多喷嘴水煤浆气化重要设备的在线清洗

孔德升，孙化祥，冯国印

(新能凤凰滕州能源有限公司，山东 滕州　277527)



多喷嘴水煤浆气化重要设备的在线清洗

孔德升，孙化祥，冯国印

(新能凤凰滕州能源有限公司，山东 滕州277527)

摘要：分析了多喷嘴水煤浆气化装置在运行中遇到的二级滚筒筛堵塞、废水换热器堵塞和酸性气冷凝器腐蚀内漏的原因，采取了一系列改造措施，实现了锁斗冲洗水换热器、废水换热器和酸性气冷凝器在线冲洗(吹扫)、二级滚筒筛在线清理，在运行中取得了较为理想的效果。

关键词：二级滚筒筛；堵塞；换热器；在线清洗

新能凤凰滕州能源有限公司(以下简称“新能凤凰公司”)65 t/a精甲醇项目采用由华东理工大学和兖矿国拓科技工程有限公司共同研发的、具有我国完全自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化工艺，自2009年12月首次投料成功运行以来，遇到了二级滚筒筛堵塞、 锁斗冲洗水换热器堵塞、 废水换热器堵塞和酸性气冷凝器结垢腐蚀内漏等问题，增加了检修清理和维护的成本，严重制约了煤浆浓度的提高和系统的长周期高效稳定运行。经过技术攻关，采取了一系列改造处理措施，实现了锁斗冲洗水换热器、废水换热器和酸性气冷凝器在线冲洗(吹扫)、二级滚筒筛在线清理，降低了设备检修和维护的成本，消除了制约煤浆浓度提升的重要因素，保障了系统的长周期、高效、稳定运行，现年产精甲醇已突破74万t。

1磨煤系统工艺流程

原料系统将粒度<10 mm的碎煤间歇送入煤仓，煤仓中的煤依靠自身重力连续下落至煤称重给料机，经准确计量后与研磨水泵送来的工艺水、添加剂泵送来的添加剂一起经落煤管进入磨煤机入口处的鼓型给料器，经鼓型给料器内螺旋溜管充分混合后，再经进料中空轴进入棒磨煤机筒体内部，在钢棒与钢棒、钢棒与衬板间的挤压、磨削作用下，原料煤被研磨成具有一定粒度分布、较高浓度的水煤浆，经与出料端中空轴相连接的一级滚筒筛滤除大颗粒，进入磨煤机出料槽，再由低压煤浆泵加压送至二级滚筒筛再次精过滤除去大于8目的大颗粒，自流进入大煤浆槽储存，由高压煤浆泵加压送入气化炉与空分来的高纯度氧气在高温高压下发生部分气化反应，生成以CO+H2为主要成分的合成气供装置生产甲醇使用。

2二级滚筒筛在线清洗改造

2.1二级滚筒筛运行概况

二级滚筒筛是磨煤系统中精滤煤浆中大颗粒和杂物的关键设备，从而避免大颗粒及其他异物卡住高压煤浆泵进出口单向阀，造成高压煤浆泵打量降低、气化炉过氧超温、高压煤浆泵软管隔膜破裂、烧嘴损坏和耐火砖局部过氧烧蚀等一系列问题，在气化装置的安全、稳定、长周期运行中起到重要作用。

由于提高煤浆浓度可以降低煤耗与氧耗、提升装置生产能力、减小气化炉上下温差、改善炉内流场和延长单炉运行周期，2013年新能凤凰公司开展煤浆提浓项目，通过磨机调整添加钢棒量、钢棒级配优化和原料煤进厂控制等技术攻关，磨煤机出料槽内煤浆浓度提升约2个百分点，二级滚筒筛却出现大量淌浆现象，造成大煤浆槽煤浆浓度一直不能提高。通过观察更换下的滚筒筛，发现多数筛网被大颗粒及干固的煤浆所堵塞，筛网堵塞是造成二级滚筒筛淌浆的根本原因。

2.2二级滚筒筛堵塞淌浆原因分析

二级滚筒筛堵塞分为2类：一类为大粒径煤粒堵塞筛孔，煤浆颗粒以不规则多面体存在，粒径为2.5 mm的煤粒很容易卡在筛孔中无法逃出，造成筛孔有效面积减小，滚筒筛筛分能力下降，当累积堵塞面积较大时，合格水煤浆便会从二级滚筒筛大颗粒出口流出，形成淌浆现象，只能通过降低煤浆流量、降低煤浆浓度和黏度的方法提高煤浆流通能力；另一类为煤浆干固形成堵塞，为防止冲洗水进入大煤浆槽，影响入炉煤浆浓度，设计中均未设置二级滚筒筛在线冲洗管线，当二级滚筒筛停车时间较长时，残留在筛孔网上的煤浆失水固化，造成筛网有效面积大幅减小，筛分能力大幅下降，再次投用时依靠煤浆自身冲刷无法疏通清理。

