德士古煤气化工艺气管道堵塞的原因及处理方法

作者/来源：李波，郭本陆，张艳(山东兖矿鲁南化肥厂，山东滕州 277527) 日期：2008-11-10

山东兖矿鲁南化肥厂拥有3套德士古气化装置，最近在3套装置的运行中出现了不同程度的工艺气管线堵塞现象，严重影响着系统的连续稳定运行，并且随着时间的累积，这种现象日趋严重，迫使装置低负荷运行。

1 装置流程介绍

气化炉为一直立圆筒形钢制耐压容器，炉膛内壁衬以高质量的耐火材料，水煤浆通过喷嘴在高速氧气流作用下破碎、雾化喷入气化炉。氧气和雾状水煤浆在炉内受到耐火衬里的高温辐射作用，生成以一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气为主要成分的湿煤气及熔渣，一起并流而下，离开反应区，进入炉子底部激冷室水浴，熔渣经淬冷、固化后被截留在水中，进入排渣系统。工艺气经带有方形补偿器的工艺气管线进入后续洗涤系统。流程如图1所示。

2 工艺气管线不畅时的现象

2.1 堵塞时的现象

1)文丘里压差逐渐升高(最高至0.42MPa)，在随后的两天时间内文丘里压差下降，气化炉渣口压差升高(最高至0.65MPa)。

2)锁斗压力升高，在气化炉运行负荷率为 90％、系统压力2.5MPa时(正常时2.7MPa)，锁斗压力已达到工艺指标的高限值3.10MPa。同时锁斗压差升高到0.45MPa，达到锁斗的安全联锁值，锁斗安全阀关闭，自动状态下不能打开，锁斗无法进行正常的自动集渣运行。为了保证系统的正常运行，只能对系统进行减负荷运行。出现这种情况时，一般锁斗压差增长比较快，增大到一定程度后又瞬间下降，后又继续增大，这样来回不停的反复，锁斗压力和系统压力也随之变化(见表1)。

3)在处理气化炉至洗涤塔的管线时发现，水平管线堵塞处气体通道仅有100mm(运行管线为 Dh400mm)。

2.2 对系统的危害

锁斗压力高，缩短了设备使用寿命。锁斗压差高，给系统留下重大安全隐患，增加停车次数及检修工作量；气化炉出口阻力大很容易造成炉内内件损坏；气体成分异常，有效气体成分降低，醇氨产量降低；系统减负荷运行，能耗增加。

3 工艺气管线堵塞原因分析与讨论

3.1 煤质的灰分含量对工艺气管线堵塞的影响

山东兖矿鲁南化肥厂原以北宿精煤为主要煤种，随着国泰系统的开车用煤量的增加，加上3台气化炉运行，使用的北宿煤已不能满足气化用煤的供应。目前情况下，气化掺烧其他煤种已势在必行。通过对几种煤种的对比，采用掺烧一定比例神木煤。由于神木煤灰含量高，最高灰分含量达到12％。

煤中灰分含量高会导致比煤耗、比氧耗增大，生产成本大幅度上升；同时，灰分含量高，熔融态灰渣对耐火材料冲刷、侵蚀、剥蚀就大，缩短耐火材料使用寿命；灰分含量高，产生的炉渣相应也多，锁斗系统排灰频率高，灰渣对系统的磨蚀加大，并使系统冲压、泄压频繁，设备使用寿命缩短；灰含量高会导致工艺气中的飞灰增多，工艺气夹带着飞灰通过方形补偿器时，在弯头处与器壁发生碰撞，使气流速度减缓，颗粒在水平管线上积聚，从而造成工艺气管道堵塞。

3.2 配煤种灰熔点对工艺气管线堵塞的影响

配煤种灰熔点相差较大，2007年7月2日神木煤灰熔点大于1350℃，煤浆灰熔点1230℃。由于煤浆在炉内是以雾化状态进行反应的，反应时各煤粒是被氧气隔离独立的，高灰熔点的煤量少，所以气化炉的温度操作以占较大部分的煤的灰熔点来操作(按煤浆的灰熔点＋50～100℃)，气化炉的温度在1330℃。由于神木煤的灰熔点较高，煤燃烧后煤灰不是以熔融状态进入激冷室，只能是飞灰状态存在，这些飞灰的密度小，容易被夹带，在负荷降低时沉积在工艺气管道内，造成堵塞(见表2)。

