壳牌煤气化工艺湿洗系统堵塞问题分析

郭小杰

（同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037001）

壳牌粉煤加压气化炉相对于其他类型气化炉具有冷煤气效率高、环境友好、煤种适应性广、氧耗量低等优点［1］，因而在国内迅速得到推广应用。从2005年第一套气化炉装置开车到现在，经过十几年运行经验积累和技术攻关改造，壳牌气化炉用户先后出现了关键设备使用寿命短、设计不合理、管道材质易磨蚀、仪表不适用、气化炉堵渣和积灰等问题，其中绝大部分问题得到了解决。

目前，各家气化炉运行情况逐渐稳定，A级运行百天达到常态化，全年累计运行在300d以上，基本实现了装置全年稳定生产，壳牌气化炉的优势逐渐得到体现。

但是，合成气洗涤塔系统存在管道堵塞、循环水中固含量高、循环水泵叶轮结垢、文丘里堵塞的问题，严重影响整个装置的长周期平稳运行。

1 壳牌气化炉配套湿洗系统工艺流程

纯氧和煤粉按照一定比例部分燃烧反应后，产生粗合成气，经合成气冷却器（废锅）冷却后，再经干法除灰系统，温度降为310℃～350℃，合成气中99%飞灰被快速过滤，过滤后的气体灰含量可达到小于1mg／m3，洗涤水固含量小于10×10－6。灰含量低于1mg／m3的合成气进入湿洗系统［2］。

首先，合成气通过文丘里洗涤器与填料床洗涤器C1601塔底来的雾化循环水充分混合，降温后的合成气和循环水混合物进入填料床洗涤器C－1601底部，合成气从洗涤器底部水层中溢出进入填料床层，与洗涤水逆向流动充分接触，不仅降低了合成气中细灰含量（控制在1mg／m3以下），而且使合成气温度降低到168℃～176℃。合成气通过C－1601顶部气水分离器后离开C－1601洗涤器，分成两股，一股去下游甲醇变换工段，一股与干法除灰系统来的部分合成气混合后去冷激气压缩机。

在湿洗系统中，约310℃～350℃的热合成气在文丘里洗涤器中被急冷，同时，洗涤塔中循环水也洗去了合成气中部分的盐酸、氢氟酸等酸性气体，使得循环水呈酸性。

为了防止酸液对设备、管线、阀门等整个系统的腐蚀［3］，在循环水进入文丘里洗涤器前加入20%的碱液，其流量受合成气流量和pH值控制，以合成气流量控制为主，pH值控制为副，pH值在正常工况下控制在7.5左右。

湿洗循环水中含有一定浓度的固体颗粒，为平衡循环水中的灰分含量，需排放6t／h～7.2t／h的循环水量。

湿洗系统工艺流程见第53页图1。

2 存在问题

2.1 洗涤塔循环水泵叶轮结垢

洗涤塔循环水泵叶轮结垢设计为全闭式叶轮离心泵。该泵特点是叶轮效率较高，轴位移平稳性好，适用于输送不含杂质的清洁液体。

实际运行情况是循环水泵每运行15d左右后，泵体振动值升高，机封开始泄漏，并伴随异响。

拆开泵后，发现泵的叶轮严重结垢。

图2中可以看出，整个循环水泵叶轮外表面不均匀包裹一层垢和硬块，叶轮流道内侧堵塞严重，6个平衡孔全部堵死。结垢物质较硬，需用钢钎、铁锤等工具清理。

图1 湿洗系统工艺流程

图2 湿洗系统循环水泵叶轮对比图

从表1中可以看出，从9月6日到9月15日，短短10d时间，泵水平振动值由2.6mm逐渐升高至23.4mm，垂直振动值由2.3mm 增加至24.0mm。

表1 湿洗系统循环水泵震动值

根据模拟计算，将泵选型为闭式叶轮，而实际运行工况水质严重偏离设计指标。在运行过程中，泵叶轮表面结垢，泵体振动值快速升高，导致叶轮旋转时，施加于泵轴的径向力在圆周方向分布不均，引起转子不平衡，从而加速机封损坏。同时，叶轮流道内侧也出现结垢，会使叶轮6个流道变窄，甚至完全堵塞，导致机泵出力不足，而且频繁对设备进行拆修，严重影响整个壳牌气化炉长周期稳定运行。

