氣化爐爐壁超溫現(xiàn)象影響因素及優(yōu)化措施

趙學(xué)圣 楊曉丹

*通訊作者：趙學(xué)圣，1990年1月，男，漢族，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，就職于內(nèi)蒙古伊東九鼎化工有限責(zé)任公司工藝工程師，助理工程師，大專。研究方向：煤氣化和氣體凈化。

摘要：氣化爐爐壁超溫現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，對氣化生產(chǎn)極為不利，甚至可能導(dǎo)致緊急停車并檢修。通過對氣化爐加減負(fù)荷頻率、煤質(zhì)與配比、氣化工藝控制、耐火材料和筑爐質(zhì)量以及安全儀表系統(tǒng)的改進(jìn)等方面進(jìn)行分析，總結(jié)了多噴嘴氣化爐使用過程中爐壁存在的一些問題，并對其進(jìn)行提出了幾項措施。

關(guān)鍵詞：氣化爐;超溫現(xiàn)象;工藝控制;筑爐質(zhì)量;管控措施

一、引言

多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)是一種以水煤漿和氧氣為原料的加壓氣流床氣化工藝，屬于濕法加料、液態(tài)排渣的加壓氣化技術(shù)[1-2]。恒力石化（大連）煉化有限公司2000萬噸/年煉化一體化項目制氫裝置多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置工藝技術(shù)采用華東理工大學(xué)自主知識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術(shù)，裝置建設(shè)六套多噴嘴水煤漿加壓氣化爐，氣化爐直徑3.88m，運行模式為5開1備。

該氣化爐設(shè)計壓力7.15MPa，操作壓力6.5MPa，設(shè)計溫度≤1350℃，操作溫度≤1300℃，氣化爐單爐投煤量3000t/d（ad），單爐具備20萬Nm3/h有效氣的生產(chǎn)能力。氣化爐爐壁超溫現(xiàn)象時常發(fā)生，尤其夏季更為突出，因此需要對氣化爐爐壁超溫現(xiàn)象進(jìn)行分析，查明原因以期降低爐壁超溫對氣化生產(chǎn)的影響[3]。

二、氣化爐加減負(fù)荷頻率對爐壁的影響

目前由于配合后續(xù)系統(tǒng)氫氣的需要量，需要經(jīng)常調(diào)整氣化爐負(fù)荷，導(dǎo)致爐內(nèi)溫度變化頻繁。首先，在加減負(fù)荷過程中爐溫波動大，造成爐壁溫度超溫;其次，爐溫的劇烈變化也會加重對爐磚的損害，且爐內(nèi)的壓力也會隨之變化，導(dǎo)致爐磚產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而造成氣化爐爐磚串氣。

所以，在無法改變氣化爐負(fù)荷加減頻率的前提下，對加減負(fù)荷操作提出了少量多次的要求。增加負(fù)荷時，先增加煤漿流量后加氧氣流量;減少負(fù)荷時，先減少氧氣流量后減少煤漿流量。在加減負(fù)荷時，氣化爐溫度作為主要控制指標(biāo)，合成氣成分作為參考。

三、質(zhì)變化對爐壁的影響

在氣化生產(chǎn)過程中，原料煤配比經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整，由于受原料運輸和場地等因素，三種原煤會經(jīng)常調(diào)整配比。配比變化導(dǎo)致灰熔點改變，氣化爐溫度控制也需要隨之改變。如果操作人員對氣化參數(shù)不能及時進(jìn)行調(diào)整，在原料煤灰熔點變低的情況下，會造成爐溫過高而引起爐壁超溫。同樣，原料煤中的灰分變化及煤灰黏溫特性的改變，也會對爐溫和爐壁的掛渣情況產(chǎn)生影響。所以在原料煤配比發(fā)生變化時，要及時了解煤質(zhì)分析結(jié)果和系統(tǒng)運行情況，查看爐溫、渣口壓差及合成氣成分等指標(biāo)，作出合理調(diào)整[4]。

