粉煤气化装置黑水闪蒸系统磨损原因分析及优化

徐庆磊

(山东润银生物化工股份有限公司， 山东东平 271509)

山东润银生物化工股份有限公司(简称润银公司)拥有3台2 000 t/d级HT-L粉煤气化炉，分别于2012年12月、2017年4月开车成功，目前气化炉运行稳定，在集团公司合成氨原料路线改造中发挥了重大作用[1]，实现了公司尿素产品的新旧动能转换，节约了煤炭资源，增强了企业竞争力。目前，润银公司86 000 m3/h法国液化空气集团氮气循环空分装置及日处理煤量3 500 t级超大型HT-L粉煤气化炉安装已经完成，预计2021年6月竣工投产，该HT-L粉煤气化炉采用半废锅技术，有效利用了热量，副产高压蒸汽。

粉煤气化装置正常运行期间，从气化炉激冷室和合成气洗涤塔底部来的含固质量分数为5%的黑水在通过角阀减压后，再通过角阀后部短节送入高压闪蒸罐进行闪蒸，脱出高压黑水中含有的大量的酸性气体，其中,夹杂着含固量较高的黑水在高压闪蒸罐底部经短暂沉降后流往真空闪蒸罐。由于角阀闪蒸前后压力差别较大，且黑水中含固量高，闪蒸后黑水流速也高，造成高压闪蒸罐角阀阀体及阀后短节冲刷磨损严重[2]。在该粉煤气化装置运行期间，曾多次因磨损严重出现黑水泄漏现象，如果泄漏点不能及时消除将会造成装置停车，对装置长周期安全稳定运行构成严重威胁。

1 工艺概述

来自气化炉激冷室和合成气洗涤塔的黑水经减压角阀减压后进入高压闪蒸罐闪蒸，在0.55 MPa压力下进行低压闪蒸，然后再进入真空闪蒸罐，在-0.05 MPa下进行真空闪蒸，部分可溶性气体从黑水中解吸出来。黑水经过闪蒸浓缩后，进入沉降槽沉降分离，底部输出固体滤饼，上部溢流澄清灰水，灰水再进行循环利用，实现了热量回收、节约用水的目的。

为了降低高压黑水对阀后管道及高压闪蒸罐人字板的冲击，对高压闪蒸角阀进行倒装，充分利用黑水自身重力。闪蒸后的黑水先冲击液面，由于先克服自身重力势能，减缓了闪蒸黑水的运行速度，有效降低了磨损动能；黑水角阀往上部分短节同时也采用了耐磨铸铁内筒，提高使用寿命；同时，在高压闪蒸罐入口处设置耐磨衬板，以减缓高压黑水对高压闪蒸罐人字板内件的冲刷。

2 黑水闪蒸角阀短节磨损情况

自该粉煤气化装置开车以来，通过对相关管道测厚数据的分析并结合设备检修拆检可以看出:由于激冷室外排黑水及洗涤塔外排水中含有大量固体颗粒，不仅对高压闪蒸罐角阀弯头处冲刷磨损严重，而且对高压闪蒸罐入口人字板磨损较大(见图1)，曾多次出现高压闪蒸罐角阀处磨损泄漏情况，造成每次系统停车检修，需要对高压闪蒸罐角阀处短节及高压闪蒸罐人字板进行更换加固处理[3]。

图1 高压闪蒸罐黑水入口人字型分布板

3 原因分析

(1) 来自激冷室和合成气洗涤塔的高压黑水经过节流减压后，黑水流速极速增大，对角阀阀体、后续管道及高压闪蒸罐内件冲刷磨损严重,极易造成磨损泄漏。

(2) 高压黑水经过角阀减压闪蒸后，由于缓冲空间极小，动能衰减慢，对角阀、后续管道及高压闪蒸罐内件直接冲刷且接触时间长，产生冲刷腐蚀。

(3) 氧煤比控制偏低，造成气化炉内粉煤燃烧不充分;灰水含固量高，造成系统灰水处理负荷增大。气化炉炉况的不稳定,使黑水管线的磨损冲刷加大。

(4) 渣锁斗系统故障，集渣时间过长，大颗粒灰渣流入黑水系统，造成黑水系统负荷加大，大颗粒灰渣由于质地坚硬，对角阀、后续管道及高压闪蒸罐内件磨损程度加大。

(5) 激冷室内部积灰到一定程度时，合成气上升阻力加大，部分合成气会随着黑水从激冷室排水系统流向高压闪蒸罐。由于黑水中携带大量合成气，流经角阀后黑水状态为气液夹带，更易造成高压闪蒸罐角阀、后续管道及高压闪蒸罐内件的冲刷磨损。

4 改进流程及工艺优化

经过研究论证，并结合装置实际运行情况，对角阀装配进行变更升级，将角阀由卧式横喷安装改为立式上喷安装(见图2)，并在与黑水接触的阀座底部内壁加衬Ni-Hard合金。高压黑水流经角阀后，流向发生变化，先克服自身重力，流速减缓后再进入高压闪蒸罐内部进行闪蒸处理，既减缓了对角阀的磨损，又降低了对高压闪蒸罐内件的冲刷磨损，极大降低了对设备内件的磨蚀，使设备管道发生泄漏的概率大大降低。

图2 立式上喷安装方式

在角阀流程及管道设备改造的基础上，气化炉炉况的优化高效运行也是关键。在控制入炉煤配比的同时，结合炉温状况，维持高氧煤比运行，可以降低黑水中的含固量，减轻对设备和管道的磨损；稳定系统加药量，确保系统灰水置换量及淤浆量的稳定送出，降低系统灰水处理负荷[4]。

确保渣锁斗系统的稳定运行，保证激冷室内灰渣的及时排除，防止灰渣在激冷室底部过多沉积后随黑水排出系统流向高压闪蒸罐、真空闪蒸罐等装置。

对闪蒸罐入口处人字板进行加装耐磨衬板，增强其耐磨强度，延长使用寿命。

合理掺烧气化炉煤种，确保渣口盘管、激冷环完好，防止激冷室积灰，避免合成气窜入黑水排放系统，造成气液夹带。

5 结语

综上所述，通过对高压闪蒸罐入口角阀的改造及耐磨衬板的使用，有效解决了黑水系统的磨损问题，延长了粉煤气化装置的运行周期，确保了粉煤气化装置的安全环保运行，提高了经济效益。