大型干煤粉氣化爐渣口缺陷分析和結(jié)構(gòu)改進(jìn)初探

周樂(lè)

摘要：氣化爐合成氣冷卻器“十字架”積灰、氣化爐渣口堵渣、氣化裝置激冷氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)激冷量不足、飛灰過(guò)濾器流通量不足壓差高、點(diǎn)火、開(kāi)工燒嘴投運(yùn)困難、氣化爐二氧化碳工況運(yùn)行周期短，以及氣化爐負(fù)荷低等問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了煤化工安全穩(wěn)定生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：干煤粉氣化爐;渣口缺陷;改進(jìn)

1.堵渣、積灰原因分析

1.1堵渣原因分析

氣化爐操作溫度偏低時(shí)，渣的粘度增大、流動(dòng)性變差。當(dāng)氣化反應(yīng)室溫度超過(guò)操作窗口允許范圍低限時(shí)，渣口容易積聚，使得渣口縮小，嚴(yán)重時(shí)可能徹底堵塞，造成堵渣停車。煤質(zhì)的不穩(wěn)定，助熔劑（石灰石）加入量的波動(dòng)都是影響煤灰熔融性及粘溫特性的關(guān)鍵因素，當(dāng)以上因素發(fā)生變化時(shí)，而氣化爐溫度控制不作調(diào)整則極有可能發(fā)生堵渣事故;此外，氣化爐水冷壁、燒嘴罩、燒嘴頭發(fā)生泄漏則會(huì)直接引起爐溫的下降，尤其是氣化爐內(nèi)漏水時(shí)，漏進(jìn)氣化爐的水吸收一部分顯熱變?yōu)檎魵?，還會(huì)發(fā)生水煤氣反應(yīng)：

C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.4kJ/mol

該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，雙重因素導(dǎo)致氣化爐溫度偏低，如果未及時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)整爐溫，長(zhǎng)時(shí)間低爐溫運(yùn)行就會(huì)堵塞渣口。

2.技改的理論依據(jù)

氣化爐爐內(nèi)，煤（主要成分為碳）和氧的燃燒反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，同時(shí)設(shè)計(jì)為缺氧的不完全燃燒，則主要生成物為CO，CO是生產(chǎn)甲醇或合成氨等所需的有效成分之一，越多越好。從氣化爐內(nèi)的主要化學(xué)反應(yīng)（方程式）及影響反應(yīng)的因素來(lái)看，CO的生成主要源于碳與氧的不完全燃燒，其余來(lái)自CO2與碳的還原反應(yīng)，CO2與碳的還原反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，在氣化用原料煤熱值穩(wěn)定、氧純度和流量一定、氧煤比穩(wěn)定以及氣化率相對(duì)穩(wěn)定的情況下，氣化系統(tǒng)的反應(yīng)熱是能相對(duì)平衡的。對(duì)于氣化爐來(lái)說(shuō)，反應(yīng)物濃度、溫度一般不會(huì)有太大變化，氣化反應(yīng)也不存在添加催化劑的情況，因此，據(jù)前述化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素可知，可以嘗試通過(guò)改變氣體反應(yīng)體系的壓力來(lái)提高反應(yīng)速率，從而提高CO和H2的產(chǎn)率。也就是說(shuō)，在氣化爐內(nèi)反應(yīng)溫度、反應(yīng)物濃度相對(duì)穩(wěn)定的情況下，適當(dāng)縮小氣化爐渣口尺寸可以提高氣化爐渣口的阻力，相對(duì)提高反應(yīng)物在氣化爐爐膛內(nèi)的壓力，并利于延長(zhǎng)粉煤在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間，提高反應(yīng)速率，利于促進(jìn)CO和H2的生成，從而可提高粗煤氣中的有效氣含量，提高裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3.運(yùn)行優(yōu)化及二期氣化爐渣口技改

3.1二期氣化爐渣口尺寸初始選擇的依據(jù)

