神寧爐熱損工況波動原因分析與處理

方軍，閆峰

(國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤制油分公司，寧夏 銀川 750411)

0 引言

氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，利用以渣抗渣的原理，無耐火磚襯里，激冷工藝技術(shù)采用激冷環(huán)加下降管激冷水浴洗滌技術(shù)[1-3]，產(chǎn)品氣體潔凈，不含重?zé)N，甲烷含量極低，煤氣中有效氣體(CO+H2)達到90%以上，傳遞的熱可用于水冷壁循環(huán)汽包生產(chǎn)低壓飽和蒸汽。在氣化爐投煤及正常運行時經(jīng)常會遇到氣化爐熱損波動，主要原因是對燒嘴安裝同心度、水冷壁盤管掛渣效果、煤質(zhì)發(fā)生變化時導(dǎo)致熱損波動時的相關(guān)處理措施的優(yōu)化不到位[4-7]。

1 燒嘴安裝的同心度有偏差的原因分析與處理措施

氣化爐組合燒嘴的主體安裝要確保同心度高度重合。組合燒嘴從內(nèi)到外主要介質(zhì)為中心氮氣、點火燃料氣、點火氧氣、點火燒嘴保護冷卻水、主燒嘴氧氣、煤粉管線、主燒嘴保護冷卻水。當(dāng)組合燒嘴同心度發(fā)生偏離時，燒嘴會發(fā)生偏燒，熱損會表現(xiàn)局部變高，影響點火燒嘴壽命，因此在安裝之前應(yīng)當(dāng)對照氣化爐頂部燒嘴安裝對接的法蘭方位進行確認(rèn)，并對照燒嘴安裝圖紙和裝配總圖。安裝大法蘭處螺栓(M64腰狀螺栓)預(yù)緊力參考值為7.08×108N·mm，如圖1所示①處；連接大法蘭與煤粉管焊接的大法蘭螺栓(M64腰狀螺栓)預(yù)緊力參考值為7.08×108N·mm(此處由于涉及到頭部裝配和密封問題，在現(xiàn)場一般不進行拆裝)，如圖1所示②處；點火燒嘴安裝法蘭處螺栓(M33腰狀螺栓)預(yù)緊力參考值為3.3×105N·mm，如圖1所示③處。燒嘴在氣化爐安裝好之后開始連接法蘭，主燒嘴部分主要注意的是4個煤粉管入口法蘭的連接安裝。由于煤粉管口與設(shè)備呈一定的夾角分布，設(shè)備在制造過程中難免出現(xiàn)尺寸偏差，所以導(dǎo)致安裝時比其他管口要更加費勁。煤粉管口法蘭安裝連接時，在煤粉入口管道中間把與燒嘴連接的一段法蘭及其連接管道拆卸，然后將管道處的法蘭與設(shè)備法蘭連接好，再將這段管道與原管道連接，減少安裝過程出現(xiàn)角度的偏差。因此確保燒嘴安裝的同心度高度重合時，氣化爐燃燒室內(nèi)部受熱均勻，熱損相對更穩(wěn)定，點火燒嘴的使用壽命會越長。

圖1 組合燒嘴的主體安裝與實務(wù)圖

2 氣化爐水冷壁掛渣問題導(dǎo)致熱損波動的原因分析與處理

2.1 氣化爐水冷壁盤管與掛渣關(guān)系

熱損主要是通過水冷壁盤管上的熱量進行傳遞，通過表計傳遞到DCS監(jiān)控畫面。水冷壁盤管上有多個豎形的三個錨固釘組成，外側(cè)附著澆筑的耐火材料搗打料，要對其進行均勻涂抹，通過烘爐驗收合格后才可使用。氣化爐運行時在搗打料外側(cè)優(yōu)先附著固態(tài)渣層，然后是流動的液態(tài)渣層，通過以渣抗渣來保護盤管，有穩(wěn)定渣層會對應(yīng)穩(wěn)定熱損。當(dāng)爐內(nèi)工況發(fā)生變化時渣層會部分脫落，需要及時調(diào)整工況，再次掛渣來穩(wěn)定渣層，如圖2所示。

圖2 水冷壁盤管結(jié)構(gòu)及燒損圖

2.2 氣化爐投煤后水冷壁掛渣的判斷標(biāo)準(zhǔn)

投煤成功后，通過觀察渣形渣樣、粗合成氣取樣分析數(shù)據(jù)等，間接判斷氣化爐爐溫。若氣化爐負荷60 t/h時，熱損在2.0 ～ 4.5 MW，渣口熱損在0.2 ～ 0.4 MW，熱損無明顯上漲趨勢，24 h內(nèi)熱損無頻繁大幅度波動，則水冷壁掛渣成功。氣化爐提負荷時，每提一次觀察熱損及氣體組分穩(wěn)定情況，氣化爐工況無大幅度波動負荷逐步加至82 t/h(對應(yīng)氧量42 600 Nm/h)，運行4 h后氣化爐運行穩(wěn)定則氣化爐水冷壁掛渣結(jié)束。

