多噴嘴對(duì)置式氣化爐爐壁超溫的探討及應(yīng)對(duì)措施

呂傳磊

(貴州開陽(yáng)化工有限公司，貴州開陽(yáng) 550399)

近幾年來(lái)，多噴嘴對(duì)置式氣化裝置經(jīng)過多次優(yōu)化調(diào)整，氣化爐耐火磚使用壽命得到不斷的延長(zhǎng)，裝置的運(yùn)行周期得到不斷的突破。但是，在氣化爐運(yùn)行過程中，爐壁超溫仍然是制約氣化裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸之一，進(jìn)而影響生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益。為解決這一瓶頸問題，通過深入分析與探討，針對(duì)氣化爐運(yùn)行過程中爐壁超溫情況，提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，對(duì)加強(qiáng)氣化爐運(yùn)行操作、促進(jìn)和改善氣化爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了幫助。

1 氣化反應(yīng)原理

多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化工藝屬于氣流床氣化工藝。水煤漿經(jīng)煤漿給料泵加壓與高壓氧氣通過4個(gè)在同一水平面對(duì)置安裝的工藝燒嘴對(duì)噴進(jìn)入氣化爐，對(duì)噴撞擊形成6個(gè)特征各異的流動(dòng)區(qū)即射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)、管流區(qū)[1-2]。由于獨(dú)特的流場(chǎng)分布規(guī)律，多噴嘴氣化爐具有明顯的優(yōu)越性，耐火磚的使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他水煤漿氣化裝置。

2 氣化爐運(yùn)行過程中爐壁超溫的原因分析

2.1 氣化爐爐壁大面積超溫

2.1.1 耐火磚運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，減薄量大

多噴嘴對(duì)置式氣化爐燃燒室內(nèi)3層耐火磚由里向外依次為鉻鋁鋯磚、鉻剛玉磚、氧化鋁空心磚。其中，向火面鉻鋁鋯磚是保證氣化爐正常運(yùn)行最為關(guān)鍵的部分。

由于操作條件的要求，在氣化爐運(yùn)行后期，受煤熔渣的侵蝕、氣體沖刷等多種因素的共同影響，耐火磚逐漸減薄，整體熱阻減小，易出現(xiàn)爐壁溫度大面積升高的現(xiàn)象。

2.1.2 操作溫度過高

氣化爐運(yùn)行過程中的操作溫度對(duì)耐火磚蝕損速率影響極為重要。操作溫度過高，將對(duì)耐火磚產(chǎn)生劇烈的損壞，造成氣化爐壁溫大面積升高。因此，在氣化爐運(yùn)行過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制操作溫度，一般控制在高于煤灰熔點(diǎn)50～100 ℃為宜。在保證液態(tài)排渣的情況下，煤充分氣化，熔渣順利排出。

2.2 氣化爐爐壁局部溫度升高

2.2.1 燒嘴損壞、偏噴

多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐的4個(gè)工藝燒嘴同時(shí)運(yùn)行，由于氣化爐內(nèi)燃燒室流場(chǎng)復(fù)雜，燒嘴處的氣流速度將直接影響到霧化效果，進(jìn)而影響氣化爐壁溫。在運(yùn)行過程中，任一個(gè)燒嘴出現(xiàn)故障，都將導(dǎo)致氣化爐減量或停車[3-4]。

在正常運(yùn)行過程中，燒嘴頭部煤漿通道出口處的磨損是不可避免的。當(dāng)氧氣、煤漿通道因磨損變寬以后，工藝指標(biāo)就會(huì)變差，為有效地監(jiān)控?zé)斓倪\(yùn)行情況，可以通過以下幾個(gè)參數(shù)來(lái)實(shí)時(shí)反映工藝燒嘴的運(yùn)行情況。

(1) 監(jiān)控?zé)炖鋮s水入口流量、入口壓力、出口溫度、出口流量4個(gè)指標(biāo)，為燒嘴冷卻水系統(tǒng)4選2聯(lián)鎖指標(biāo)。此外，燒嘴冷卻水分離罐放空管線上的CO監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置、燒嘴冷卻水出口溫度差及流量差聲光報(bào)警，這些指標(biāo)共同作為參考。如果出現(xiàn)燒嘴泄漏等情況，這些指標(biāo)會(huì)出現(xiàn)異常變化，表明工藝燒嘴已損壞，導(dǎo)致局部溫度上漲過快，燒嘴周圍處超溫。

