BGL氣化爐鼓風口長周期運行探討

王家鋒

(呼倫貝爾金新化工有限公司生產(chǎn)運營中心，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021506)

1 BGL氣化爐鼓風口簡介

鼓風口是BGL氣化爐核心部件之一，為氣化爐發(fā)生燃燒氣化反應提供氧氣和蒸汽。每臺氣化爐布置有6個鼓風口，呈對稱分布。為使布氣均勻避免偏燒，6個鼓風口均勻布置在圍繞氣化爐的環(huán)形緩沖管上。6只鼓風口能否正常投用，直接影響B(tài)GL氣化爐粗煤氣的產(chǎn)氣量及運行狀態(tài)。

由于鼓風口頭部處于燃燒中心，溫度高、易損壞，因此鼓風口特設置冷卻循環(huán)系統(tǒng)，移走鼓風口部位的熱量進行保護[1]。鼓風口設計使用周期60多天就要檢查或修復，這對公司整個裝置長周期運行帶來了不利影響。經(jīng)過公司設備、工藝兩大部門的長期公關(guān)、探索，2019年5月，3#BGL氣化爐首次將原設計的單盤管冷卻鼓風口(如圖1)改為雙冷卻盤管的鼓風口(如圖2)。改進后運行效果非常成功，鼓風口平均使用壽命可達150天，遠遠超出原始的設計周期。

圖1 單盤管鼓風口結(jié)構(gòu)形式

圖2 雙盤管鼓風口盤管形式

目前，3臺BGL氣化爐的鼓風口均已改為雙排管冷卻。鼓風口運行效果比較好，但真正實現(xiàn)鼓風口長周期穩(wěn)定運行仍是當前主要研究的課題之一。

2 鼓風口長期穩(wěn)定運行影響因素及優(yōu)化控制

2.1 蒸氧比

蒸氧比是指氣化爐運行期間氣化劑蒸汽與氧氣的比值。蒸氧比是調(diào)整、控制氣化過程溫度、改變煤氣組成，影響副產(chǎn)品產(chǎn)量及質(zhì)量的重要因素。蒸氧比一般隨煤種或者排渣工況作出適當?shù)恼{(diào)整。BGL氣化爐汽氧比設計制范圍設定在0.7～1.22 kg/m3，目前我公司BGL氣化爐正常運行時蒸氧比控制在0.88～0.92 kg/m3。

氣化爐渣池的溫度主要通過蒸氧比調(diào)整來控制。相同負荷，蒸氧比越高，渣池溫度越低，蒸氧比越低渣池溫度越高。但較低的蒸氧比不利于設備的安全，氣化爐的碳化硅耐火磚在氧化條件下極易被燒蝕[2]，尤其在開車階段，剛投蒸氧時爐內(nèi)工況不穩(wěn)定，極易發(fā)生偏燒和回火，容易損壞鼓風口和耐火磚，因此公司在投蒸氧時蒸氧比控制在 0.95 kg/m3。一方面是因為開車原料煤中摻有石油焦，燃燒溫度較高；另一方面，如果蒸氧比太低會使投氧后爐內(nèi)溫度上升過快，不利于火層培養(yǎng)，而且也會損壞鼓風口和耐火磚。在投蒸氧后運行初期蒸氧比也會適當控制的高一些，隨后根據(jù)渣樣及排渣情況再緩慢將蒸氧比降下來，這樣既保護了鼓風口也降低了耐火磚被燒蝕的風險[3]。

2.2 氣化爐負荷

氣化爐的負荷決定了鼓風口的流速的大小，負荷過低，鼓風口流速自然降低，鼓風口流速過低容易造成回火，燒壞鼓風口頭部及其附近的耐火磚[4]。對于鼓風口流速問題，我公司也反復對鼓風口口徑進行了改造，目前鼓風口口徑已改至 17.3 mm，針對公司目前所用的褐煤煤質(zhì)特點，氣化爐鼓風口流速控制在 131～146 m/s 范圍內(nèi)運行效果比較理想。當鼓風口流速小于 120 m/s 時，若氣化爐負荷無法增加，則氣化爐必須切除1支鼓風口運行，保證運行鼓風口流速大于 120 m/s，這樣才能避免氣化爐鼓風口回火現(xiàn)象發(fā)生，同時也能很好地保護鼓風口周圍的耐火磚不被大面積燒蝕。

2.3 渣池液位

渣池壓差(PDI2140/2150/2160)反映了渣池中的液態(tài)渣量。正常運行時，BGL氣化爐最關(guān)鍵的就是保持渣池液位隨時處于可控范圍內(nèi)，并且排渣控制能夠達到自動調(diào)節(jié)渣池液位的功能。如果渣池液位控制過高，就會導致鼓風口頻繁超溫，嚴重時損壞鼓風口。由于公司原料褐煤灰分波動較大(如圖3所示)，對氣化爐排渣影響較大，石灰石添加量、渣粘度、渣樣組成是平時控制的關(guān)鍵。

圖3 氣化某兩周煤灰分變化趨勢

氣化爐設計渣池壓差控制在 49 kPa 為最優(yōu)控制點，最低為 40 kPa，最高不能高于 55 kPa，如圖4所示。

圖4 氣化爐不同渣池壓差對應的渣池高度

根據(jù)公司氣化爐多年運行經(jīng)驗，如果渣池壓差低于 40 kPa，排渣過程中排渣口會頻繁堵塞，不利于穩(wěn)定排渣；如果渣池壓差達到 55 kPa 且長時間控制不下來，就會對氣化爐產(chǎn)生2種不利影響：1)鼓風口壁溫(TI2310/2320/2330/2340/2350/2360)會緩慢上漲，嚴重時會超溫聯(lián)鎖切除相應鼓風口；2)氣化爐床層壓差逐漸上漲，氣化爐發(fā)生偏燒現(xiàn)象，爐子工況逐步惡化。

