煤气化装置脱氧水槽填料堵塞的 原因分析及处理措施

厍晓君，马耀东，马轲，靳国华，梁新亚，唐治武

(甘肃华亭煤业集团公司煤化工公司，甘肃 华亭 744100)

0 引言

甘肃华亭煤业集团公司煤化工公司自投料生产以来，气化炉单炉连续运行时间从最初的720 h提高到了现在的2 832 h，通过不断摸索实践及与兄弟厂家走访交流并与设计院沟通的基础上，公司以设备设施短板为切入点，对生产设备及系统进行大胆改良优化工作，其中包括对气化装置除氧水槽填料堵塞、放空气带液原因分析和技术改造，通过不断总结经验、优化处理，成功解决了这些瓶颈问题，为气化炉安全稳定长周期运行提供了保证。本文将通过理论分析的方式，结合实际运行及检修过程中发现的问题进行探析。

1 水煤浆气化装置除氧水槽的工作原理及作用

1.1 除氧水槽的工作原理

根据亨利定律，氧气在水中的溶解度与氧气的平衡分压成正比，采用热力除氧的方法，提高水的温度，使水面上蒸汽的分压力逐步增加，而氧气的分压则渐渐降低，溶解于水中的氧气就源源不断地挥发出来，当脱氧水槽中的灰水被加热到一定温度时，灰水不再具有溶解氧气的能力，即溶解于水中的氧气被除去。

1.2 除氧水槽的作用

为解决设备及其管道受到氧腐蚀，必须除去除氧水槽中的溶解氧及其他气体。除氧水槽内，上部填料为鲍尔环填料，鲍尔环填料具有较大的比表面积，鲍尔环的装填增大了灰水与闪蒸汽的接触面积从而增强了低温灰水与高温低压闪蒸汽传热、热质的效果，提高了灰水提温除氧的效率。气化炉激冷室黑水经高温热水器(C1401)及碳洗塔黑水经高温热水器(C1402)减压后进入低温热水器(C1403)进一步闪蒸，低压闪蒸汽进入除氧水槽，与从除氧头上部加入的低压灰水逆流接触，通过高温低压闪蒸汽与灰水进行热质交换，提高灰水温度，同时除去了灰水中溶解氧及其他气体的含量，保证了设备安全运行及较长的使用寿命。

2 水煤浆气化装置除氧水槽工艺流程

由于气化工艺气中带有大部分的水分，这部分水在进入变换装置后，经过回收热量及气液分离过程，脱除了工艺气中所夹带的水分，一部分通过高压冷凝液泵送至碳洗塔，另一部分通过低压冷凝液泵送至气化闪蒸系统，一路与气化炉来的黑水进入704装置气化高温热水器C1401，一路与碳洗塔来的黑水进入高温热水器C1402。高温热水器液相再经低温热水器，气相送至脱氧水槽，液相送至真空闪蒸器进一步闪蒸，闪蒸出的气相经真空闪蒸冷却器冷却后，液相回收利用，不凝气排放大气。

气化704工段高温热水器闪蒸出的闪蒸汽经过灰水加热器(E1402A/B/C)回收热量。换热后的闪蒸汽温度降至约172 ℃，进入高压闪蒸分离器(V1401A/B/C)进行气液两相分离。分离出的气相送至合成车间变换装置汽提塔，对其中的氨氮进行脱除，液相送至除氧水槽(V1402)回用。

低温热水器(T1403A/B/C)闪蒸出的低压气体温度约114 ℃。经低压闪蒸器(E1407A/B/C)部分冷凝，气体直接送至脱氧槽作脱氧热源，液体送灰水槽(V1406)。

除氧槽接受闪蒸系列来的冷凝液及变换工序来的冷凝液及灰水槽来的灰水进入除氧水槽，当除氧水槽液位无法保障时补充新鲜水，在0.04 MPaG下进行脱氧。脱氧后经除氧水泵(P1401A/B)加压与气化高温热水器和高温热水器闪蒸出的热气体在灰水加热器(E1402A/B)中换热后送至气化工序洗涤塔循环使用。