(2) 各個(gè)燒嘴2只氧氣切斷閥間的壓力及燒嘴壓差。通過對(duì)比4個(gè)參數(shù)數(shù)值的大小及變化趨勢(shì)，來(lái)判斷燒嘴運(yùn)行質(zhì)量。

(3) 壁溫監(jiān)控畫面設(shè)有4個(gè)燒嘴法蘭上下部溫度，如若發(fā)現(xiàn)溫度點(diǎn)異常，在排除外界因素如風(fēng)向、熱偶指示不準(zhǔn)的情況下，現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，綜合對(duì)比。通過對(duì)比燒嘴上下部溫差，提早掌控。

在工藝燒嘴出現(xiàn)異常的情況下，上述監(jiān)控點(diǎn)會(huì)不同程度地反映出來(lái)，有利于操作人員及時(shí)進(jìn)行判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，停車更換燒嘴，保障氣化爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.2 渣口堵渣

渣口壓差取壓點(diǎn)在燃燒室和合成氣管線，反映的是從燃燒室到合成氣管線的壓差。當(dāng)氣化爐操作溫度低于原料的灰熔點(diǎn)操作時(shí)，由于熔渣流動(dòng)性差，渣口壓差變大，導(dǎo)致渣口變小，造成燃燒室內(nèi)氣流不暢，燃燒室內(nèi)壓力升高，產(chǎn)生相應(yīng)的阻力壓差，灰渣不能排出。如果長(zhǎng)時(shí)間渣口壓差變大，就會(huì)造成耐火磚局部竄氣，進(jìn)而氣化爐壁溫升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒壞爐壁。

2.2.3 耐火材料的選擇和耐火磚的砌筑質(zhì)量

耐火材料的選擇直接會(huì)影響氣化爐的施工質(zhì)量和使用壽命，氣化爐內(nèi)每一環(huán)的耐火磚砌筑都非常重要。如果這兩項(xiàng)質(zhì)量不過關(guān)，在氣化爐高負(fù)荷運(yùn)行中，通過氣體流動(dòng)滲透、沖刷，產(chǎn)生氣體壓差，導(dǎo)致竄氣通路的形成。當(dāng)高溫氣體竄入后到達(dá)爐壁，氣化爐爐壁局部溫度升高，如果處理不及時(shí)，會(huì)導(dǎo)致爐壁發(fā)生局部變形，甚至?xí)l(fā)生更大的安全事故。

2.2.4 壓力負(fù)荷不匹配

在一定的操作壓力下，多噴嘴對(duì)置式氣化爐對(duì)操作負(fù)荷有嚴(yán)格的要求，以保證燒嘴的噴射速度，使氧氣和煤漿均勻混合。如果燒嘴噴射速度過高，會(huì)加劇對(duì)耐火磚的沖刷，耐火磚蝕損速率增加；如果噴射速度過低，則無(wú)法使氧氣與煤漿均勻接觸并進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致流場(chǎng)發(fā)生變化，霧化不好，在燃燒室內(nèi)因局部過氧，火焰黑區(qū)縮短，燃燒區(qū)上移，造成氣化爐上部壁溫升高，燒嘴部位溫度升高。

2.2.5 入爐氧氣、煤漿壓力波動(dòng)

氣化爐正常運(yùn)行期間，入爐參與反應(yīng)的氧氣和煤漿壓力保持穩(wěn)定非常重要。入爐氧氣和煤漿壓力若發(fā)生短時(shí)間頻繁波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致燒嘴難以形成良好的霧化工況。氧煤比失調(diào)，極易形成燃燒室內(nèi)頂部超溫、下部低溫現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成拱頂耐火磚損壞加劇，渣口堵塞。

3 氣化爐爐壁超溫判斷依據(jù)

氣化爐表面熱偶是保護(hù)氣化爐殼體安全的重要監(jiān)控手段，能夠及時(shí)反映氣化爐表面溫度的變化情況。對(duì)于氣化爐運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的大面積或局部超溫區(qū)域，采取有效的檢測(cè)手段可以及時(shí)判斷和發(fā)現(xiàn)。

氣化爐DCS壁溫監(jiān)控畫面各表面熱偶溫度顯示，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量可以明確有無(wú)超溫及超溫的位置。當(dāng)表面熱偶某個(gè)點(diǎn)的溫度呈現(xiàn)異常時(shí)，在排除表面熱偶顯示異常的情況下，縱向比較，綜合其他數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，一旦確認(rèn)上漲趨勢(shì)，要迅速確定超溫部位、溫升速度及實(shí)際溫度，判斷超溫原因，盡快做出調(diào)整。同時(shí)，按照預(yù)先制定的氣化爐爐壁超溫預(yù)案執(zhí)行，可以有效地保證氣化爐的安全運(yùn)行。

