五环炉煤气化装置平衡孔问题分析及技改措施

新型WHG (五环炉) 煤气化装置是具有国内自主知识产权的煤气化工艺, 其特点是采用干煤粉进料、液态排渣、水//蒸汽混合激冷。设计碳转化率高于9988%%, 粗合成气 (干气) 有效成分 (CCOO++HH2) ) 可达8877%%。

某年产2200万吨乙二醇项目引进此新装置、新技术, 于2014年122月份点火投煤成功, 经过数次开停车改造和不断的工艺优化操作, 于22001155年44月实现了气化炉连续运行111177..55hh并产出合格粗合成气。随着试车的进行, 五环炉各单元运行逐步趋于稳定, 但气化炉激冷段激冷盒处积灰堵塞影响平衡孔的压力平衡作用, 成为了制约气化炉安全、稳定、长周期运行的关键。笔者通过五环炉平衡孔改造前后运行工况的对比, 剖析了改造方案的有效实施对煤气化装置稳定运行的重要意义。

1五环炉煤气化装置工艺流程

五环炉煤气化装置配套的气化炉采用水冷壁结构, 通水产汽, 采用四个烧嘴, 两个一组成对对称布置于气化炉中下部。运行时喷出的煤粉、氧及蒸汽的混合物在4.0MPa, 1500°C高温下迅速发生部分氧化反应, 形成撞击和旋转气流, 生成的有效气体与煤渣分离, 合成气上行经过激冷段水/蒸汽混合激冷喷嘴激冷、激冷盒辅助激冷蒸汽降温的方式, 将高温煤气激冷至900℃以下, 使气流中夹带的熔融态飞灰固化, 防止其在输气管传热面上粘结, 后通过输气管下行进入激冷罐内被洗涤水激冷除灰后, 煤气温度降至220℃, 进入湿洗工序。

2原设计平衡孔技改的必要性分析

原设计的平衡孔在气化炉激冷盒处, 通过激冷盒的分布孔, 达到气化炉内部和环形空间的压力平衡, 保证气化反应室圆筒膜式壁处在微正压差或微外压差的环境中, 从而保护设备安全。气化炉激冷盒的作用是通过辅助蒸汽降低气化炉出反应室的合成气温度, 起辅助作用。但根据气化炉多次运行情况的检查、总结发现激冷盒处容易堵塞, 并且有熔融态的灰渣粘接在附近, 导致激冷盒孔径变小。

2.1激冷盒的孔变小之后, 环形空间与内腔之间的平衡孔无法及时、有效进行气体平衡, 导致气化炉膜式壁内外压差大, 超过设计压差时可能发生设备的挤压、拉伸、变形或破裂, 存在严重的安全隐患;

2.2激冷盒孔径变小后, 该处的取压点不能够真实的反映气化炉的压力, 导致用于判断气化炉激冷段积灰情况的压差33PDI0066和渣口堵渣情况的压差33PDI0065显示假数据, 影响操作人员的正确判断, 为了保护设备安全, 发生误报警、联锁停车现象。

2.3激冷盒处的大量过热蒸汽通过平衡孔进入环形空间, 由于温差作用, 蒸汽将迅速冷凝, 在环形空间底部以及布置在该空间的导压管内积液严重, 成为影响气化炉压力表和压差表的灵敏度和正确性的另一个因素;

2.4气化炉长周期运行时, 环形空间积液, 长期处于的潮湿环境水汽会对设备内件、内部管道等造成腐蚀, 气化炉膜式壁上的焊缝及开孔较多, 易造成设备运行时内件密封泄漏情况, 存在安全隐患;

综上所述, 气化炉原设计平衡孔已经不能满足正常生产要求, 并存在很大的安全和工艺隐患, 因此必须进行改造。

3新平衡孔改造方案及过程

3.1原平衡孔封堵

将原环形空间的256个圆孔全部封堵, 同时, 对辅助激冷蒸汽出口激冷盒进行部分封堵, 封堵后为原激冷口面积的1/3, 此处只作为辅助激冷蒸汽通道用。

3.2重新设计新的平衡孔

气化炉顶部气体返回室位于激冷段之后, 温度相对较低, 且在数次试车后入炉检查发现, 返回室只有一层浮灰, 无大量积灰现象, 故在气体返回室膜式壁平盖上割除相应根数超级Ω管子, 在返向室顶部蛇形传热面上开孔, 插入管件, 作为新的平衡孔, 新平衡孔的设计是按照膜式壁最大允许压差进行设计的。

3.3采取的安全措施

3.3.1在气化炉新平衡孔处增加高压氮气/二氧化碳管线, 气化炉运行时保证此处环形空间压力微高于气化炉内压力, 防止合成气通过平衡孔反串入环形空间, 导致环形空间温度升高, 损坏设备;

3.3.2将新平衡孔处环境空间内测温点探头引至平衡孔上方, 监测此处温度变化, 保证气化炉安全、稳定运行。

3.3.2.1平衡孔改造后气化炉的运行情况对比

从表1中, 可以看出气化炉在接近同等负荷运行下, 改造后新平衡孔处不存在积灰和堵塞现象, 压差表033PDI0065/66数值显示偏小, 且入炉检查气化炉渣口未堵渣、激冷段未积灰, 验证了仪表的准确性。

4结语

笔者从生产实际出发, 针对原平衡孔改造的必要性进行分析, 提出了改造的措施, 平衡孔的改造取得了初步的成效。五环炉为采用水/汽混合激冷的新型煤气化装置, 笔者以为只要严格控制各项工艺控制指标, 精心操作, 不断积累经验, 根据实际运行情况不断优化改进措施, 定能实现气化炉的长周期稳定运行。

摘要：简述了五环炉煤气化装置的工艺流程, 对原设计平衡孔技改的必要性进行分析, 介绍了新平衡孔的改造过程, 以及新平衡孔改造前后气化炉运行情况对比。

关键词：五环炉,平衡孔,激冷盒,压差,积灰,技改