高春雷
【摘 要】By an analysis with respect to temperature distribution inside vertical pipe and reaction mechanism inside gasifier, it is found that main causes for the damage of vertical pipe are not enough cooling water, vibration inside gasifier, excessive feeding load, or too much feed, and slag hole and vertical pipe sluggish, etc. Countermeasures are proposed in connection with different causes, thereby extending the operation cycle of the gasifier.%通过对下降管内温度分布、气化炉内反应机理等方面分析,发现下降管损伤的原因主要是冷却水量不足、炉内产生振动、投料负荷过大或投料液位过高、渣口和下降管挂渣等.根据不同的原因,提出了应对措施,从而延长了气化炉的运行周期. 【期刊名称】《化肥工业》
【年(卷),期】2011(038)006
【总页数】3页(P58-60)
【关键词】下降管;损伤;原因分析;应对措施
【作 者】高春雷
【作者单位】兖州煤业榆林能化有限公司 719000
【正文语种】中 文
兖州煤业榆林能化有限公司的气化炉自2008年12月投料以来，曾多次出现气化炉下降管损伤现象，最严重时曾造成下降管烧穿，所幸合成出口温度测点反应比较灵敏，气化炉联锁跳车，未造成其他事故。由于更换下降管需要推开破渣机、割开锁斗循环管线的外环管，所以更换完成后需要进行气密性试验，另加上气密后的泄压、烘炉，从停车降温到气化炉热备至少需耗时17 d。这对于2开1备、3开1备和5开2备等运行模式都是不利的，没有了备炉就没有所谓的长周期保障。因此，避免或减少气化炉下降管损伤是保证气化炉长周期运行的关键之一。
通过对变形后的气化炉下降管进行观察，气化炉下降管变形大体可分为鼓包、褶皱、孔洞几种类型。
(1)鼓包
鼓包现象多数发生于距离气化炉激冷环1 000～3 000 mm的区域内，鼓包表面会出现明显的缺水现象。 (2)褶皱
褶皱现象与鼓包发生的区域有部分重合，一般发生于距离气化炉激冷环2 000～4 000 mm的区域内，多为沿下降管环向整圈分布。
(3)孔洞碱性硅溶胶
运行中曾出现下降管烧穿现象，孔洞出现在距气化炉激冷环5～1 000 mm区域内，形状不规则，方向正对合成气出口。
为了研究下降管变形的原因，在实验室中通过构建热态模型的方式在下降管中由底部伸入1根金属管，顶部封死，作为热电偶套管，套管内放置2根热电偶。当温度稳定后，通过下拉热电偶便可测量下降管内不同位置的温度。热电偶的位置以激冷室最上端为基准面，向下为正方向，激冷水量为一固定值。试验得到的下降管温度分布如图1所示。 碟形螺母从图1可看出：合成气在激冷室入口处温度最高，超过500℃;在0～200 mm区间，合成气温度迅速下降至＜100℃，此段区间存在较大的温度梯度;在200～600 mm区间，合成气温度已较低，温度变化较平缓，温度梯度较小［1］。可见，下降管的作用是非常明显的，根据合成气的量来调节激冷水的流量，从而使高温合成气迅速冷却，达到保护后续装置的目的。
由于在下降管的上半部分温度衰减很快，因此可将传统的下降管材质由整体INCOLOY825改成上半部分为INCOLOY825，而下半部分为316L，从而可大幅降低投资。
针对气化炉下降管出现的几种损伤形式及对下降管内温度分布的研究，将下降管的损伤原因归纳如下。
(1)水量不足
多数气化炉运行至后期时均会出现气化炉激冷水量下降情况，特别是在合成气温度衰减较快的下降管上、中部区域。下降管若长时间处于缺水状态，金属自然会发生变形，此情况下出现的多为鼓包变形。
(2)气化炉内产生振动
气化炉内发生极其剧烈的不完全氧化反应，如果炉内氧气富余，则会发生氧气与合成气的二次反应，形成可爆性气体，轻则在炉内产生爆鸣，重则发生事故，这种现象通常称为过氧。出现过氧现象时，会产生较大的振动。下降管的长度均在6 000 mm左右，上部与激冷环用螺栓相连接，中部与上升管之间用肋板相连，一旦发生振动，下降管在炉内会有较大幅度的摆动，使下降管变形，此情况下出现的多为褶皱变形。
(3)投料负荷过大或投料液位过高