3 水煤浆气化装置除氧水槽填料结构

(1)原设计装填填料为鲍尔环，规格尺寸为Ф50×50×1.0 mm，比表面积为109，空隙率96%，堆重314 kg/m3，材质为304材质。

(2)脱氧水槽填料选用的鲍尔环，其结构是在拉西环的壁上开一两层窗口而成，上下两层窗孔错开排列，环内外表面和空间增大，与拉西环相比较，阻力降低、通量和传质效率提高，能够使液体和气体在通过时分布均匀[1]

4 水煤浆气化装置除氧水槽运行过程中的现象

4.1 气化炉运行过程中灰水品质

在气化炉日常运行过程，对灰水进行取样分析，各项分析数据均在设计参数之内，如表1所示。

表1 灰水分析数据统计

4.2 除氧水槽填料堵塞情况

2015年3月，公司对除氧水槽进行了填料更换、清洗，罐内清理、分布管疏通，填料支撑网及压网补焊修复工作，投用5个月后，气化装置除氧水槽放空管线出现间歇式带水，填料堵塞现象。

4.3 除氧水槽拆检情况

除氧水槽填料发生堵塞，除氧水槽放空管线大量带水且压力无法维持，随进行了停车检修，拆开脱氧水槽大盖后，发现脱水槽头部灰水分布管干净，无堵塞，填料压网平整无变形或吹翻现象，但鲍尔环表面以及堆积空隙间有大量积灰，经对鲍尔环表面积灰清理后，发现鲍尔环内筋附着大量黄色、绿色结垢物质。

5 水煤浆气化装置除氧水槽填料堵塞的原因分析

5.1 除氧水槽填料装填量过大

除氧器内填料装填量过多，填料水平面与压网几乎接触，造成除氧水槽内液相下流的阻力增加，气液相接触时间延长的同时，固溶物及悬浮物的停留时间也得以延长，增大了填料表面固体物质沉积的机率。

5.2 除氧水槽填料变形

在运行过程中，除氧水槽内填料硬度不够，填料存在较大变形量及表面积灰量，除氧水槽灰水由填料顶部加入，较大的填料变形量及表面积灰量，势必导致灰水下降阻力增大，灰水流速降低，加速填料表面的细灰堆积速度及结垢速度。

5.3 灰水品质异常

在气化炉运行过程中，粗渣排放系统出现故障，为了维持气化炉正常运行，气化炉内粗渣存在长时间集聚情况，部分集聚的粗渣经气化炉黑水排放管线进入了闪蒸系统，单位体积的低压闪蒸汽中的含灰量将急剧增加，这使得除氧水槽鲍尔环表面积灰量大幅增加，从而加速了填料堵塞的速度。

6 处置措施

6.1 除氧水槽放空管线带水的处置措施

随着气化炉运行周期的不断延长，除氧水槽填料堵塞的现象会逐渐加剧，综合经济性考虑，打开除氧水槽旁路放空可暂时解决除氧水槽压力过高的问题，但缺点是现场噪音大，放空管线带水量大，水量消耗大。为了解决这个问题，经过技术改造，将低压闪蒸汽冷凝液经换热器回收于灰水槽内，将放空回收后送至煤浆制备，提高了废水利用率。

6.2 优化除氧水槽填料填充量、装填方式及填料更换频率

(1)原有鲍尔环规格尺寸为Ф50×50×1.0 mm，材质过软，容易变形，且部分加工的鲍尔环切割口过长，导致其受压塑性变差，强度变差。经理论计算与实际效果对比，将鲍尔环尺寸调整为Ф75×75×1.5 mm，除氧水槽填料堵塞现象得到明显好转，填料使用寿命也得以延长。

(2)除氧水槽填料填充完毕后，原填料水平面与填料室压网几乎接触，在不断地实践后，将填料水平面与填料室压网垂直距离调整为约30～40 cm，减小了液相阻力及固体悬浮物的停留时间，填料堵塞问题得到有效改善。

(3)调整填料更换频率，每年集中消缺期间，对脱氧水槽填料进行卸出清洗，筛除变形填料进行更换，保证了填料的使用率。

7 结语

通过不断实践积累和总结，公司对除氧水槽的运行进行了一系列的优化处置，不但解决了填料易结垢、易变形的问题，还提高了填料的有效利用率。在不断创新研究下，通过技术改造，解决了脱氧水槽运行后期放空管线带水的问题，提高了闪蒸凝液的回收利用率，从而实现了气化炉安全稳定长周期运行的目标。