水煤浆气化渣水管道堵塞及磨损的原因与对策

潘 军

（国能包头煤化工有限责任公司，内蒙古 包头 014060）

0 引言

水煤浆气化有着悠久的历史，而且在工业中也有着十分重要的地位，在发展的过程中相应的技术也在不断完善。结合当前的实际情况，较为成熟的水煤浆气化系统不仅运行效率较高，而且可靠性与稳定性也得到了极大的提升。在不断的改进与完善中，我国很多高校与科研机构也对水煤浆气化系统进行了研究，取得了诸多成果[1]。但是从当前的实际情况来看，渣水管道的堵塞及磨损仍然是整个系统的瓶颈，需针对性分析堵塞及磨损的原因，然后做出改善与调整。

1 水煤浆气化渣水处理流程

水煤浆气化的系统有多种形式，如图1 所示，为单喷嘴对置式水煤浆系统的系统流程。煤浆制备系统泵送至气化框架爆浆质量分数约为58%～65%的水煤浆和由空分装置送来的纯度大于99.6V%的氧气为主要原料，水煤浆在烧嘴中通过高速O2流的作用下破碎、雾化喷入气化炉膛，迅速发生预热、水分蒸发、煤干馏、挥发物裂解燃烧以及炭的气化等一系列复杂的物理、化学过程。在操作温度为1 300 ℃，操作压力6.25 MPa（G）的条件下进行气化反应，其加压气化过程属于气流床并流反应过程。生成以CO、H2、CO2和水蒸气为主的粗煤气，同时，将系统中产生的黑水送入闪蒸、沉降系统处理，以达到回收热量和灰水再生、循环使用的目的。粗合成气与熔融状态的灰渣一起向下，经过均匀分布激冷水的下降管进入激冷室的水浴中。大部分的熔渣经由激冷水冷却固化后，落入激冷室底部，进入锁斗排渣系统。粗合成气由下降管和上升管的环隙间上升，进入合成气洗涤系统，在洗涤塔中进行洗涤后送至下游。闪蒸系统分为高压闪蒸、低压闪蒸、两级真空闪蒸的共四级闪蒸[2]。气化炉、洗涤塔和渣池的黑水通过闪蒸系统，解析出酸性气体和有毒有害气体。从整个系统来看，此结构并不复杂，但是每个过程的问题都可能会导致整个系统的停止。

图1 水煤浆系统系统流程

2 水煤浆气化渣水管道堵塞及磨损的原因分析

水煤浆气化渣水处理系统在运行的过程中管道会长时间通过高压的黑水，而黑水中含有各种离子与固体悬浮颗粒，导致管道的腐蚀与各类污垢的析出，最终出现堵塞与磨损的问题。结合上文分析的单喷嘴水煤浆系统的渣水处理系统流程，渣水管道堵塞与磨损的原因主要体现在以下几个方面：

2.1 水煤浆气化渣水的固含量较高

水煤浆气化渣水中如果有较多的固体悬浮物，这些物质会在管道内沉积，这会导致整个黑水管道的流通面积逐步减少，进而造成黑水流量的下降。这样就会形成恶性的循环，使得黑水管道的结垢速度不断上升，最终导致渣水处理管道的堵塞，对整个系统的稳定运行有着极大的影响。

2.2 水煤浆气化渣水的氯离子含量较高

水煤浆气化渣水中氯离子含量较高的话，会对管道形成腐蚀，这是因为氯离子会和水反应形成酸性液体，腐蚀金属材质的管道。特别是整个渣水处理管道处于高温高压的环境，所以腐蚀的程度会进一步加深[3]。

2.3 磨损主要来自于介质的冲蚀

介质的冲蚀，它是介质活动时对密封面磨损、冲洗、汽蚀的结果。介质在一定的速度下，介质中的浮游细粒抵触触犯密封面，使其造成局部损坏，高速活动的介质直接冲洗密封面，使其造成局部损坏，介质混流和局部汽化时，产气愤泡爆破冲击密封面表面，造成局部损坏。介质的冲蚀加之化学侵蚀交替作用，会强烈的浸蚀密封面。

3 水煤浆气化渣水管道堵塞及磨损的对策分析

从上文的分析可以看出水煤浆气化渣水管道堵塞的主要原因，因此相应的堵塞及磨损对策需要从原因入手，然后结合现有的工艺、设备、材料来进行优化，具体可从以下几个方面入手。

3.1 工艺的优化

新增低压灰水泵进口总管以实现低压灰水泵入口为双管线，灰水系统增设备用总管后，灰水槽出口到低压灰水泵入口管线实现一用一备，低压灰水泵入口管线可实现在线隔离清洗，制浆与低压灰水管线配置联通管，除氧器补水配置备用管线，废水冷却器优化改造，加强原料煤煤质管理，优选阻垢分散剂配方，调整阻垢分散剂的用量，严格灰水水质管理[4]。

