煤气化装置文丘里洗涤器内结垢问题的探讨

　　摘要：针对生产过程中出现的湿洗单元洗涤水固含量过高、洗涤水量低、合成气系统阻力大等问题，详细分析了问题产生的原因并提出了预防措施。

　　关键词：气化炉;文丘里洗涤器;洗涤水;氟化物;结垢

　　煤气论文投稿刊物：《煤气与热力》(月刊)创刊于1978年，由中国市政工程华北设计研究院等单位主办。主要刊登城市燃气和热力方面的技术性和学术性论文、生产总结、专题综述、技术简讯。读者对象为全国各地燃气公司、热力公司、有关设计院、科研单位的工程技术人员和管理部门的工作人员。

　　我公司采用的是日投煤量1100t/d壳牌煤气化装置，产出的粗合成气送至净化、合成及精馏工序，最终产出甲醇产品。壳牌粉煤气化工艺是采用干粉进料，氧气和水蒸汽作为气化剂的加压气流床气化技术。气化反应室出口的热合成气被低温合成气快速冷却，通过干法除灰将合成气中的飞灰脱除，最后经过湿洗单元将合成气中的酸性气去除。本文对煤气化装置运行过程中出现的湿洗单元洗涤水固含量过高、洗涤水流量过低、合成气系统阻力大等问题进行简要介绍，并分析问题出现的原因及相应的预防措施。

　　1运行情况简述

　　煤气化装置2月12日投料运行，平均运行负荷85%左右，运行平稳，气化炉与湿洗塔合成气出口的压差100kPa左右，急冷气量120000Nm3/h，进文丘里洗涤器的洗涤水流量约12kg/s。3月2日洗涤水流量在无人为干预的前提下，流量开始出现下降的趋势，气化炉与湿洗塔出口压差缓慢上涨，急冷气量也开始出现下降的趋势。3月5日洗涤水流量下降至10kg/s，急冷气量降至111000Nm3/h，气化炉与洗涤塔合成气出口压差涨至120kPa，取洗涤塔底水样分析其固含量为1045mg/L，远高于设计值100mg/L。

　　3月6日洗涤塔塔底水固含量达到1876mg/L，洗涤水流量下降至9.2kg/s，急冷气量降至107000Nm3/h，气化炉与洗涤塔合成气出口的压差涨至160kPa。根据上述工况变化，对相关工艺参数进行调整：减少系统碱的加入量约7%;洗涤水pH的控制范围修改为6.3～7.0;提高急冷气压缩机转速500rpm;洗涤水系统根据补水情况尽可能增大排水量;根据水中固含量变化情况，适当调整气化运行负荷。3月7日，洗涤塔塔底水中固含量为2260mg/L，其他参数较为稳定。3月10日洗涤塔塔底水固含量为2020mg/L，洗涤水流量下降至7.8kg/s，急冷气量降至103000Nm3/h，气化炉与洗涤塔合成气出口的压差涨至195kPa。为防止工况继续恶化，主动下调气化运行负荷10%。3月12日，洗涤塔塔底水固含量为996mg/L，由于洗涤水流量低，系统阻力高而导致工况不断恶化，气化装置被迫手动停车。

　　2文丘里洗涤器内结垢情况及原因分析

　　停车后检查发现，高温高压陶瓷飞灰过滤器第二组反吹气导向管上的喷嘴松动脱落，掉在小管板上，从而导致过滤器滤芯断裂并引发一系列连锁问题。打开文丘里洗涤器下法兰后，发现文丘里洗涤器内壁及中心锥结垢十分严重，内部通道截面最小的位置大概只有正常流通面积的3/5，结垢致密坚硬表面光滑，很难清理。在设备表面不同结垢位置取样品进行X射线荧光分析，分析结果见表1。从上述停车检查及结垢物分析结果可以看出，结垢物主要成分为氟化物(氟化钙、氟化镁)。

　　分析形成氟化物结垢的原因是由于高温高压陶瓷飞灰过滤器的反吹气喷嘴脱落造成了过滤器滤芯断裂，大量的高温飞灰随合成气进入文丘里洗涤器内，造成循环洗涤水的固含量大幅增加。在问题发生时，已经对湿洗塔塔底水的固含量进行分析发现水中固含量最高已经达到2200mg/L，远超设计要求的数值，而高温合成气气相中的氟化物，在文丘里洗涤器的喉管部位与洗涤水剧烈混合。

　　由于水中尘粒含量高，合成气温度降低，气相中氟化物在中心锥及洗涤器内壁凝华堆积，随着运行时间的推移，结垢累积量逐渐增大，合成气通道流通截面逐渐减小，洗涤水喷淋阻力增大，前后系统的压降也在逐渐增大，而且这种结垢是不可逆的过程，装置的运行数据也可以完全佐证这一分析。同时由于系统洁净合成气夹带飞灰严重，大量的高温飞灰会在急冷气压缩机入口过滤器的滤网上附着积聚，初期会造成急冷气流量逐渐降低，严重时会导致急冷气压缩机喘振跳车的事故发生，并最终会导致系统紧急停车。

