德士古气化炉下降管的损坏原因及预防

1、德士古气化炉下降管的损坏原因及预防第40卷第1l期2011年11月辽宁化工LiaoningChemicalIndustryVo1.40.No.11November,201l德士古气化炉下降管的损坏原因及预防倪龙宇(神华包头煤化T分公司,内蒙古包头014010)摘要:分析德士古气化炉中的激冷室的工艺状况,再结合某厂德士古气化炉的实际生产情况分析下降管的损坏原因及其避免手段.关键词:德士古气化炉;下降管;激冷室;锥底砖;损坏中图分类号:TQ530文献标识码:A文章编号:1004-0935(2011)11-1191-03自上世纪80年代末开始,德士古气化技术就在我国得到了广泛的应用,该技术碳转化率高

2、,环境污染小,生产稳定,设备已基本实现国产化.但从国内德士古多年的运行情况看,问题还存在很多,本文主要就下降管的损坏问题及其避免手段进行探讨.1德士古气化激冷室结构及工艺过程气化炉分为燃烧室和激冷室两个部分,激冷室在燃烧室的下面.燃烧室下面由锥底与激冷室相隔开,之问的通道称之为渣口.再往下就是激冷环,激冷环用法兰固定在锥底上,激冷环的下部用焊接方式与下降管相连接.下降管的外面是上升管,并且与下降管同心,在上升管的顶部有个斜向下的伞形折流挡板,并且固定在燃烧室的锥底上.在燃烧室反应生成的高温合成气及其熔渣,飞灰通过渣口进入到激冷环和下降管,激冷环内喷出的激冷水沿着下降管的壁上形成一层均匀的水膜,

3、将合成气温度由1300o二左右逐步下降至250左右.合成气和熔渣在下降管的引导下沿着锯齿型的出口进入激冷室的液位中,合成气被分割成细小的分支后在激冷室中最终鼓泡上升,熔渣则在激冷室中沉降至底部的收渣部分.上升的合成气和一部分飞灰在上升管的引导下被送出激冷室,一部分飞灰和水分在折流挡板的作用下又回落到激冷室内.2下降管损坏的原因分析神华包头煤化工分公司一共7台气化炉,5开2备.操作压力6.5MPa,操作温度13001400,气化炉尺寸3.2mx3.8m,单炉投煤量1500t/d,生产能力达到530000m(CO+H)/h,总投资17.8亿.不论是整体生产能力还是单炉的实际尺寸和整体投资都是目前国

4、内最大的德士古气化装置.自从2010年8月开车成功到现在,所有的7台气化炉都经历了实际生产,并暴漏出一些问题.2011年4月至5月,先后有4台气化先后发生了下降管变形,破裂,烧穿损毁的事故.报废了1根下降管,修补了3根,影响了系统的正常运行,并造成了巨大的经济损失.2.1激冷环的影响激冷环是德士古气化炉的主要内件之一,价格昂贵,它的主要作用就是通过水腔和内圈间的36个小孔向下降管喷射一层均匀的水膜,来保护下降管不被高温气体和熔渣损毁.其结构如图1.丝堵激冷环上圈注水孔激冷环内圈.图1激冷环与下降管结构示意来自碳洗塔的激冷水进入激冷环,温度在220左右,当水质恶化时,会堵塞激冷环的小孔.从而会造

5、成部分44L激冷水量不足,高温下激冷环的内圈会慢慢产生裂纹,下降管的水分布也遭到破坏.下降管在这种工况下,就会逐渐有熔渣结疤,产生高温区,逐渐使下降管变形甚至破裂.另外,当水中杂质多时,在长时间的冲刷下,激冷环会产生很收稿日期:2011一O617作者简介:倪龙宇(1979-),男,助理工程师,安徽淮南人,1997年毕业于安徽淮南化学工程学校(现安徽理工大学),一直从事德士古气化的生产与管理工作.E-mail:79946500.1192辽宁化工多孔洞,同样会破坏下降管的水分布.2_2激冷水的影响激冷水的多少直接决定了下降管上水膜的厚度,当气化炉在低负荷下运行时,合成气气体流速减慢,激冷水量可以保