2.3 投煤成功后通過觀察渣形渣樣對爐溫進行判斷與處理

氣化爐投煤成功后即可聯(lián)系現(xiàn)場取渣樣觀察，間接判斷爐溫情況，每次取樣在氣化爐排渣5 ～ 7 min后開始取樣，并觀察渣樣情況，渣形渣樣反映爐溫具體表現(xiàn)如下：(1)細渣較多，無拉絲現(xiàn)象，說明爐溫偏低，可適當(dāng)提高爐溫，提高氧煤比系數(shù)進行操作；(2)有拉絲現(xiàn)象，渣顆粒均勻，說明爐溫合適；(3)出現(xiàn)粗渣粒，有少量小塊，形狀不很規(guī)則，說明爐溫偏高，流動性變差，應(yīng)適當(dāng)降低氧煤比系數(shù)進行操作。

2.4 氣化爐正常運行時水冷壁熱損上漲過快時的處理

熱損上漲過快時要及時調(diào)整，避免熱損漲幅過快，導(dǎo)致氣化爐聯(lián)鎖跳車，嚴(yán)重時燒損設(shè)備造成事故，對其應(yīng)急處理要及時做到以下幾點：(1)適當(dāng)降低氣化爐負荷進行調(diào)整，降低水冷壁的熱負荷；(2)在氣化爐負荷對應(yīng)的次高壓蒸汽量的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低次高壓蒸汽流量，用以降低氣化爐火焰寬度；(3)適當(dāng)降低氧氣系數(shù)，降低爐溫；(4)氣化爐每次加減負荷堅持少量多次的原則；(5)檢查水冷壁汽包自產(chǎn)蒸汽排放是否正常，最大限度將產(chǎn)生的低低壓蒸汽并入管網(wǎng)，將水冷壁系統(tǒng)熱量移出。

2.5 氣化爐正常運行時水冷壁熱損偏低時的處理

熱損偏低時渣的流動性會變差，下渣口通氣量易受阻，燃燒室和激冷室的壓差會上漲，粗煤氣氣體組分會發(fā)生變化。根據(jù)在線分析儀有效氣的變化要及時做到以下幾點：(1)調(diào)整氧煤比，提高爐溫；(2)可適當(dāng)增加次高壓蒸汽量，加大氣化爐內(nèi)火焰長度，緩慢進行熔渣操作。

3 煤粉系統(tǒng)出現(xiàn)問題導(dǎo)致熱損波動的原因分析與處理

3.1 煤質(zhì)發(fā)生變化時

穩(wěn)定的煤質(zhì)供應(yīng)對氣化爐內(nèi)部燃燒產(chǎn)生的熱量、有效氣量均是穩(wěn)定狀態(tài)，正常生產(chǎn)時對煤質(zhì)的分析管控至關(guān)重要，煤粉分析中要求控制灰分值指標(biāo)為13%～16%，硫含量(干燥基)指標(biāo)為0.6%～1.2%，當(dāng)煤粉的灰分(煤質(zhì))發(fā)生變化時，煤粉內(nèi)固定碳含量偏少、爐溫會升高、渣口熱損易波動、渣量加大、撈渣機電流偏高，正常運行時撈渣機電流13 A，煤質(zhì)變化時電流最高漲到25 A左右，渣口熱損波動較大0.1～0.6 MW，根據(jù)工況要及時做到以下幾點調(diào)整：(1)適當(dāng)降低氧氣系數(shù)，降低爐溫；(2)及時將信息反饋公司調(diào)度協(xié)調(diào)煤儲運及時調(diào)整最優(yōu)煤質(zhì)配比，穩(wěn)住工況，如圖3和圖4所示。

圖3 撈渣機電流變化曲線圖

圖4 渣口熱損變化曲線圖

3.2 煤粉管線發(fā)生波動時

正常運行時給料罐和氣化爐之間的壓差通過角閥把一定量粉煤輸送至氣化爐，當(dāng)煤粉管線速度、密度發(fā)生波動時，氣化爐壓力及熱損會發(fā)生較大波動，氣化爐內(nèi)燃燒的熱量及有效氣會發(fā)生明顯變化，此時要對其進行降負荷調(diào)整，再通過煤粉管線的吹掃氣量穩(wěn)住煤粉管線的速度、密度，讓煤粉在氣化爐內(nèi)達到穩(wěn)定燃燒。

4 結(jié)語

本文主要針?biāo)浔谙到y(tǒng)掛渣及渣樣情況進行分析，同時對燒嘴安裝的同心度問題提出優(yōu)化措施，并對實際應(yīng)用中各種熱損波動的調(diào)節(jié)方法進行了相關(guān)分析。結(jié)合氣化爐內(nèi)部燃燒的特點和水冷壁盤管的工作原理，在設(shè)計、制造和操作方面提出行之有效的預(yù)防措施，這些措施有望為類似設(shè)備的運行管理提供技術(shù)支持。