航天炉上升管和下降管堵塞原因分析及预防措施

高 飞，李海东，曹国强，吕磊鑫，李自恩

（陕煤集团榆林化学有限责任公司，陕西 榆林 719000）

引言

我国能源的基本现状是富煤、缺油、少气，粉煤气化是实现煤炭深加工、高效、清洁利用的重要技术和主要手段。目前国际上主流粉煤气化技术有Choren（科林）、Shell（科林）、GSP（西门子）、ShengNing（神宁）和HT-L（航天）。其中，航天炉粉煤加压气化工艺是具有自主知识产权的技术，它汲取了壳牌、GSP 等加压气化工艺设计理念及相关经验，成为一项创新性的加压气流床工艺。该技术具有明显优势，突显了投资成本低、建设周期短、操作简易方便、易于集中式管理、降低能耗等特点[1]。航天粉煤加压气化技术依靠其优异工艺指标和安全性能得到业界认可，国内先后有数家单位累计引进HT-L（航天）煤气化工艺。随着该技术的连续应用，HT-L 煤气化工艺在经历艰难探索和不断优化后，实现百日运行已成为常态化，并不断创造单炉高负荷连续运行的纪录。然而一些瓶颈问题制约着HT-L（航天）煤气化装置的安稳长满优长周期运行，气化炉环隙堵渣问题就是其中之一。本文通过对某厂航天气化炉下降管与上升管环隙间堵渣故障进行分析，探究了事故原因，并提出合理的预防措施。

1 环隙堵塞现象分析

通过对某厂航天气化炉在实际生产运行过程中的分析，该气化炉长期高负荷运行，根据表现出一系列复杂现象，总结出气化炉激冷室、上升管与下降管之间积渣及堵塞判断依据。

1）气化炉液位由39%左右，先缓慢上升，后上升速度加快直至100%，现场液位计也是显示满量程，期间加大排黑量直至最大并对气化炉进行减负荷，经降负荷后液位降到70%左右，但波动较大。

2）气化炉压力在指标范围内，系统压差从146 kPa涨至186 kPa；

3）气化炉液位上升的同时，气化炉托盘温度也出现缓慢上升趋势，最高温度达到243.7 ℃，气化炉液位波动前，托盘温度正常在220 ℃左右；

4）合成气出口温度出现过2 次波动，最高为215.2 ℃，正常运行温度在200 ℃左右；

5）渣口压差出现波动，最高涨至100 kPa，后恢复至70 kPa。

2 环隙堵塞原因分析

2.1 现场检修图分析

图1 为气化炉拆开后上升管与下降管环隙，由图1可见，上升管与下降管环隙积渣严重，几乎全部堵塞。

图1 气化炉上升管与下降管环隙

图2 为合成气出口短节，第226 页图3 为气化炉排黑管线。对图2、图3 观测可以发现，合成气出口短节与气化炉排黑水管线基本无积灰、积渣现象，但有垢片，厚度为1 mm～2 mm。

图2 气化炉合成气出口短节

图3 气化炉排黑管线

由以上宏观图可以分析得到，正常情况下，粗合成气经下降管进入激冷室水浴洗涤和冷却后，按一定体积比分别经上升管和下降管之间的环隙及上升管与激冷室筒体之间向上去粗合成气管线，然后进入洗涤塔。当气化炉激冷室内上升管和下降管之间的环隙部分堵塞时，合成气流向体积比被打破。通过上升管和下降管之间环隙的合成气量随着环隙的不断堵塞而逐渐减小，直至为0。同时，从上升管与激冷室筒体之间的环隙到粗合成气管线的粗合成气体量逐渐增大，且合成气在上升的过程中未经过分离挡板的碰撞去灰，结果使大部分粗合成气夹带着大量的灰渣冲刷和集聚在气化炉托盘底部，气流不能在此处流动，导致托盘降温效果不明显，从而引起气化炉底部托盘温度缓慢上升。与此同时，由于通过上升管与下降管之间的环隙和上升管与激冷室筒体的合成气分配比例发生很大变化，大部分甚至全部合成气从上升管与激冷室筒体之间返回，造成气化炉激冷水液泛，液位不稳定，形成假液位。气化炉激冷室真实液位低导致合成气洗涤不均匀，使合成气出口温度上涨。