3.3 负荷加减较快的影响

入炉氧气采用氧碳比串级调节，由于负荷增加较快时氧阀动作较慢，氧气变化量迟于煤浆变化量，所以氧气流量没有及时跟上，炉温较低气化反应速度降低，造成煤浆燃烧不充分，进入激冷室形成飞灰。

3.4 惯性分离器的影响3d缝纫机器人

气化炉内的上升管、下降管和液位组成了一惯性分离器，对工艺气进行除尘和降温。激冷水的流量和炉内的液位影响着分离器的除尘效果，较低的激冷水流量和液位使分离器的分离效果大大下降，造成工艺气夹带大量飞灰离开激冷室，进入工艺气管线，在管线内沉淀，后又在文丘里前气体流速快速降低，造成飞灰沉积，使飞灰在工艺气水平管线段沉积使管线堵塞。

3.5 炉温操作不稳定

炉温较高会导致耐火材料加速分解、侵蚀，在耐火砖表面不能形成稳定的粘性保护层，将加速耐火砖剥落，且出现渣口变大，气化炉压差下降，煤浆的雾化效果变差，煤粒反应时间缩短，发气量降低。炉温偏低会在耐火砖表面形成较厚的灰渣保护层，而且越挂越多，最终导致渣口变小，锁斗排渣困难。同时炉温偏低气化炉燃烧室内氧化反应不完全，生成的工艺气、融渣及未完全反应的碳经激冷后，出气化炉的工艺气夹带大量的悬浮在激冷水中未完全反应的碳颗粒和细灰，堆积在工艺气出口管线，造成工艺气管线堵塞，炉子阻力增大。双向节流阀

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3.6 气化配煤场地太小气化配煤场地太小，不利于气化配煤，容易出现配煤不好灰熔点波动的情况发生，加上灰熔点分析滞后，对气化操作影响较大，极易发生气化炉渣堵及出口带灰现象。

3.7 气化炉的液位控制不稳

气化炉的液位控制不稳，水循环量小，造成灰在气化炉内积聚，工艺气夹带的飞灰增加。

3.8 现灰水沉降槽水平截面面积较小

现灰水沉降槽水平截面面积较小，沉降效果较差，造成灰水中灰分含量较高，灰分重新进入气化炉内。

柿子削皮机3.9 渣中带丝

从停车进炉检查看，炉内很多渣中带丝。出现渣中带丝，说明渣口有堵的情况，气流通道减少，流速增大，将融渣吹出丝样。原因主要由炉温较高灰分变大引起，使炉壁融渣大量下流或灰分增高，融渣增加所致。煤灰在1300℃左右时灰渣中的主要成分有Al2O3、SiO2、CaO等，主要组成有莫来石、长钙石、青矸石和非晶体玻璃体等硅酸盐类物质。当气化炉温度偏高时，液态渣中以SiO2为主体的熔融玻璃体，在高速气流下被吹成丝状，经激冷水冷却后成为金亮(有的偏黄、有的偏白)的针状和丝状。

4 可采取的预防措施

1)严把煤质关，控制好煤的成分，降低灰含量。进一步进行配煤实验，确认最佳的配煤比例，使原料配煤的灰熔点要接近，最高值与最低值相差不能超过100℃。

2)按照规定速率加减负荷，禁止频繁操作及加减负荷过快。

黄毅玲 3)稳定气化炉液位在2.5～3.0m之间。尽可能地加大激冷水量及文丘里喷射洗涤器的水量，降低黑水固含量，改善文丘里喷射洗涤器中固体颗粒的润湿状况，提高除尘效率。

4)做好煤质分析工作，使操作人员有可靠的操作依据，统一操作，及时调整气化炉运行状况，同时参照CH4的变化及时调整温度。

5)加强水质分散剂和絮凝剂的使用管理，保证循环使用的灰水质量，减少再次进入系统的灰量。

6)对渣中可燃物分析应采取新的取样方法，对粗渣和细渣中的碳含量分类进行分析，判断碳转化率的高低，并对气化炉的燃烧状况进行调整。

7)加大技改力度，在工艺气出口管线增设冲洗水喷淋环，保证管壁浮灰不在此积聚。

5 结语

通过对原料、工艺、设备的改进，逐步解决了气化炉工艺气出口阻力大的问题，并在高灰分条件下经过对A#气化炉的运行监测，效果显著，A#气化炉连续运行153d，各项指标均在控制范围内。

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