　　3预防措施

　　造成洗涤器内氟化物结垢的主要原因是合成气中飞灰含量过高，而影响其含量最重要的因素是飞灰脱除单元的除灰效果。此次事故发生的直接原因就是由于过滤器的反吹气喷嘴脱落造成了过滤器滤芯断裂，进而导致一系列问题的出现。为防止类似问题再次出现，我们应做好以下几方面的预防性检查与维护。

　　3.1保证除灰单元运行正常

　　1)在初始开车前，除对设备、管线、法兰连接处等进行检查外，对一些易发生问题的部位应仔细检查。首先，反吹导向管中间的一个小法兰应该有8个螺栓固定，每次停车检查时都应该注意这几个螺栓是否松动。其次，小管板的固定，小管板处的密封由于受上方安装固定状态的影响容易造成泄漏。第三，应对反吹气导向管的喷嘴进行点焊固定，防止脉冲反吹气吹扫时引起管线震动造成喷头的脱落而损坏过滤器的滤芯。2)过滤器的反吹系统启动前，应保证整个系统处于氮气氛中，同时系统处于热备用状态，即气化炉的水汽系统需要有符合工艺要求的水在循环、急冷气压缩机处于工作状态等。

　　3)反吹阀门的脉冲吹扫时间的设定值不可随意改变，如脉冲时间设定过长，可能将已经形成的滤饼吹散形成悬浮状态的灰，本应排出系统的灰没及时排出反而增加了系统的灰负荷，影响滤芯的使用寿命。脉冲时间设定过短，可能导致滤芯上附着的滤饼不能吹除，如果滤饼长时间堆积会在滤芯间形成架桥，最终导致滤芯断裂。反吹阀的间隔时间也不应随意改变，实际上滤芯本身是需要足够的时间进行积灰，通过积灰来保护滤芯，这是由滤芯的本身结构决定的。如果吹扫间隔时间设定太短，滤芯无灰可积，细灰会进入滤芯的骨架结构，严重影响滤芯的使用寿命，增加滤芯清洗的频率。如果吹扫间隔时间设定的太长，导致滤芯间的积灰架桥，又极易损坏滤芯。无论采用哪种控制模式，都不建议盲目的优化。4)在生产过程中对过滤器的反吹气压力、温度的控制要求的十分严格。

　　5)反吹阀的检查维护。主要包括阀门仪表气过滤器的清洁程度，阀门定位器至气缸各部件及各管线的紧固件是否松动，检查填料函及法兰连接处是否有工艺介质泄漏，压兰及阀杆连接件是否紧固，阀杆是否运行平稳，阀门各部件(包括管口内部)有无腐蚀，仪表进线口密封是否良好等。由于在部分现场出现过由于反吹系统仪表阀的阀杆未对正、阀芯脱落等而导致陶瓷滤芯折断的事故，给生产造成很大的损失，所以仪表阀门维护保养的好坏对高温高压飞灰过滤器的能否稳定运行有着极其重要的影响。

　　6)控制系统的检查维护，控制系统的检查维护主要指现场控制柜的维护，现场控制柜的工作环境由于是露天的，其电子元件容易老化，如控制柜出现故障不但会破坏生产的稳定运行，还有可能会导致系统停车甚至发生设备损坏的事故。所以建议使用两套控制柜，一开一备。7)对于运行时间较长或反吹氮气温度较低的现场，应注意检查反吹阀出口管内壁、反吹管管口法兰及内壁、反吹文丘里管内壁等的腐蚀情况，由于以上几处可能会出现冷热气流混合而出现露点腐蚀等问题。

　　3.2严格控制原料煤中的氟含量在保证入炉煤种主要指标稳定的前提下，通过混配煤降低入炉煤种的氟含量。

　　3.3增加湿洗单元排水量通过增加湿洗单元的排水量来降低系统氟化物含量及固含量，防止盐类物质囤积。

　　3.4文丘里洗涤水喷淋头改造适当扩大洗涤水喷淋小孔的尺寸，防止杂质堵塞喷淋孔而影响洗涤效果。

　　4结语

　　合成气洗涤效果的好坏直接关系到下游管线、设备的运行安全与否。本文根据系统运行过程中出现的湿洗单元洗涤水固含量过高、洗涤水流量过低、合成气系统阻力大等问题，并结合装置停车后的检查结果，分析了问题产生的原因，并提出了相应的预防措施。在运行过程中形成的氟化物结垢是无法消除的，所以不但要在开车前应进行详细的检查及核对，而且在运行过程中对指标应该严格把控，避免因结垢问题而导致系统停车。

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