气化装置设计存在的问题及改进措施

路培贵

(江苏华昌化工股份有限公司,江苏张家港 215634)

江苏华昌化工股份有限公司(简称江苏华昌)采用多喷嘴对置式水煤浆气化技术，3台Φ3 600气化炉2开1备，气化压力为6.5 MPa。3台气化炉分两期建设，一期项目建设2台气化炉，于2015年3月投入运行，二期项目建设1台气化炉,于2019年1投入运行。在一期项目建成后的运行中发现，装置中有部分设计存在一定缺陷，因此在建设二期项目时进行了改进，近2 a的运行结果表明，改造起到了一定的效果。

1 煤浆槽设计过大

1.1 存在的问题

一期气化装置配套1台Φ10 500×13 225煤浆槽，容积为1 021 m3，配凯美尼尔搅拌器，在投用0.5 a左右发现搅拌器的减速机发生晃动，电流波动。2016年5月搅拌器晃动加剧，最终导致减速机箱体和电机底座断裂，被迫停车。在停车后检查，搅拌桨叶固定良好，但搅拌轴发生弯曲变形，单边晃动量达到80 mm，煤浆槽防腐层有轻微脱落。

1.2 原因分析

(1) 煤浆槽搅拌轴采用304.8 mm的管轴，悬臂形式，轴长10 500 mm，煤浆槽直径大、容积大，煤浆在槽内停留时间长，存在局部不流动或流动缓慢的死区，导致煤浆结块，当结块到一定程度时，就会倒塌下落，与桨叶碰撞，使搅拌器负荷突然增大。搅拌轴悬臂长度为10 m，桨叶受到不平衡力，导致搅拌轴弯曲变形，最终也导致搅拌器减速机箱体拉裂[1]。

(2) 煤浆槽挡流板设计过大。设计挡流板的目的是为了配合桨叶对煤浆槽壁层流区的煤浆起到搅动作用，但如果挡流板的宽度设计过大，反而会增加煤浆流动的死区，增大煤浆结块的风险[2]。

(3) 煤浆槽内防腐采用三油两布(3道环氧煤沥青、2道玻璃纤维布形式)，经检查发现，防腐层有轻微脱落现象，一旦有防腐层缠绕在桨叶上，也将导致搅拌器损坏。

1.3 改进措施

(1) 采用直径为6 000 mm左右的小煤浆槽搅拌器可以保障运行平稳，但如果对煤浆槽进行改造不仅停车时间长，而且改造成本高，因此不考虑改造煤浆槽[3]。

(2) 根据搅拌装置的使用经验，决定在搅拌轴悬臂底部增加1个轴承支撑，将搅拌轴底部固定，解决搅拌轴悬臂摆动问题。但底轴承必须一直浸泡在煤浆中，无法润滑和冷却，因此需要特殊的耐磨材料。某密封件厂与兰州大学研发的特殊合金材料具有硬质合金耐磨性的同时，还具有较好的冲击韧性，采用粉末冶金铸造，有很好的自润滑性能。因此选用该材料进行改进。

该改进措施于2018年4月投用，2018年11月大修时进行检查，轴承的单边磨损量小于1 mm，说明该轴承的使用寿命可达3 a以上，自从增加该轴承支撑后，搅拌器运行平稳，效果明显。

(3) 将煤浆槽挡流板宽度由800 mm改为200 mm，既保证了煤浆槽壁层流区煤浆的搅动，又避免了煤浆流动的死区。

(4) 将煤浆槽内防腐由三油两布改为环氧煤沥青防腐，防止防腐层脱落对搅拌机的损伤。

2 水洗塔内件固阀气体通道设计偏小

2.1 存在的问题

水洗塔的功能是完成合成气初步净化，使合成气出口的含灰质量分数小于1 mg/m3,不带水，在对应的压力温度条件下，合成气达到合适的汽气比，为变换工艺创造条件。水洗塔自上而下由旋流板、泡罩塔盘(3块，间距为750 mm)、固阀塔盘(2块，间距为750 mm)、黑水储槽等组成。2017年1月，A气化系统水洗塔液位波动大，变换炉温度下跌，CO含量上升，最终被迫停车。停车后检查发现洗涤塔内件严重损毁，五层塔盘几乎全部被吹翻变形。