6、持低一点;但当气化炉在高负荷下运行时或者高炉温操作时,激冷水量一定要相应加大才能保证水膜的厚度,否则高温将会造成下降管变形.实践证明,神华包头煤化工分公司气化炉满负荷时,激冷水量要保持在350m.左右才能满足要求,而在投料初期低负荷的情况下,一般>220m就能满足要求.激冷水中的pH值高低也是影响因素之一,当pH值成碱性的话易使设备管线等结垢,一方面影响了激冷水泵的打量,另一方面会堵塞激冷环.另外激冷水中的灰分,杂质的多少也是其因素,水中的灰分和杂质主要来自于合成气中的洗气沉降下来和渣水系统未沉降处理干净又送回碳洗塔这么两部分.杂质高了,对激冷环的冲刷和堵塞都是会直接伤害到下降管

7、的.2.3烧嘴的影响气化炉的烧嘴在装配,吊装,或者长时间运行造成喷嘴磨损后,都可能使烧嘴的张角增大.一部分的煤浆燃烧很不完全就已经成熔渣排下了,无形中造成了灰渣量增大,长期在这种工况下,一旦有熔渣挂在下降管,水膜就被破坏了,下降管也会随之损坏.2.4气化炉锥底砖的影响气化炉锥底砖在渣口的下面,燃烧室的底部,它的主要作用就是保护激冷环和下降管.神华包头煤化工分公司气化炉锥底砖一共有7层,当第5层的锥底砖(T1903)磨损时,渣口随之增大,气体流速减缓,熔渣流速也减缓,而且容易在此处堆积.当熔渣堆积到一定程度突然下落时,易在下降管上挂壁甚至结疤,从而造成下降管的损坏.当锥底砖磨损更为严重时,将会使

8、激冷环直接暴露在熔渣的冲刷下,直接造成激冷环和下降管的损伤.2011年5月2O日神华包头煤化工分公司6号炉计划停炉后更换烧嘴,停炉后通过炉头观察发现渣口锥底砖存在脱落的现象,而且脱落的区域较为集中,西北侧约1/5的渣口砖脱落,渣口尺寸远超设计尺寸,气化炉无法继续使用.待降炉温后人炉检查发现,下降管已经鼓包变形.附锥底砖脱落照片见图2.图2附锥底砖脱落照片2.5焊接及装配质量的影响神华包头煤化工分公司气化炉下降管和激冷环的材质为均为Incoloy825,下降管厚度为6mm,下降管与激冷环采用氩弧焊打底,电焊连接方式相连,其连接处一直处于高温,磨蚀,冲刷的恶劣复杂工作环境.其焊接质量,焊接方法,焊

9、接材质和安装垂直度都对下降管的寿命有着直接的影响.2.6煤质的影响德士古气化炉对煤的灰分和灰熔点有较高的要求,煤中灰分过高时,气化效率下降渣量增加,会造成对下降管磨损增大并可能挂壁在下降管上;煤的灰熔点增高时,这里指FT一流动温度,熔渣流动缓慢极易挂壁并结疤,损坏下降管.而且实际生产中,当工艺操作人员发现渣口压差上升,合成气分析有异常,排渣出现异常等种种现象时才开始提温操作基本上为时已晚,因为此时只是提高了燃烧室温度,并不能把下降管上的挂壁给融化掉.2_7操作温度的影响德士古气化炉的操作需要一个合适的温度,既不能过高,也不能过低.炉温低时,熔渣的流动性变差,易在下降管上挂壁并结疤.当水流经过挂

