WHG激冷罐常见问题的分析与研究

冯海平，杨 星

(河南龙宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

煤气化装置是煤化工行业由煤转化为合成气的中间核心装置，河南龙宇煤化工(以下简称龙宇煤化工)二期煤气化装置是采用中国五环工程有限公司(以下简称中国五环)与河南能源化工集团公司自主创新设计、具有自主知识产权的五环炉(WHG)干粉煤气化工艺技术，运用将煤转化为合成气的煤气化生产装置。龙宇煤化工是国内第一套使用五环炉的大型化工企业，经过多年来的开车运行实践和实施技改，装置运行水平实现了质的进步，截至2021年底，实现五环炉A级安全稳定运行288 d，最高运行负荷为102%，连续创造了国内同类型装置多项记录。

1 五环炉工艺流程

五环炉工艺属于粉煤气流床气化工艺，采用液态排渣、湿法除灰、激冷压缩气激冷等工艺，具有碳转化率高、煤种适应范围广、热效率高、安全环保系数高等特点。工艺流程见图1。

图1 五环炉工艺流程

来自备煤系统的原料煤通过皮带输送至磨煤机和热风炉，通过碾磨和干燥后的合格煤粉(粒径在10～90 μm之间约占70%～85%，水分<2%)送至煤粉加压输送系统后，进入气化炉与氧气发生一系列反应(温度为1 400～1 600℃)生成高温合成气，上升到激冷室，通过压缩机来的激冷气冷却，经过激冷罐冷却洗涤，再次进入洗涤塔除尘洗涤冷却之后，送至下游变换装置，通过激冷罐和洗涤塔洗涤后的黑水送入闪蒸黑水系统和除氟系统再次处理，泥浆经过卧式离心机和压滤机处理，干净的滤液返回系统再次使用，煤泥作为环保砖的原材料。

反应室熔融状态的渣，通过水冷壁、渣屏流入渣池，经过喷水淬冷后形成玻璃丝状态细小的渣，再经过破渣机、渣收集器、渣锁斗、捞渣机、皮带输送至界外。

2 激冷罐的结构和作用

2.1 激冷罐的结构和原理

激冷罐是由外壳、下降管、上升管、底锥、人孔、远传液位计和温度计、现场液位计、排水管组成，上部与输气弯管连接。

2.2 激冷罐的作用

来自气化炉激冷后约650℃的合成气，通过下降管进入水浴，经过洗涤、降温、除尘后，190℃左右的合成气通过上升管，再次与来自湿洗塔的激冷水洗涤后，进入合成气管道去湿洗塔；洗涤后的黑水分两股，一股在底锥正下方连接DN150管排入中压闪蒸罐，另一股通过激冷罐中部DN300管排入中压闪蒸罐。工艺流程见图2。

图2 激冷罐工艺流程

3 激冷罐常见问题

3.1 排水管线不畅

排水管线由两部分组成，洗涤后的黑水分两股，一股在底锥正下方连接DN150管排入，通过高压灰水缓冲罐37FV0006减压后进入中压闪蒸罐；另一股在激冷罐中部通过DN300管后，经过高压灰水缓冲罐37LV0009排入中压闪蒸罐。

3.1.1一股管线不畅的现象和原因分析

(1)现象：一股不畅，另一股畅通。表现为流量减小，管线上的压力和温度会降低。

(2)原因分析：①管道内壁垢片脱落后，堵塞管道；②激冷罐内的泥块聚集进入管道；③角阀处卡涩；④角阀阀芯脱落。

(3)处理措施：①逐渐开大对应管道上的角阀，来回反复动作，使垢片、大泥块通过；②通过现场敲击管线，使聚集的泥块松动后通畅；③提高仪表气源压力，确保角阀开关正常；④停车检修后更换阀门。

3.1.2两股都不畅通的现象和原因分析

(1)现象：①37FV0006管线压力由2.97 MPa逐步下降，随即来回调整37FV0006阀门，并通知现场敲击管线，效果不明显；②随后出现激冷罐、湿洗塔、去变换粗煤气分离器液位上涨，导致工况大幅波动，随即出现激冷罐、湿洗塔带液，导致变换粗煤气分离器带液；③由于激冷罐液位上涨较快，合成气不能顺畅地排出，导致气化炉温度上涨过快，气化炉温度最高上涨至705℃，激冷量大幅降低，压缩机电流减小、振值上涨，气化炉压力上涨，总压差上涨，汽包压力升高，液位降低，蒸汽产量增高，随后，当激冷罐水带出去后，又出现气化炉温度大幅降低至450℃。

(2)原因分析：①随着运行时间的延长，管道内壁垢片增加，内径缩小，坚硬的垢片突然脱落，导致管道内径缩小，通透量降低；②激冷罐内积泥较多，顺着管道流入，管径缩小。

(3)处理措施：①短时间内为了维持系统运行，可以逐步减小去系统水量，形成新的水平衡；②现场敲击管线；③系统降低负荷，减少气量；④减小闪蒸系统压力，增大压差，利用背压加快剩余通道内黑水的流动。

3.2 激冷罐出口积灰

(1)现象：气化炉压差上涨较快，导致系统总压差上涨。

(2)原因分析：原设计煤气化后，经过激冷的合成气，通过输气弯管向激冷罐输送时，由于设计激冷段入口口径大、合成气流速低，进入激冷罐水浴后，上升至激冷段顶部，大量水汽与高温合成气碰撞，出现了在激冷罐顶部积灰，导致合成气通道减少，气化炉至输气弯管处压差增大，积灰情况最低至原有通道的15%左右，同时导致气化炉膜式壁因合成气偏吹而出现泄漏的情况时有发生。