2.2 原因分析

(1) 根据水洗塔内件的损毁情况，结合运行过程操作，认为造成A气化系统水洗塔液位波动大、变换炉温度下跌、CO含量上升的原因是由于水洗塔进出口产生了比较高的压差,引起强烈的气流冲击[4]。检查停车后拆除的塔盘发现虽然少量泡罩升气管中有粘灰现象，但是塔板并未出现大面积的堵灰，再结合操作运行时洗涤塔未出现较多带水，且气化炉压力较平稳的事实，可以排除是因为塔盘被灰堵塞严重引起压降升高所致。

(2) 通过调取、查看A气化系统运行期间洗涤塔进出口压力、气化炉操作压力、洗涤塔出口温度、混合器前后压差、洗涤塔液位计、变换单元合成气进水煤气加热器的旁路调节阀开度等的运行趋势线，在排除因仪表显示出现偏差的情况下，初步判断洗涤塔内件损毁发生在2017年1月8日带压连投期间，由于通过水洗塔的气量增大，导致压差增大。

(3) 经过计算，上层3块泡罩塔盘的通道面积可以满足带压联投的气量，下层2块固阀板气体通道面积明显偏小，更为关键的是塔盘生产厂家没有将固阀升气高度拉到工艺包的14 mm，只有不到10 mm，再加上塔盘上有轻微的结灰结垢，实际的气体通道面积更小。

2.3 改进措施

(1) 增大水洗塔固阀塔盘的气体通道面积。在生产厂家的制造图纸中，固阀塔盘的降液管结构与工艺包提供的有偏差，但可以接受；塔盘上固阀数量接近工艺包提供的固阀数量范围的低值，从操作运行的弹性考虑，通过减小2个固阀中心距的方法，使中心距由65 mm缩短为60 mm(见图1)，增加每层固阀塔盘上的固阀数量，以提高固阀塔盘的开孔率，提升塔盘的操作弹性。

图1 固阀布置调整

(2) 严格要求塔盘生产厂将固阀升气高度拉到14 mm。

(3) 从操作上，带压连投是多喷嘴对置式水煤浆气化技术的一大特点和优势，该技术在实践过程中也日渐成熟，但还有完善和提升的空间。在进行带压连投操作时，力求调节平滑、幅度尽量小，以减小对系统的干扰，并从设备、仪表、操作等方面综合考虑进一步提升带压连投的安全性。

2.4 改造效果

通过对水洗塔固阀进行调整改造，并严格要求工艺操作，运行至今，水洗塔运行平稳，无带水现场。

3 真空带式过滤机使用效果差

3.1 存在的问题

渣水工段真空带式过滤机过滤出来的细灰含水率为55%～60%，含水率较高，细灰无法堆积起来，占用很大的堆放面积，现场环境差。在外运时跑冒滴漏现象严重，无法上路，对环境和外运造成很大的影响。

3.2 原因分析

造成渣水工段真空带式过滤机过滤出来的细灰含水率高导致细灰无法全部成型，堆放面积大、现场环境差的主要原因为真空带式过滤机使用效果差，难以满足工艺包细灰含水率在40%的要求。

3.3 改造措施

4 结语

气化装置下游有合成氨、多元醇、纯碱、硝酸、尿素等装置，其稳定运行至关重要。结合江苏华昌实际情况，还对以下5个方面进行了技术改造，也取得了满意的效果：(1)将渣水除氧槽补水由河水改为尿素解吸废液，解决了尿素解吸废液的出处问题；(2)将预热水回水设置在流量计后，可以看到流量计显示预热水流量；(3)将去高温热水罐补水阀的手阀改为调节阀，可以及时补水；(4)在渣水工段抽真空的蒸汽喷射器后设置冷凝器，解决了现场蒸汽放空的环境问题；(5)气化炉出口合成气管增加高压水枪冲洗口，方便停炉时用高压水枪冲洗。

通过这几年在运行中发现的问题，江苏华昌进行了一系列的改造，保证了气化乃至全厂的稳定运行，改造效果良好。