2.2 原料煤影响

该厂主煤源来自红庆河、圣圆、马泰壕，配煤为华岳、嘉能、明满、申海、中煤、石拉乌素及红庆河煤泥，共10 种煤源。主煤和和配煤的配制比例（质量比）为2∶1～5∶1，出现堵渣前，红庆河煤供应量下降。期间煤种灰分不稳定，波动较大，最高20.16%，最低9.95%，收到基低位发热量最低20.9 MJ/kg，最高24.6 MJ/kg，部分煤灰组成未检测，黏温曲线未检测，操作窗口不明确，煤种不稳定造成气化炉热负荷不稳定，炉况发生变化，灰分低时，热负荷升高，合成气带水，部分未完全反应的固定碳（细粉）更加容易被合成气带走，另外，如果煤中Ca2+、Mg2+离子增加，气化炉燃烧室的粗煤气中含有CO2酸性气溶于激冷水中，形成的CO32-与Ca2+、Mg2+离子反应组成CaCO3和MgCO3附着在上升管内壁和下降管外壁上，造成堵塞。

2.3 激冷室液位计影响

该厂出现现场液位计与远传液位计偏差大，远传液位计显示偏高，偏差在8%左右，出现偏差后经过3 次切除联锁排查处理，现场液位计根部均通畅，说明气化炉液位计冲洗水改造效果较好，现场液位计显示准确。期间车间要求气化炉液位控制在30%以上，远传液位计显示在29%左右，但激冷室实际液位偏低，加上气化炉负荷较高，导致合成气洗涤效果差，大量固体颗粒随合成气被带出，遇到分离挡板返回在环隙间集聚造成堵渣。

2.4 煤线煤流量波动影响

该气化炉煤线出现煤线煤量大幅度下降现象，角阀从63%开大至100%煤量涨至18 t～25 t 之间，由于角阀全开后煤流量波动较大，经反吹煤量上涨至28 t 左右，期间阀门开度一直保持100%。气化炉降负荷后，计划对下料器及角阀进行检查，但因相关阀门关不到位，煤线无法交出，煤线重新投用，但煤量又出现掉幅大的现象，角阀从50%开大至100%煤量波动在23 t 左右，煤量未出现上涨。后续多次对煤线进行反吹，煤量开始上涨逐渐将角阀收至48%，煤量稳定在30 t 左右。在工艺交出检修时，发现煤线里有扁铁，给料罐导流筒损坏严重，导致煤线煤流量不稳定。流量波动大，燃烧火焰会不稳定，从而使气化炉温度波动比较频繁。

3 预防措施

1）选用稳定的煤种煤源，及时对煤质进行分析，关注煤质指标变化；更换煤种时，计算好入炉时间，发现炉况变化及时调整氧煤比，同时将残渣、目前涉及使用和计划使用煤种取样交给专业机构进行化验分析，分析造成气化炉激冷室及上升管与下降管环隙堵塞的煤种，以便控制后续原料煤的采购计划。

2）避免气化炉快速升降负荷，控制激冷室液位在30%以上，避免气化炉液位大幅度波动，在操作过程中若现场液位计与远传液位计出现偏差，以现场实际液位为主。

3）加大系统水循环量，激冷水流量调节阀保证全开，加大气化炉排黑水量，加强水质分析，及时调整，确保系统水质合格，增强专业技能，严禁盲目增减激冷水含量。

4）在日常作业中，需要增加对相关数据仪表等的监查和排查力度，确保在事态严重之初便发现问题，在结合当时工作情况下，最终做出正确的应对措施，确保准确的定位堵渣点的位置。