2.3传统清理方法2.3.1机械清理法

传统清理大颗粒的方法是机械清理，即将特制工具插入筛孔，采用物理敲击，使筛孔中的干固煤浆和大颗粒投入筛网内，通过旋转筛网使大颗粒通过排出口排出，清理过程中大颗粒会重复堵塞筛孔，清理劳动强度大，工作效率低，不仅容易损坏筛网，还有异物掉入大煤浆槽的危险。

2.3.2冲洗水冲洗法

部分厂家在二级滚筒筛下增加蝶阀，蝶阀上管段侧面配有去地沟的排放管线，管线上安装有蝶阀，煤浆制备工序停车后，将二级滚筒筛下蝶阀关闭，排放管线上的蝶阀打开，利用磨煤机和低压煤浆泵的冲洗水即可对二级滚筒筛进行冲洗操作，其具有设计简单、操作灵活的优点，但蝶阀密封性不好，冲洗水会泄漏进入大煤浆槽，造成入炉煤浆浓度降低，在开、关蝶阀时，附着在管线内壁的干固煤块脱落掉入大煤浆槽，有堵塞高压煤浆泵入口管线的风险。

2.3.3在线更换高压水枪清理法

为避免冲洗二级滚筒筛时，冲洗水进入大煤浆槽造成煤浆浓度降低事故的发生，新建设项目中往往取消了在二级滚筒筛下增加蝶阀和冲洗水排水管线的设计，新能凤凰公司早期配备了一个备用筛网，并在煤浆进入二级滚筒筛最后一道手动阀前增加煤浆直接排入大煤浆槽的旁路管线，当运行筛网堵塞较为严重、制约煤浆浓度提升时，将煤浆不经二级滚筒筛直接切入大煤浆槽，经断电和拆卸处理后，采用吊车更换，换下的筛网用高压水枪清洗，清洗效果显著，但在线更换工作量大，更换过程中筛体容易碰撞损坏，有异物掉入大煤浆槽内的危险，煤浆不经过滤直接进入大煤浆槽，高压煤浆泵单向阀大颗粒垫缸的风险增大。

2.4二级滚筒筛在线吹扫清理改造

在二级滚筒筛处平台增设1台空气压缩机，在二级滚筒筛顶部位置，均匀安装1排4~5个喷嘴(以喷嘴大小和清理面积定)，喷嘴与空压机采用管线连接，每条管线上安装1个手动阀，在线清理时，煤浆制备运行无需做任何调整，先启动空压机，待压力正常后，逐个打开进料端至出料端压缩空气阀门，对每一段区域筛网逐个清理，二级滚筒筛转速16 r/min,每次吹扫10 s(滚筒筛约转动3周)，如改为电磁阀加PLC控制系统，可以实现自动化吹扫清理。二级滚筒筛在线吹扫清理改造见图1。

图1　二级滚筒筛在线吹扫清理改造

2.5在线吹扫改造优势

(1)可以实现二级滚筒筛在线清理，对煤浆制备运行工况和负荷不会造成任何影响，采用压缩空气清理，避免冲洗水进入大煤浆槽造成煤浆浓度降低的事故，可实现随时清理。

(2)清理效果好。压缩空气出喷嘴后压力迅速降低，体力迅速膨胀，流速加快，冲击力强，喷嘴安装在顶部，垂直向下喷射，加上煤浆和煤粒自身重力作用，清理效果更好。

(3)清理面积大，安装喷嘴少。高压水冲洗喷嘴口径小，清理面积小，需要安装喷嘴较多，成本高。

(4)改造简单，成本低。只需增设1台空压机和若干喷嘴。

(5)相比机械清理和吊装换筛操作，不会损坏筛网，操作简单，工作量极小。

3灰水换热器自冲洗改造

3.1运行概况

灰水槽内较清洁的灰水经废水泵加压，分别经废水换热器和锁斗冲洗水换热器冷却降温至45℃，送往废水处理和锁斗冲洗水罐，作为系统置换外排水和锁斗间歇排渣用水，温度高的废水会抑制废水处理生物菌的活性，甚至致其死亡，锁斗冲洗水温度过高会造成锁斗充压困难，进而影响气化炉正常排渣，由于灰水中含有的细灰、钙镁离子较多，碱度较高，经过换热器后，细灰沉积或附着在换热器封头或管束内形成堵塞，影响废水和锁斗冲洗水流量，使用周期一般仅为1~2个月，便需要隔离切出进行高压清洗，工作量大，检修维护成本高，并影响系统正常生产运行。

3.2废水换热器和锁斗冲洗水换热器自冲洗改造

每套锁斗系统对应1台锁斗冲洗水换热器，将锁斗冲洗水换热器进口阀后管段改为三通管，一端连接进口阀，一端连接换热器，一端通过安装有球阀的冲洗排放管线引入地沟。

废水换热器一开一备，将2台换热器进口阀后管段均改为三通管，一端连接进口阀，一端连接换热器，一端通过安装有球阀的冲洗排放管线引入地沟。

3.3换热器在线冲洗步骤

根据换热器使用情况可以进行定期反冲洗，新能凤凰公司每半月冲洗1次效果较好。冲洗步骤如下。

(1)启动备用废水泵，同时满足换热器冲洗、锁斗冲洗水供水和废水外排水量。

(2)废水换热器切换为备用换热器，原运行换热器进口阀关闭，出口阀保持打开；锁斗冲洗水换热器打开换热器旁路阀，关闭进口阀，通过废水流量调节阀或手动阀开度保证介质的正常输送流量。