四、氣化工藝控制對爐壁的影響

由于多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化爐采用兩對燒嘴對噴，所以要保證每個燒嘴中進(jìn)入氣化爐內(nèi)的氧流量、煤漿流量及中心氧比例保持一致，保證氣化對撞區(qū)域在爐內(nèi)中心。若單個燒嘴的氧流量及煤漿流量發(fā)生變化，勢必造成反應(yīng)區(qū)域發(fā)生改變，從而造成氣化爐爐壁局部超溫。

氣化爐燒嘴壓差不一致或波動頻繁，會導(dǎo)致霧化角度發(fā)生改變。燒嘴持續(xù)低壓差運行，則會進(jìn)一步損壞燒嘴周圍的耐火磚。反之則會導(dǎo)致煤漿流量變快，火焰會向低壓差一側(cè)的燒嘴偏移。燒嘴壓差頻繁波動導(dǎo)致系統(tǒng)壓力和氧煤比波動較大，造成爐溫變化較大，也使?fàn)t內(nèi)反應(yīng)區(qū)發(fā)生改變，導(dǎo)致局部爐壁溫度超溫。在運行中，要嚴(yán)格監(jiān)控?zé)靿翰詈蜔熘苓叡跍豙5]。

高度關(guān)注氣化運行參數(shù)及數(shù)據(jù)分析結(jié)果并及時作出調(diào)整是氣化裝置長周期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。隨著工藝控制要求的提高，對操作人員的專業(yè)技能要求也在提高，在指標(biāo)稍微變化的同時能夠立即發(fā)現(xiàn)并及時將相關(guān)操作參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)，保證氣化爐的穩(wěn)定運行。

五、耐火磚材料及筑爐質(zhì)量對氣化爐爐壁的影響

（一）對耐火材料質(zhì)量要求

耐火磚的選型應(yīng)滿足強度高、化學(xué)指標(biāo)合格以及材質(zhì)均勻的要求，當(dāng)耐火材料不合格時，會導(dǎo)致以下情況發(fā)生。

1. 耐火磚強度小、抗沖刷性差，會導(dǎo)致在高溫高壓下發(fā)生破碎，在高強度的沖刷下爐壁變薄。

2. 耐火磚化學(xué)指標(biāo)不合格，雜質(zhì)含量高，導(dǎo)致使用壽命低。如耐火磚中SiO2含量高，在氣化過程中會與爐內(nèi)氫氣和水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，生成氣態(tài)產(chǎn)物從磚中溢出，進(jìn)而破壞了耐火磚的原始結(jié)構(gòu)，加速了耐火磚損毀。

3. 耐火磚材質(zhì)不均勻，表面裂紋較多、較大，在氣化過程中，爐渣對耐火磚侵蝕滲透較為嚴(yán)重，易造成耐火磚剝落。

綜上所述，氣化爐爐磚的選型尤為重要。選用抗侵蝕性能強、熱震穩(wěn)定性好以及塑性好的耐火磚，可經(jīng)受高溫下腐蝕性氣體侵蝕且不因形變而坍塌，能有效降低耐火磚對氣化爐爐壁的不利影響[6]。

（二）筑爐質(zhì)量要求

氣化爐砌筑時，應(yīng)嚴(yán)把砌筑質(zhì)量關(guān)，避免出現(xiàn)以下情況。

1. 避免灰縫過大、過小或重縫現(xiàn)象出現(xiàn)，保證氣化爐襯體的環(huán)向水平度、縱向垂直度等符合要求。砌筑過程中，灰縫控制不當(dāng)，在烘爐乃至使用過程中，會導(dǎo)致耐火磚局部應(yīng)力集中，表面產(chǎn)生裂紋，造成竄氣等情況發(fā)生，引起爐殼超溫。

2. 砌筑過程中，若環(huán)向水平度不達(dá)標(biāo)，也會造成局部應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋;若爐體垂直度不合格，如有凸起等，會造成爐磚沖刷嚴(yán)重。