3.2 设备布置的优化

通过设备布置的优化也能减少渣水处理系统的结垢和堵塞问题，在这方面可参考单喷嘴水煤浆气化系统的四级闪蒸形式，。黑水从按工艺流程依次流经高压闪蒸罐、低压闪蒸罐、真空闪蒸罐（上、下塔）。通过这种方式，就能有效的避免高压运输黑水的问题，不仅能够减少系统运行的成本，而且也能避免黑水对整个管道的冲刷，进而减轻管道的磨损。当然，采用这种方式布置，要合理的计算高度差，保证相关的参数满足工艺的要求。这就需要企业根据自身的实际情况进行计算，合理的对设备布置进行优化，以此来达到减轻渣水管道堵塞及磨损的目的。

3.3 管道布置的优化

管道布置的优化也能有效减少堵塞与磨损的问题，具体可从以下几个方面入手：

3.3.1 减少弯头

在水煤浆气化渣水处理系统中，随着闪蒸的不断进行，渣水的固含量不断升高，这时就会析出碳酸钙。而随着系统的运行，碳酸钙会不断附着在管道的内壁上，进而造成管道堵塞的问题。所以在整个渣水处理系统的管道布置中要尽可能减少弯头。特别是对于蒸发热水塔和低压闪蒸罐的出水口而言，可将管道设置成“步步高”等形式，这样就能有效减少内部堵塞的问题。

3.3.2 弯头半径及壁厚的增加

渣水管在弯头处受冲刷较为频繁，因此弯头处腐蚀通常较为严重。针对这一问题，可将弯头处壁厚加厚，同时加耐磨处理。除此之外，还可采用半径较大的弯头，这样就能减少高压黑水对弯头的腐蚀，进而延长整个系统使用的寿命[5]。除此之外，对于管道中容易发生堵塞的位置，还可针对性的设置拆卸的短节，这样在发生堵塞和磨损之后，能够方便地拆卸、冲洗或更换，进而缩短检修的过程，这对于整个渣水处理系统的稳定运行也有着积极的意义。

3.4 材料选用的优化

材料选择的优化也能有效减少堵塞与磨损的问题，具体可从以下几个方面入手：

1）耐磨材料的选用。对于渣水处理系统中容易磨损的部件可采用耐磨材料，通常是在其内增加硬质合金或者内衬陶瓷，这样就能有效的减少磨损对整个系统的影响。这样就能延长各部件的使用寿命，同时提升整个系统运行的稳定性。

2）球形阀的应用。目前水煤浆气化渣水处理系统中黑水管通常采用的阀门为金属硬密封球阀或者轨道球阀。但是由于黑水管的阀门开启频率较低，所以在长时间不动作的影响下，其表面的结垢较为严重，而且在检修设备时会出现无法退出的问题，给整个系统的稳定运行带来极大的影响[6]。针对这一问题，可将偏心半球阀应用在进出口管道的阀门中，同时增加电动执行机构，这是因为球阀开关较为轻便，而且不容易被介质冲蚀，这样就可以有效缩短处理的时间，而且提高系统运行的稳定性。

3）分散剂的引入。水煤浆气化渣水处理管道磨损很大一部分原因是由于渣水中固体含量较高，因此还可选择合适的分散剂，这样就能有效降低渣水管道中固体悬浮物的沉降速度，进而减少渣水管道的堵塞和磨损问题。

4）低闪液位调节阀前手阀改为耐磨套件。

3.5 其他措施

对于渣水处理系统而言，可在黑水通过的部位增加过滤强度较高的过滤器，这样就能将其中所含的固体悬浮物有效的去除，不仅可降低黑水对整个管道的磨损和腐蚀，而且也能循环利用黑水中的固体悬浮物。该项措施的操作较为简单，而且还可降低渣水处理系统的运行成本。另外，黑水过滤器很容易造成结垢的问题，而且每次清理都需要停产，同时清洗的时间较长[7]。为解决这一问题，可增加备用的黑水过滤器在线检修，不仅能够提高运行的效率，而且也能保障充分的清理时间，进而提升过滤器清洗的效果。除此之外，在黑水排向闪蒸处理时，其固含量较高，导致管线较为磨损，特别是对于减压阀处，很容易发生磨穿的问题，最终导致黑水的泄漏。这时也可在整个系统中加入备用线路，同时也增加减压阀，避免因减压阀磨损而导致的系统运行停止。

总体而言，渣水管道的堵塞及磨损问题对整个渣水处理系统运行的稳定性有着极大的影响，目前各科研机构与企业都结合自身实际情况采取了各类优化措施。但是从实际情况来看，渣水管道的磨损与堵塞几乎是不可避免的。因此在未来的发展中还需进一步的改进和优化，以此来尽可能降低渣水管道磨损与堵塞造成的影响。

4 结语

渣水处理是水煤浆气化系统的重要组成部分，从以往的运行实际来看，渣水管道很容易发生堵塞和磨损的问题，造成这一问题的原因主要为水煤浆气化渣水的固含量较高、水煤浆气化渣水的氯离子含量较高与黑水减压阀进出口压差较大等。基于此，本文从工艺的优化、设备布置的优化、管道布置的优化、材料选用的优化等方面分析了水煤浆气化渣水管道堵塞及磨损的对策，希望可以给水煤浆渣水管道堵塞及磨损问题的解决提供一定的方向。