塔盘堵塞物取样分析发现，有细灰以及钙铁复合盐的成分。合成气所夹带的细灰经过塔盘时黏结在泡罩上，钙铁复合盐主要是由碱度高的高温变换凝液与硬度高的灰水混合而形成。第3层塔盘上的堵塞物主要成分为钙铁复合盐，第5层塔盘上的堵塞物主要成分为细灰，这与各物料进入水洗塔位置相一致。不同位置塔盘上堵塞物的分析数据见表2。

表2 不同位置塔盘堵塞物的分析数据 %

本次气化炉运行过程中未出现水洗塔带水现象，停车后入内检查，发现水洗塔第1层塔盘较为干净，第3层、第4层、第5层塔盘堵塞较为严重，且第3层塔盘堵塞物呈灰白色，第4层、第5层塔盘堵塞物呈墨绿色，可能与细灰中夹带的铬元素有关，铬来自耐火砖。

4 三级闪蒸防冲刷挡板

多喷嘴闪蒸系统采用三级闪蒸处理工艺，即蒸发热水塔、低压闪蒸、真空闪蒸。闪蒸系统的主要作用是回收热量、汽提酸性气、渣水分离及灰水回用等。来自气化炉、蒸发热水塔、旋风分离器的黑水经过三级闪蒸逐步降温、降压，闪蒸出黑水中溶解的酸性气及氨气等，黑水逐步浓缩后排入澄清槽实现渣水分离。黑水在逐级减压过程中存在能量的转化，减压后巨大的动能对设备的冲击较为严重[6-7]，因此三级闪蒸中均设有防冲刷挡板。随着气化炉运行时间的延长，防冲刷挡板逐步减薄，甚至出现洞穿，而冲刷挡板一旦洞穿，黑水会直接冲击到设备本体，存在巨大的安全隐患。黑水进蒸发热水塔角阀后管道进行了延长，黑水角阀后防冲刷挡板基本无破损。低压闪蒸挡板第1层被打穿，需要更换；真空闪蒸挡板支架磨损，导致挡板倾斜，需要加固。

5 高压煤浆泵、激冷环、激冷室等

安徽华谊共有高压煤浆泵6台，其中4台GEHO泵、2台沈冶泵，GEHO泵为双缸双作用隔膜泵，沈冶泵为三缸单作用隔膜泵。A套气化炉使用的是2台GEHO泵，每台泵对应1对烧嘴。在本次运行周期内，高压煤浆泵没有发生卡阀、跳车事故，整体运行平稳。停车后对进、出口单向阀等处进行了拆检，阀座、阀橡胶表面光滑未见明显磨损，已累计使用6 000 h，因此决定本次检修不做更换继续使用。

停车后进入气化炉激冷室与燃烧室进行检查，激冷室合成气出口挡板及出口管处较干净，未见堵塞，破泡条表面附着厚度约10 mm垢片，经X射线荧光光谱法(XRF)分析主要为钙、铝、硅酸盐及硫酸盐形成的复合物。对激冷环处进行检查，激冷环环隙及水分布孔未发现堵塞，激冷水分布较好，下降管未出现鼓包变形[7-8]。

6 结语

通过本次对备用炉的检查发现，烧嘴经过长周期运行后，其冷却水盘管出现沙眼，端面出现龟裂与凹坑，导致回水中检测到CO，且停车后拔出较为困难。上层膨胀缝耐火砖(主要为M8H砖)磨损速度过快，需要定期更换。水洗塔塔盘堵塞较严重，每次需要射流清洗。闪蒸系统防冲刷挡板长周期运行容易被打穿，尤其是低压闪蒸挡板，低压闪蒸、真空闪蒸挡板支架需要更换为耐磨材质。通过备用炉检修，及时发现问题并进行整改，为后期气化炉的长周期运行积累了丰富的经验。