3. 若砌筑的耐火磚中心線與爐體中心線不重合，會導(dǎo)致燒嘴偏噴，造成筒體底部耐火磚沖刷嚴(yán)重。

4. 錐底砌筑有重縫情況下，易造成灰縫沖刷嚴(yán)重，爐磚損壞加速;若砌筑中使用破損的高鉻磚，如工作面掉腳，也易造成耐火磚損壞加速。

烘爐過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照供貨廠家提供的烘爐控溫曲線進(jìn)行烘爐。氣化爐開停車時應(yīng)按照投料曲線及降溫曲線進(jìn)行操作[7]。

本公司以安全生產(chǎn)為企業(yè)的第一要素，必須保證安全生產(chǎn)，實行綜合砌爐，實現(xiàn)爐襯壽命的最大化，降低耐火材料消耗。在節(jié)約生產(chǎn)成本的前提下進(jìn)行擴容，提高氣化爐生產(chǎn)能力。同時，對爐磚厚度進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)整厚度后的爐磚，隔熱效果也發(fā)生相應(yīng)的變化，所以要保證煤質(zhì)、灰熔點及灰渣流動性的穩(wěn)定，營造良好的掛渣效果。

另外，失控的激冷室液位或燒嘴冷卻水泄漏造成的激冷、停爐后降溫過快或投料不當(dāng)引起的降溫過快，都會使耐火磚內(nèi)部應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋，甚至損毀。尤其是在停車時，要控制好氣化爐液位。

六、安全儀表系統(tǒng)（SIS）改進(jìn)及對爐壁溫度進(jìn)行有效管控措施

為避免爐壁溫度突然升高，操作人員不能及時發(fā)現(xiàn)或操作現(xiàn)象發(fā)生，需要在SIS中選取爐壁幾個重要測量點作為停車聯(lián)鎖的條件之一，保證設(shè)備和人員的安全。

當(dāng)巡檢人員發(fā)現(xiàn)爐壁溫度超過280℃，操作人員應(yīng)立即用兩個測溫儀進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)，處理時各崗位操作人員要嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，值班班長要立即匯報車間值班領(lǐng)導(dǎo)及生產(chǎn)調(diào)度，并密切關(guān)注事態(tài)的發(fā)展情況，并根據(jù)具體情況采取如下措施。

1. 局部溫度超過300℃，班組每半小時對超溫部位測溫一次，并做好記錄，如有溫度上升須及時匯報車間及調(diào)度，測量溫度并與中控對比，達(dá)到350℃時緊急停車。

2. 大面積溫度超過300℃，向車間及調(diào)度匯報，適當(dāng)降低氣化爐負(fù)荷及爐溫。耐火磚變薄引起氣化爐爐壁超溫，氣化爐停車更換耐火磚。耐火磚磚縫竄氣或耐火磚局部脫落引起氣化爐爐壁超溫，需停車處理。工藝燒嘴偏噴，氣化爐內(nèi)偏燒引起爐壁超溫，需停車處理。

3. 爐壁溫度操作350℃，班組采取緊急停車，停車處理步驟按操作規(guī)程執(zhí)行。

七、結(jié)語

氣化爐爐壁超溫現(xiàn)象原因多種多樣，在氣化爐運行過程中需要注意盡量避免頻繁開停車，保證操作壓力、溫度、負(fù)荷等參數(shù)穩(wěn)定;盡量避免氣化爐超負(fù)荷運行;氣化爐維修時應(yīng)選擇合理的施工方法，以盡量降低維修過程對耐火磚的損壞;烘爐時嚴(yán)格按照廠家提供的控溫曲線進(jìn)行操作;選用合適的原料煤及配比，保證入爐原料質(zhì)量穩(wěn)定，并選擇氣化爐最佳操作溫度。優(yōu)化氣化爐運行系統(tǒng)，降低氣化爐爐壁超溫造成的不利影響，才能夠?qū)崿F(xiàn)氣化爐裝置的長周期穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)：

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[7] 徐延梅.水煤漿氣化爐關(guān)鍵部件的改進(jìn)研究[D].山東大學(xué).