何圣龙
（陕西长青能源化工有限公司，陕西 凤翔721405）
［摘 要］ 陕西长青能源化工有限公司600 kt/a甲醇项目气化装置采用GE水煤浆加压气化工艺，自2013年5月投产以来，气化装置一直存在着一些瓶颈问题，如原料煤煤质波动大、工艺烧嘴磨蚀、激冷室部件损坏、渣水系统管线及黑水角阀磨损泄漏等问题，导致系统运行周期短、检修时间长及生产成本增高。为此，陕西长青的技术人员理论联系实际，通过制定并实施了一系列优化改进措施，从根本上解决了气化装置运行周期短的难题——单台气化炉工艺烧嘴的运行周期平均延长约22 d，合理安排倒炉，单台气化炉运行周期最高可达126 d，且在气化炉运行后期未出现烧嘴压差大幅波动的现象，粗煤气中有效气（CO+H2）含量提高约3%，由此保障了气化装置的安全、稳定、高效、长周期运行，实现了整个生产系统的节能减排、降本增效。
［关键词］GE水煤浆气化装置；原料煤煤质波动；工艺烧嘴磨蚀；激冷室部件损坏；黑水角阀磨损泄漏；原因分析；优化改进；经济效益
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）03-0025-04
0 引 言
陕西长青能源化工有限公司（简称长青能化）一期煤化工项目设计产能为600 kt/a甲醇，其气化装置采用GE水煤浆加压气化工艺，分为煤浆制备、煤浆气化及渣水处理3个工段［1］，配置3台气化炉（两开一备），单台气化炉产干气量119 956.58 m3/h。气化装置工艺流程为：水煤浆和氧气经烧嘴喷入设计压力6.5 MPa、温度1 350 ℃的气化炉内，发生部分氧化反应生成主要成分为（CO+H2）的粗煤气；反应生成的熔融性液态渣经冷却、过滤等后送出界区；粗煤气经激冷、洗涤后送入变换系统，粗煤气洗涤过程中产生的废水经闪蒸、沉降以及过滤等工序处理后循环利用，分离出的滤渣则经真空过滤机过滤后送出界区。
长青能化600 kt/a甲醇项目自2013年5月投产以来，总体运行状况较好，但其GE水煤浆气化装置一直存在着一些瓶颈问题，如原料煤煤质波动大、工艺烧嘴磨蚀、激冷室部件损坏、渣水系统管线冲刷泄漏等，导致系统运行周期短、检修时间长及生产成本增高等。为此，技术人员理论联系实际，分析症结所在，经反复论证后，制定并实施了一系列优化改进措施，保证了系统的安全、稳定、长周期运行，有效提升了企业的经济效益。
1 GE水煤浆气化装置运行中存在的问题
1.1 原料煤煤质波动大
原料煤煤质特性对气化装置运行状况的影响非常大，水煤浆气化工艺主要是通过原料煤的反应活性、成浆性以及灰熔融温度来衡量原料煤的适用性。
研究表明，在相同的反应温度下，煤的灰分越高，一方面燃烧产生的渣越多，高温高压环境下会加剧对耐火砖的冲蚀；另一方面会增加氧耗和煤耗（煤中灰分每增加1%，氧耗增加0.7%～0.8%，煤耗增加1.3%～1.5%），使粗煤气中的CO2增多、（CO+H2）减少，导致产品产量降低。GE气化炉采用液态排渣方式，当气化炉运行温度高于原料煤灰熔点30～50 ℃时，才能保证液态渣具有良好的流动性。原料煤的灰熔点增高，一方面燃烧产生的液态渣流动性差，易堵塞气化炉排渣口；另一方面会使得气化炉的操作温度提高，加剧灰渣对耐火砖的冲蚀，降低耐火砖的使用寿命。实践表明，气化炉运行温度因煤灰熔点每提高50 ℃，耐火砖腐蚀率将增大1倍。原料煤内水含量决定着水煤浆的浓度，当内水含量增大时，一方面导致水煤浆含水量增大，气化反应所需热量增多，增加氧耗和煤耗；另一方面会使同体积水煤浆浓度降低，气化反应生成的（CO+H2）减少，降低气化效率。
水煤浆浓度、渣流动性、设备运行率及工艺参数，主要取决于原料煤的灰分、灰熔点、内水含量、固定碳含量及硫含量等特性参数。长青能化对供应商所供原料煤煤质分析数据进行统计，发现GE气化装置所用原料煤的发热量23～29 MJ/kg、灰分8%～16%、硫含量0.2%～1.4%、灰熔点（FT）1 100～1 400 ℃、全水含量8%～14%、内水含量＜5%、固定碳含量53%～62%。简言之，长青能化气化原料煤品种多（供应商多）、煤质参差不齐，加之多煤种混烧配比波动大，导致粗煤气中有效气（CO+H2）含量波动较大，多次出现耐火砖冲刷腐蚀严重、渣流动性差、气化炉炉温过高及水煤浆浓度低等问题，严重影响气化装置的稳定运行，增加装置的运行成本。
1.2 工艺烧嘴损坏
长青能化GE水煤浆气化炉采用的工艺烧嘴为三流道烧嘴，检查发现烧嘴存在头部水室端面烧穿及坑蚀、冷却水盘管泄漏、法兰密封槽泄漏等问题，每年被迫停车倒炉更换烧嘴高达12次，气化炉运行周期平均为50～55 d，与业内烧嘴平均使用寿命约80 d相差甚远。烧嘴运行过程中出现的问题主要表现在如下方面：一是煤浆喷头磨损（因磨损喷头由φ47 mm增至φ58 mm）、雾化效果变差等问题，导致粗煤气组分波动大，有效气（CO+H2）产量降低；二是发生煤浆偏流现象，导致气化炉炉壁局部温度过高，加剧了耐火砖的冲蚀；三是烧嘴冷却水盘管长期处于高温高压环境下，极易出现裂纹。以上种种问题使得工艺烧嘴的使用寿命缩短，使气化装置生产的安全性得不到保障。
1.3 激冷室部件损坏
目前长青能化3台气化炉（两开一备）每年的平均检维修次数约为12次，其中被迫停炉检修率高达80%以上，且通常采取更换设备或修复的方式，检维修费用高昂。除上述烧嘴使用寿命短外，还存在激冷环磨蚀和堵塞严重、上升管和下降管烧穿以及耐火砖大面积损坏破裂等问题。通常表现为，气化炉锥底渣口砖长期受到高温熔融态炉渣的冲刷磨蚀，使得炉渣不断渗入侵蚀至锥底砖内部，在径向和轴向应力不协调的情况下发生渣口砖脱落现象，导致激冷环暴露在高温环境下与熔融态灰渣直接接触而被磨蚀，进一步引发下降管热冲刷磨蚀损坏现象。下降管损坏则会发生窜气现象，导致气化炉托板砖温度升高；下降管水膜破碎，炉壁内易出现挂渣现象，导致系统排渣不畅，气化炉激冷室液位波动大，从而引发系统降负荷甚至停车。
1.4 渣水系统管线及黑水角阀磨损泄漏
更多内容详见《中氮肥》2021年第3期