以上情況一旦發(fā)生，必將使鼓風口頻繁發(fā)生超溫切除，對鼓風口長周期運行極為不利。因此，針對目前公司原料煤灰分波動大這一特點，氣化爐排渣壓差控制在40～45 kPa，鼓風口壁溫控制在300～400 ℃。這樣即使煤質(zhì)發(fā)生變化或者氣化爐發(fā)生排渣不暢等情況，短時間內(nèi)不會對渣池液位及氣化爐工況造成太大沖擊，操作人員可通過優(yōu)化排渣參數(shù)、蒸氧比、石灰石配比等逐步將渣池液位降下來。

2.4 氣化爐偏燒

BGL氣化爐的6只鼓風口呈對稱分布，一旦氣化爐發(fā)生偏燒回火，氣化劑與原料煤的反應就會不均勻，最終氣化爐內(nèi)氣流發(fā)生短路，反應區(qū)紊亂，導致氣化爐鼓風口壁溫大幅波動甚至超溫切除，床層壓差上升且波動較大(如圖5)。1#氣化爐在某一周因煤質(zhì)變化大，氣化爐運行非常不穩(wěn)定，頻繁發(fā)生偏燒，床層壓差PDI2130與6#鼓風口壁溫TI2310波動非常大。偏燒期間，6#鼓風口因超溫或者溫升過快聯(lián)鎖切除共3次，通過氣化爐降負荷，優(yōu)化排渣操作，調(diào)整石灰石配比等措施，最終1#氣化爐偏燒逐漸消除，切除的6#鼓風口才正常投運。

圖5 氣化爐偏燒時鼓風口壁溫與床層壓差趨勢

由此可見，氣化爐偏燒對鼓風口運行也是極為不利的。為了減少氣化爐在正常運行期間因偏燒問題而影響鼓風口正常運行，應該從以下幾方面進行優(yōu)化：①氣化爐運行期間加負荷過不易過快，否則會破壞爐內(nèi)反應床層，從而導致偏燒；②原料煤粒度要求均勻且煤中煤粉量要嚴格控制，盡量減少或者消除煤粉煤粉進入爐內(nèi)；③氣化爐渣池液位控制在40～45 kPa，避免過高的渣池液位破壞爐內(nèi)反應床層，使床層上移，導致反應區(qū)域偏離而發(fā)生偏燒；④禁止單煤鎖長時間加煤，導致爐內(nèi)塊煤向一側(cè)傾斜。

2.5 鼓風口冷卻水溫差控制

自氣化爐鼓風口改為雙盤管冷卻水以來，為提高鼓風口使用壽命，公司對鼓風口冷卻水量持續(xù)優(yōu)化，通過技術(shù)改進，取消原設計的鼓風口冷卻水回水調(diào)節(jié)閥門，增大鼓風口冷卻水流量，使鼓風口上回水溫差嚴格控制在小于 5 ℃，極大地改善了鼓風口的換熱效果，為鼓風口長周期運行增加了有力保障。

3 鼓風口泄漏后的維護

鼓風口經(jīng)過長時間運行后必然會發(fā)生泄漏。目前鼓風口采用雙盤管冷卻，較單盤管冷卻水鼓風口使用壽命增加明顯。當鼓風口前段冷卻水發(fā)生泄漏后，只要后端冷卻水沒有泄漏，將前段冷卻水隔離后，該鼓風口仍然可以繼續(xù)使用，不影響氣化爐的產(chǎn)氣量。只有當后端冷卻水發(fā)生泄漏后，該鼓風口才停止使用。若前段冷卻水發(fā)生泄漏后，為了保證氣化爐以當前負荷穩(wěn)定運行，首先必須確保后端冷卻水量足夠，其上回水溫度不會發(fā)生超溫現(xiàn)象；其次，隔離的前段冷卻水，為了防止切斷閥內(nèi)漏而導致粗煤氣反竄引發(fā)事故，必須將前段冷卻水上回水旁路微開，確保冷卻水正向流動；同時監(jiān)控該鼓風口法蘭溫度和前段上回水溫度有無異常變化。這樣一來，氣化爐便可繼續(xù)高負荷長周期運行。如果鼓風口后端冷卻水發(fā)生泄漏，則該鼓風口必須立即停止使用，避免因鼓風口泄漏而發(fā)生次生事故；同時，也要加強監(jiān)控后端冷卻水上回水管線溫度及大法蘭溫度。最重要的是，當鼓風口發(fā)生切除后，進入氣化爐內(nèi)的氣化劑就存在分布不均的現(xiàn)象，爐子工況會受到一定影響，操作者必須通過加煤、排渣等措施來優(yōu)化氣化爐的工況，以免氣化爐發(fā)生工況惡化導致偏燒發(fā)生。

4 結(jié)束語

BGL氣化爐鼓風口經(jīng)過多年運行總結(jié)和不斷改進，運行周期較設計大幅度提升，但面對煤質(zhì)的波動以及氣化爐高負荷易偏燒的特征，延長鼓風口使用壽命仍然是我們繼續(xù)研究的課題。