4 氣化爐爐壁超溫的應(yīng)對(duì)措施

4.1 優(yōu)質(zhì)的耐火材料，嚴(yán)控筑爐質(zhì)量

選取優(yōu)質(zhì)的耐火材料，嚴(yán)格按照?qǐng)D紙進(jìn)行施工，杜絕由于施工原因造成的結(jié)構(gòu)缺陷，保證耐火磚的砌筑施工質(zhì)量。耐火磚砌筑完成后，烘爐作為氣化爐投入使用前的一項(xiàng)重要工作，嚴(yán)格按照烘爐曲線進(jìn)行烘爐是提高氣化爐穩(wěn)定性的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

4.2 氣化爐溫度的控制

氣化爐溫度的控制是氣化操作的關(guān)鍵。為了合理地控制氣化爐的操作溫度，依據(jù)氣化裝置的多個(gè)參數(shù)，如甲烷、二氧化碳、高溫?zé)崤肌饣癄t渣口壓差、氧煤比、氣化爐渣中殘?zhí)己康戎笜?biāo)進(jìn)行綜合判斷，以此來(lái)決定氣化爐溫度的高低，以維持氣化爐的正常運(yùn)行。

4.3 正確的操作負(fù)荷

多噴嘴對(duì)置式氣化爐對(duì)操作負(fù)荷有明確的要求，目的是使氧氣與煤漿混合均勻，充分反應(yīng)。在實(shí)際操作中，嚴(yán)格按照壓力負(fù)荷曲線進(jìn)行操作，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要，選取合適的中心氧與外環(huán)氧的適配比例，改變反應(yīng)流場(chǎng)，以保證霧化效果。

4.4 渣口壓差

針對(duì)渣口堵渣，一般采取提溫操作，使渣口處固態(tài)的積渣熔化，重新建立渣層，達(dá)到“以渣抗渣”，使熔渣有機(jī)會(huì)堵住或覆蓋局部超溫區(qū)，可以有效地控制壁溫上漲趨勢(shì)。需要注意的是，在提溫過程中要采取少量多次的原則，禁止大幅度提溫。該爐型熔渣口時(shí)間要長(zhǎng)于單噴嘴爐型。

4.5 嚴(yán)把燒嘴參數(shù)變化

加強(qiáng)燒嘴投用前的檢查，確保燒嘴符合使用要求，可以有效地防止和減少事故的發(fā)生。在實(shí)際生產(chǎn)中，嚴(yán)格監(jiān)控?zé)旄髦笜?biāo)參數(shù)的變化情況，加強(qiáng)對(duì)燒嘴的巡檢，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)聯(lián)系工藝、儀表排查，強(qiáng)化監(jiān)控作用，如有異常情況，應(yīng)果斷停車處理。此外，根據(jù)燒嘴運(yùn)行周期進(jìn)行綜合權(quán)衡，運(yùn)行周期過長(zhǎng)，需停車更換燒嘴。

4.6 耐火磚運(yùn)行后期，監(jiān)控運(yùn)行

氣化爐耐火磚運(yùn)行至后期，要加強(qiáng)監(jiān)控運(yùn)行，嚴(yán)格按照氣化爐壓力負(fù)荷曲線進(jìn)行操作，禁止頻繁加、減負(fù)荷，對(duì)入爐煤漿及時(shí)進(jìn)行灰熔點(diǎn)分析，勤看渣樣，及時(shí)調(diào)節(jié)，禁止?fàn)t溫出現(xiàn)大幅度波動(dòng)情況。認(rèn)真巡檢氣化現(xiàn)場(chǎng)，掌控壁溫變化趨勢(shì)，對(duì)于爐壁超溫情況，嚴(yán)格按照超溫預(yù)案執(zhí)行，對(duì)超溫區(qū)域用氮?dú)饫鋮s后，壁溫仍上漲得不到有效控制，當(dāng)溫度升至停車指標(biāo)時(shí)，計(jì)劃停車對(duì)耐火磚進(jìn)行檢查或更換。

5 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際操作過程中，對(duì)于氣化爐爐壁超溫，只有提前發(fā)現(xiàn)各關(guān)鍵數(shù)據(jù)的細(xì)微變化和它們之間的相互關(guān)聯(lián)，對(duì)爐壁超溫區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，才能采取正確的處理措施，實(shí)現(xiàn)氣化爐的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行，提高整體經(jīng)濟(jì)效益。

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