煤气预热器管程阻力大的原因分析及改造

乔 飞

(湖北祥云集团云华安化工有限公司， 湖北武穴 435400)

1 变换工艺流程

变换工艺流程见图1。来自煤气化装置的粗煤气(6.25 MPa、236 ℃)先后经过煤气水分离器(S04101)脱除水以及煤气过滤器(S04102A/B)脱除飞灰等杂质。经过滤后的粗煤气通过煤气预热器(E04101)预热至265 ℃左右，进入第一变换炉(R04101)进行变换反应。出R04101的变换气(436 ℃)先后经蒸汽过热器 (E04102)、E04101以及中压废热锅炉(E04103)，回收热量并副产中压过热蒸汽(4.00 MPa、400 ℃)，温度降至260 ℃左右，进入第二变换炉(R04102)进行变换反应。出R04102的变换气进入变换气淬冷器(S04106)，在S04106内通过喷淋低温冷凝液(原始开车无低温冷凝液，使用锅炉给水)增湿降温后进入第三变换炉(R04103)进行最终的变换反应。通过三段绝热变换将CO、H2O反应生成H2和CO2，为低温甲醇洗提供CO质量分数≤0.7%的变换气。

R04101—第一变换炉；R04102—第二变换炉；R04103—第三变换炉；S04101—煤气水分离器；S04102—煤气过滤器；S04106—变换气淬冷器；E04101—煤气预热器；E04102—蒸汽过热器；E04103—中压废锅；E04104—低压废锅；E04105—锅炉水预热器。

2 E04101堵塞原因分析

2.1 SiO2的来源

2021年9月开车起，E04101压差(20 kPa)缓慢上涨；2022年1月15日，发生负荷波动后，E04101压差由55 kPa上升到140 kPa；3月9日，E04101压差上升到440 kPa，其间对过滤器进行一次切换(A 切至B)。拆检E04101后，发现其中含有大量SiO2垢片(见图2)，进而对其进行机械冲洗。但是，E04101管束窄，硅垢极难被彻底清除。

图2 SiO2垢片

3月15日，投用满负荷运行，E04101压差为78 kPa，3月25日，E04101压差上涨至104 kPa。进而分析工艺气冷凝液，确定SiO2来自S04102(见表1)。

表1 SiO2来源排查分析数据

S04102瓷球主要成分为Al2O3和SiO2，对其进行检查，出现少量粉化，但瓷球外观完整干净，无煤灰等杂物；用无硅水对瓷球进行蒸煮，发现有大量的SiO2产生，进而确定了SiO2的来源。

2.2 原因分析

(1) 分析工艺冷凝液，确定瓷球中的SiO2大量进入E04101后遇高温形成硅垢，造成列管堵塞。

(2) S04101分离效果差。工艺设计S04102不需要经常排倒淋，实际每天需要排倒淋2～3次；同时S04101排液阀开度长期维持在1.5%，大量水汽经过S04102时被冷凝，瓷球中的SiO2被冷凝液带走。

3 解决方案

更换含硅质量分数<1%的瓷球，装填后对瓷球进行蒸汽冲洗，分析冷凝液的SiO2含量,发现其基本稳定。缓慢投用过滤器，同时对出口工艺冷凝液进行分析，严密监控E04101的压差变化。

增强S04101高效分析，提高分离效果，减少冷凝液的产生，抑制瓷球中的SiO2被大量带出。

4 改造效果

改造前，原料气未分离的工艺冷凝液在S04102底部被冷凝，需要手动排液；冷凝液一旦被排空，大量的煤气会直接排放到现场。改造后，S04102底部不再积存冷凝液。经过4个月满负荷运行，E04101压差未出现上涨，为系统连续、稳定、高效运行提供了有力保障。

5 结语

变换系统阻力增加，导致气化操作压力高、压缩机负荷大、产量偏低。整个合成氨系统出现低产高耗现象，对变换系统本身的操作和设备都有危害。此次改造不仅解决了E04101结垢导致系统阻力增加的问题，同时也极大降低了作业风险。