(3)改造措施：鉴于以上情况制约装置的长周期运行，经过与中国五环沟通，在激冷罐入口膜式壁上增加缩口，使得原先尺寸为φ999 的口径缩口至φ500(具体采用 825 的镍基钢板厚度为8 mm)，使合成气的流速增大，缓解或降低积灰的程度。

改造后没有再出现激冷罐顶部积灰的情况，且激冷罐因没有顶部大块积灰脱落堵塞管道的影响，整个运行周期激冷罐积泥也大幅减少，改造效果良好。

3.3 激冷水量下降

(1)现象：系统运行一段时间后，激冷水管线过滤器压差升高，检修后打开检查，发现滤筒孔有灰块结垢堵塞。

(2)原因分析：进入激冷罐的激冷水原设计经过过滤器后，由DN300管道分布成8根支管，支管上设计喷头，长时间运行后，激冷水中携带的细灰渣，容易在喷头处结垢堵塞，导致激冷水流量大幅降低，无法维持激冷罐液位，为了确保合成气温度不出现高报而损坏内件，不得已减少黑水外排，合成气携带的飞灰无法充分洗涤，造成飞灰积存，长时间造成大量泥在激冷罐内积存，制约装置的长周期运行。

(3)改造措施：①在激冷水过滤器前后DN300 管线上增加DN200副线，如果出现过滤器压差高、部分堵塞的情况，可切换至副线，从而保证激冷水的流量；②将激冷水分布方形盒上8根进水管上的喷头去掉，同时分别开2个DN50 支管，共16 根。再次通过上升管与下降管之间的环隙中开孔进入下降管内部，增加DN50 的弯头贴着内壁喷水，弯头朝下向左旋安装，与合成气上升流向一致，容易形成旋膜。

(4)改造效果：改造之后，激冷水量基本能够稳定在350m3/h，且不需要打开过滤器的副线，就可以满足正常的水平衡要求。

3.4 激冷罐水冷壁泄漏

(1)改造原因。激冷罐主要是对高温合成气进行洗涤降温，合成气在通过激冷罐水浴时，洗去了大部分飞灰；同时温度由650℃降至190℃，在合成气离开水浴时，携带大量饱和水蒸气上升至激冷罐上部，激冷罐顶部空间为盲区(中间有隔板，使激冷罐与输气管分开)，水冷壁材质为15CrMoG，而合成气中含有CO2、H2S、HCN、HCl、NH3等酸性气体，在此处易形成积聚大量含有酸性气的湿气环境，由于温度降低，大量水蒸气冷凝后溶解有酸性气体，对水冷壁造成腐蚀，长时间运行后水冷壁管壁厚逐渐减薄而出现漏点，管道原壁厚为7 mm，目前为2.4 mm左右，当合成气携带的飞灰在表面结垢后，形成垢下腐蚀，进一步加剧腐蚀速度，当水冷壁漏点较大时，造成气化炉无法正常运行，逼迫停车检修。

经过综合评估后计划对水冷壁材质升级，管道升级为15CrMoG，堆焊625材质，180°回转弯头升级为 825材质。材质升级后能有效控制管道腐蚀量，为五环炉长周期运行提供保障。

(2)改造后效果评估。自改造后，经过评估，运行效果较好，未出现再次泄漏的情况。

3.5 激冷罐内积泥

3.5.1积泥现象与原因分析

(1)现象：①当出现激冷罐积泥后，激冷罐壁温受传热效果影响会逐渐降低，泥量越多，温度越低；②激冷罐液位不准确，出现假液位；③系统总压差出现上涨。

(2)原因分析：①气化炉激冷后的合成气经过水浴再次激冷后，合成气中的大部分细灰经过初步降温洗涤，冷却后外排到后系统，随着运行周期的延长，泥状物附着在外排管道的内壁，管道变细、通道缩小、阻力增加，导致在激冷罐内沉积，泥量的增加会致使传热效果降低，壁温缓慢下降；②正常情况下，激冷罐液位控制在40%左右，随着泥状物沉积，在液位计根部积累，冲洗效果较差时，会导致液位计测量值漂移显示错误，若不能够准确判断，会加剧泥状物积累；③随着激冷罐内部泥积累，合成气经过水浴后，阻力增加，导致系统压力上升，总压差上涨；④原煤灰分变化，正常情况下入炉煤灰分在20%以内，当配煤不均或者来煤灰分增大时，合成气带灰量增加，同等饱和水浴下，会导致洗涤效果下降，泥状物增加，进而积泥；⑤来自激冷罐的水浊度过高，水质变差，洗涤效果下降，泥状物因碰撞而积累。

3.5.2积泥处理及改进措施

(1)确保入炉煤灰分稳定在20%以内，当灰分增加时，洗涤水量和外排量做好动态调整，减少泥在激冷内的沉积。

(2)严禁固定阀位不变，激冷罐液位远传和现场液位经常调校，确保液位显示准确。

(3)保证入激冷罐的水质稳定，浊度合格。

4 结语

通过不断地技改和运行优化，至2021年底，实现五环炉A级安全稳定运行288 d，最高运行负荷为102%。激冷罐运行比较平稳，积泥情况明显改善，为WHG装置的安全稳定长周期运行提供了技术支撑。