(3)逐渐打开冲洗排放管线的手动阀，确认泵不超电流，对换热器进行反冲操作。

(4)通过排放倒淋观察排水变清后，证明冲洗合格，关闭反冲洗阀停止冲洗。

(5)原运行废水换热器关闭出口阀，锁斗冲洗水换热器逐渐打开进口阀，关闭旁路阀。

(6)停废水泵的备用泵，通过调节废水流量调节阀和锁斗冲洗水罐加水阀开度保持灰水流量正常，并通过调节阀开度和流量判断冲洗效果。

4酸性气冷凝器在线吹扫改造及吹扫步骤

4.1酸性气冷凝器运行概述

多喷嘴水煤浆气化工艺闪蒸系统采用蒸发热水塔，高温黑水在蒸发室内减压闪蒸，解析的酸性气体随产生的大量水蒸气在热水室与返回系统的灰水直接接触换热，回收热量，经酸性气冷凝器冷凝和酸性气分离罐分离冷凝液后，不凝酸性气体送往变换汽提塔，运行中酸性气冷凝器列管经常出现内漏问题，大量闪蒸汽进入渣水框架循环水管线，并在管线内积聚，引发气阻，造成真空闪蒸冷凝器、废水换热器及渣水界区各机泵循环水供水减少，系统运行出现紊乱。通过拆检发现，冷凝器内有大量积灰，灰垢层下有明显腐蚀痕迹，判断为垢下腐蚀，由于输送介质为有毒有害的H2S、CO等气体，无法完全切出在线处理。切为旁路后，蒸发热水塔易出现超温超压，为了克服酸性气冷凝器结垢堵塞造成腐蚀内漏的问题，对冷凝器进行改造，从而实现酸性气对换热器进行定期反吹扫操作，解决换热器积灰和垢下腐蚀等问题。

4.2酸性气冷凝器在线冲洗改造方案

每套闪蒸系统配置1台酸性气冷凝器，在换热器进口阀后管段改为三通管，一端连接进口阀，一端连接换热器，一端通过切断阀门连接火炬放空管线放空。

4.3在线吹扫具体步骤

根据冷凝器使用情况可以进行定期反冲洗，步骤如下。

(1)打开冷凝器旁路阀，通过调节冷凝器后的调节阀或手动阀开度保证介质的正常输送流量。

(2)关闭冷凝器进口阀。

(3)逐渐打开进口三通处的反冲洗阀，对冷凝器进行反冲操作，安全无害介质可以通过排放口观察反冲效果，排放介质干净后，关闭反冲洗阀停止冲洗。

(4)逐渐打开冷凝器进口阀。

(5)缓慢关闭冷凝器旁路阀，通过调节冷凝器后的调节阀或手动阀开度保证介质的正常输送流量。

5结语

(1)通过压缩空气吹扫改造，二级滚筒筛堵塞问题得到了较好解决，停车吹扫后，二级滚筒筛较为干净，无煤浆残留和大颗粒堵塞现象。

(2)灰水换热器改造实现了利用自身输送灰水对废水换热器和锁斗冲洗水换热器在线反冲洗，具有时间短、效果好、改造简单的特点，改造后废水换热器和锁斗冲洗水换热器每半月在线反冲1次，通过排放导淋观察有大量黑灰冲出，冲洗效果明显，运行中未出现换热器堵塞现象。

(3)酸性气冷凝器改造实现在线反吹扫后，再未出现冷凝器内漏和渣水框架循环水气阻现象，拆检冷凝器，内部积灰明显减少。

On-line Cleaning of Key Equipment of Multiple Nozzle CWS Gasification Process Plant

KONG De-sheng，SUN Hua-xiang,FENG Guo-yin

(XinnengPhoenixTengzhouEnergyCo.,Ltd.,TengzhouShandong277527China)

Abstract：This article analyzed the reasons of the two-stage drum screen blocking, waste water heat exchanger blocking and internal leakage of acid gas condenser, a series of reforming measures were taken to realize on-line cleaning (purging) of lock hopper flushing water heat exchanger, waste water heat exchanger, acidic gas condenser and two-stage drum screen, which obtained good effects during operation.

Keywords：two-stage drum screen; blocking; heat exchanger; on-line cleaning

收稿日期：2015-07-31

作者简介：孔德升(1986年-)，男，2007年毕业于山东化工技师学院化工工艺专业，现在新能凤凰滕州能源有限公司生产运行中心气化工段从事煤气化生产工作。

中图分类号：TQ 546

文献标识码：B

文章编号：1004-8901(2016)01-0059-03

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.015 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.016