在装置正常运行过程中，粗合成气量约为22.5万m3／h，其中携带大量灰，经过干法除灰后，气体含灰量为5mg／m3，经过湿洗系统后，气体含灰量为1mg／m3～2mg／m3，最大时为20mg／m3［4］。

图3中可以看出，湿洗系统循环水由目测清澈变为黑色，断定干法除灰系统滤芯损坏漏灰。湿洗系统循环水固含量增加，由清澈变浑浊。为了保证产量，坚持运行两个月左右，导致大量煤灰泄漏至湿洗系统，循环水中固体含量急剧增高，循环水泵叶轮结垢。

图3 湿洗系统循环水外观对比图

从图4中可以看出，经过对湿洗系统循环水取样分析结果可知，循环水中固体含量在逐渐升高，由57.24mg／L逐渐升高至443.36mg／L。进一步证明干法除灰系统严重泄漏灰。

循环水含有大量灰固体颗粒，水在流经叶轮时，固体颗粒结晶析出，非均匀黏结在叶轮表面。泵运行一段时间后，由于叶轮结垢不平衡，转速为2950 r／min的叶轮发生振动，导致泵体机封损坏而泄漏。

采取的措施：干法除灰系统严重漏灰时，应立即停车检修。在检修完干法除灰系统后，务必增大湿洗系统的污水排量，由1.5kg／s增至2.5kg／s～3.0kg／s，以持续降低湿洗系统中的固含量。建议把循环水泵的全闭式叶轮改为半开式叶轮。

图4 湿洗系统循环水中固体含量变化图

2.2 文丘里洗涤器及管道堵塞

文丘里洗涤器是投资小、效率高的湿法除尘设备。文丘里管包括收缩段、喉管和扩散段，粗合成气在经过雾化、凝聚、除雾3个阶段后，灰颗粒被水雾润湿后，除去。文丘里注水管喷头和喉管段孔径狭小，易结垢而堵塞。

在更换完干法除灰系统的滤芯以后，湿洗系统的水中固含量波动较大，由48.58mg／L升至389mg／L，循环水有时外观清澈，有时候呈现灰色。

工艺运行发现，循环气压缩机进口合成气温度升高，激冷气量下降，冷气和热气压差增大。气化炉合成气冷却器入口温度升高，气化炉运行工况恶化，最后被迫非计划停车。经过拆检文丘里洗涤器后发现，内部喉管堵塞严重，注水管内部堵塞。文丘里内部照片见图5。

图5 文丘里内部照片

湿洗系统的洗涤塔中设计了92m3的鲍尔环填料，虽然干法除灰系统不再漏灰，但是前期大量泄露的灰漏到下游管线以及文丘里洗涤器中，管线内和鲍尔环残留的飞灰未能及时彻底清理干净，造成文丘里快速堵塞。同时，在文丘里内部气相中的结晶物在文丘里洗涤器中冷段凝华结晶，结晶物堆积并没有及时移走，造成合成气通道变小。

改进措施：增加湿洗系统的排水量以除去循环水中的结晶物。当发现高温、高压、过滤器损坏漏灰时，及时停车处理，不要继续运行，防止文丘里和相关管线堵塞。一旦发生漏灰后，务必彻底清除残留在管道中的飞灰。

运行中发现，文丘里的结垢程度和湿洗系统水质的pH值存在对应关系。

图6为湿洗系统水样pH值分析结果与13PDI－0076压差的波动趋势。从图6中可以明显看出，两者具有一定的相同趋势走向。

随着湿洗系统循环水pH值变化，文丘里堵塞情况跟随变化。pH值升高水质接近中性时，文丘里堵塞变严重。pH值降低水质偏碱性时，文丘里堵塞缓解［5］。

湿洗系统水质的pH值，由加碱量调节。碱液为30%氢氧化钠，呈强碱性。加大碱液量时，水质呈强碱性，溶解部分堵塞物。

图6 湿洗系统水样pH与13PDI 0076压差趋势图

3 结论

1）干法除灰系统泄漏后，一定要及时停车。坚持运行会导致循环水泵叶轮结垢、文丘里结垢问题。

2）更换干法除灰系统滤芯后，文丘里再次堵塞是由于湿洗系统鲍尔环累积漏灰导致。

3）合理控制湿洗循环水的pH＝7.5左右，降低湿洗系统的pH值，缓解文丘里堵塞情况，但是酸性水质会加剧管道和设备腐蚀。