10、疤时,被迫分流,水膜被破坏,至使下降管局部超温变形.而且在挂疤处会聚集更多的熔渣,扩大挂疤的面积,堵塞下降管的通路.当下降管内局部已经堵塞时,通过此处的合成气流速会增大,加剧了下降管内的堵塞及热应力不均造成的损坏.情况严重时,下降管会变形,鼓包,穿孔,甚至爆裂.当炉温高时,熔渣的流动性变强,热负荷大,合成气温度高.高温合成气由1300降至250cC左右时,在渣口向下1m左右温度下降最大,此段水膜变薄,极易造成下降管局部超温,出现裂纹,鼓包甚至变形穿孔.而且,过高的炉温还会造成炉第40卷第11期倪龙宇:德士古气化炉下降管的损坏原因及预防1193壁上的挂渣融落,增大了渣量,损坏下降管.神华包头煤化

11、工分公司7号气化炉在2011年4月8日,发生一起因下降管烧穿造成合成气短路联锁停车的是事故.停车后,从激冷室人孔进气化炉检查,下降管东南方向,距离激冷环约1.5m处向下,烧穿2个洞,上面小洞长×宽=0_3m×0.3m,下面大洞长×宽:2m×0.3m,照片如图3.图3下降管烧穿照片事后分析原因:从4月初开始气化多台气化炉,多次堵渣,渣样呈现黄色玻璃体状,出现很多鹅蛋大小的块状渣.4月4日分析中心的灰熔点分析结果为1270.C但炉温实际已经提高到1400.C.煤灰粘温特性差,灰渣黏度大,从气化炉落下时,容易粘到下降管处,造成下降管无水膜保护而遭热蚀破坏.3预

12、防措施改善系统水质,要从渣水处理系统开始.控制好闪蒸系统的真空度,保证闪蒸效果;对絮凝剂,分散剂的用量要严格控制,保证沉降效果;对系统内的水尽可能的置换,使水系统一直处于相对洁净的状态;控制好水系统的pH值,保证pH值在合适的范围,防止结垢出现.正常生产中尤其在高负荷,高温的操作环境下,要保证激冷水的量,对激冷水过滤器要根据压差高低及时切换;准备投料的炉子要仔细认真的做好激冷水分布的试验,并有详细记录;停下的炉子要做好整个激冷水管线的冲洗和排污工作.做好气化炉锥底砖运行时间记录档案,及时检查锥底砖的外观情况和详细尺寸,对磨损较大的炉子,不带病坚持生产,应该及时更换锥底砖.做好运行烧嘴的运行时问

13、记录,定时更换烧嘴,操作人员要经常关注烧嘴压差,波动频繁剧烈的时候要及时上报.对新装配的烧嘴安装前要详细检查其环隙及同心度,保证尺寸合乎标准.对激冷环和下降管的制造和安装要严把质量关,对停下检修炉要认真细致检查激冷环和下降管的各项指标.原料煤要控制好各项指标,尽可能采用灰分低的煤种,一旦煤种变化,应该及时通知气化系统,并做好分析,让工艺人员能及时了解煤种变化情况.工艺操作人员要根据煤种情况,及时调整炉温,保证下渣顺畅,维持系统稳定运行,所有操作都要缓慢,不能突增突降.现场看渣形,看渣样要准确及时,工艺人员要根据热偶指示,合成气组分,甲烷含量,渣形渣样等等工艺参数合理判断调整氧煤比在合适的范围.

14、4结束语下降管作为德士古气化炉的主要内件之一,一旦损坏就不可逆转而且存在价格昂贵,定制周期长,安装难度大,安装时间长,对安装的要求高等诸多问题.只有从预防做起,工艺人员,设备人员都要做到精心,重视才能使工厂生产长周期稳定运行下去.参考文献:1郭建工,唐卫兵.德士古水煤浆气化炉下降管损坏原因分析J.西部煤化q-.,2004(2).2白玉琴,寻小玲气化炉主要内件的损坏及修复J.应用广场版,2005L1).DamageReasonsoftheDowncomerinTexacoGasifierandItsPreventiveMeasuresNILong-yu(ShenhuaBaotouCoalChemicalCompany,InnerMongoliaBaotou014010,China)Abstract:Theprocesssta