气化炉投料时，按照逻辑系统指令，煤浆先进入气化炉内，氧气稍后进入。煤浆进入气化炉内后，瞬间脱水形成煤粉，部分煤粉因干馏而产生可燃性气体。后进入的氧气与煤粉、可燃性气体在高温环境下瞬间反应，体积急剧膨胀，此时如果投料负荷过大，就会产生更大量的膨胀气体。由于下降管是连接燃烧室与激冷室的缩径通道，下降管在大量膨胀气体的冲击下而产生变形。过高的投料液位会在投料过程中出现水锤现象，对下降管产生巨大的冲击。此2种情况下出现的也多为褶皱变形。
(4)渣口、下降管挂渣
直流无刷风扇由于煤灰的黏温特性，熔渣在通过渣口时黏度会陡然上升，易造成渣口处大量熔渣不能及时排出，气体通道因此变小，气速随之上升。渣口处挂渣多呈不规则形状，气体通过时就会产生偏流现象，高速的偏流气体会破坏下降管表面的水膜，进而使熔渣粘附在下降管上，下降管内的气体亦发生偏流。高温气体夹带的煤中残余物对下降管局部区域不断冲刷，类似一种喷砂现象，下降管很快就会被磨穿而形成孔洞。
针对气化炉下降管损伤的几种现象，通过摸索和总结，形成了以下的应对措施。
激冷水通过激冷环后在下降管表面形成1层厚6～8 mm的水膜。理论上，水膜越厚，降温效果越好，越有利于下降管的保护［2］。但在实际生产中，气化炉运行至后期时常出现激冷水量减少的情况。为了防止激冷水量减少，应该每周切换1次激冷水过滤器，从而保证尽量少的细灰进入激冷水外环管，减少结垢的机会。每次检修时，对激冷水过滤器和激冷水的外分布管进行彻底清理;如果有条件，则检查与激冷环相连接的几根弯管并拆检激冷环的丝堵。
真空吸砂机如果气化炉的运行周期超过50 d，发生激冷水量减少而激冷水过滤器又无法从系统中退出进行在线清理时，则可以适当投用事故激冷水予以补充。
过氧、投料负荷过大、投料液位过高都会对下降管产生瞬间冲击，均不利于下降管的保护。在生产中可采取以下措施。
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(1)定期检查逻辑系统和阀门
由于气化系统的仪表长期处于高温的工作环境中，随着运行时间的延长，难免会出现仪表失灵、误指示等现象。所以，只要系统停车时间超过24 h，在投料前必须对气化炉开停车的逻辑系统进行空投试验。空投试验一般需进行3次，如果有1次不合格，则立即对整个逻辑系统进行全面排查。同时，因为氧气切断阀的工作压力较高，开启时的压差较大，每开关1次阀球对阀座的冲击都很大，所以应该定期检查氧气系统切断阀门的密封性能。逻辑系统的正常工作和氧气切断阀的密封性能良好都是保证气化炉不发生过氧的措施。为了防止误动作，每次执行时需有关人员认可后方可操作。
(2)降低投料负荷和投料液位
通过近半年的摸索，气化炉的投料负荷从过去的55%逐渐降至目前的45%，投料液位从过去的60%降低至目前的45%，气化炉投料振动现象明显减轻，改进后再未因这2种原因而造成下降管损伤。
(3)优化煤灰的黏温特性
在开车初期，由于对煤灰的黏温特性认识不足，片面地关注煤的灰熔点，盲目进行提温操作，使下降管损伤频繁，气化炉的运行周期少于30 d。传统的观点认为：灰熔点高主要是由于煤的灰分中SiO2含量过高，只要加入部分CaO就可以解决问题;只要煤的灰熔点不高，黏温特性就不会差，就适用于煤气化。对于绝大多数煤种而言，此观点是成立的［3］。但在研究兖州煤业榆林能化有限公司所用的气化用煤时发现：虽然煤的灰熔点不高，但是其黏温特性很差。在运行过程中，因为黏温特性较差，熔渣在通过渣口位置时，温度稍有降低，就会出现黏度突然上升而形成硬块，使渣口频繁被堵塞、下降管频繁挂渣，造成渣口压差上升、波动，进而影响气体成分，严重时发生下降管烧穿，制约了生产的正常进行。为此，在煤中加入部分SiO2，调整煤灰中酸碱比，不但优化了煤灰的黏温特征，避免了渣口、下降管挂渣现象，而且使煤的灰熔点由1 260℃降至1 160℃，气化炉运行周期目前平均在50 d左右，再未出现过下降管挂渣的现象。
(1)通过定期切换激冷水过滤器、定期清理激冷水系统的相关管线以及适当投用事故激冷水等措施，可以降低因水量不足而导致下降管变形的概率。
(2)定期检查氧气系统切断阀、保证逻辑系统的正常工作，是避免发生过氧对气化炉产生冲击等现象的保证，不但可以避免下降管因此产生的变形，同时也可避免事故的发生。
(3)煤的灰熔点并不完全决定煤质是否适合气化，同时煤的灰熔点低也不一定表明煤灰的黏温特性就好。通过调整煤灰的酸碱比可以改善煤灰的黏温特性，使气化炉的运行周期大幅延长、渣口规则、下降管光滑，效果明显。
【相关文献】
［1］ 王辅臣，于广锁，龚欣，等.多喷嘴对置水煤浆气化技术的研究与工业示范［J］.应用化工，2006，35(增刊)：119-132.
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