沒(méi)有成熟的案例可供借鑒，在氣化爐渣口尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，考慮設(shè)計(jì)煤種、粗煤氣產(chǎn)量、氣體流速、爐內(nèi)燃燒流場(chǎng)的分布等因素，通過(guò)模擬計(jì)算確定一期氣化爐渣口尺寸為φ550mm。實(shí)際運(yùn)行中，考慮到裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，一期氣化爐無(wú)法穩(wěn)定地使用單一煤種，需通過(guò)配煤來(lái)滿足氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行需求，氣化用煤種類多達(dá)10余種，煤質(zhì)特性各有不同，混燒后煤灰性質(zhì)產(chǎn)生一定的改變，操作指標(biāo)一旦控制不好，就會(huì)引起煤灰粘度增加或降低，超出控制范圍，從而造成渣口堵塞，影響氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行，且渣口堵塞還會(huì)造成出口粗煤氣偏流，影響激冷環(huán)下降管的安全運(yùn)行;鑒于一期氣化爐的運(yùn)行情況，二期氣化爐設(shè)計(jì)時(shí)渣口尺寸在一期氣化爐渣口尺寸的基礎(chǔ)上擴(kuò)大了100mm，即渣口尺寸設(shè)計(jì)為φ650mm。

3.2通過(guò)混、配煤優(yōu)化解決渣口堵塞問(wèn)題

從煤種、煤質(zhì)、混煤的均勻性等方面著手解決渣口堵渣問(wèn)題：①據(jù)來(lái)煤的礦點(diǎn)、性質(zhì)不同分類堆放;②混燒時(shí)，使用煤種、煤質(zhì)相近的煤進(jìn)行不同比例混合，通過(guò)總結(jié)分析找出適合氣化爐氣化用煤的煤質(zhì)及其混配比例;③清除干凈混配煤中的雜物，做到精細(xì)配煤，加強(qiáng)煤場(chǎng)盤(pán)存，避免抓錯(cuò)煤種的情況發(fā)生，控制輸煤穩(wěn)定。通過(guò)煤種、混煤配比的優(yōu)化，一期、二期寧煤爐運(yùn)行工況和渣口壓差趨于穩(wěn)定，接下來(lái)開(kāi)始解決二期氣化爐所產(chǎn)粗煤氣中有效氣含量偏低的問(wèn)題。

3.3二期氣化爐渣口技改

3.3.1技改方案

二期氣化爐渣口縮徑技改，從理論上看雖然渣口越小對(duì)CO和H2生成越有利，但渣口不宜太小，需兼顧煤種變化可能造成渣口堵塞的問(wèn)題。鑒于一期氣化爐渣口φ550mm的設(shè)計(jì)，其運(yùn)行狀況還算相對(duì)比較穩(wěn)定的實(shí)際情況，確定參照一期氣化爐渣口進(jìn)行技改，即將二期氣化爐渣口由φ650mm縮小為φ550mm，與一期氣化爐渣口直徑一致。

二期氣化爐渣口進(jìn)行縮徑技改，首先須將激冷室所有內(nèi)件拆除并移出氣化爐，將與渣口相連接的水管空間管斷開(kāi)，爆開(kāi)渣口法蘭與錐盤(pán)的焊縫，通過(guò)工裝將渣口從氣化爐與破渣機(jī)連接口（N-1口）移出;技改完成后，渣口安裝按照其拆除的逆序進(jìn)行。

3.3.2技改的實(shí)施

3.3.2.1渣口拆除

（1）拆除氣化爐燒嘴，移開(kāi)破渣機(jī)，打開(kāi)人孔蓋;系統(tǒng)隔離置換合格，清理渣口附近的灰渣及渣口與主盤(pán)管連接處周圍，盡量將焊縫露出，以便進(jìn)行下一步的工作;拆除與上升管連接的周向支撐，拆除過(guò)程中需保持支撐的完整性，以便安裝使用。

（2）拆除上升管連接緊固件，將上升管通過(guò)工裝分段移出激冷室，注意保持上升管的完整性，以便安裝使用;由于作業(yè)空間受限，據(jù)拆除激冷水管、渣口水管空間管和渣口法蘭的需要對(duì)折流板進(jìn)行針對(duì)性拆除;施工人員進(jìn)入激冷室的氣液分離空間，將激冷水管兩端與氣化爐殼體和激冷環(huán)連接的法蘭拆開(kāi);在下降管外壁焊接2個(gè)臨時(shí)吊耳，用吊車將下降管在豎直方向吊住;拆除激冷環(huán)與渣口法蘭連接的螺栓，然后將激冷環(huán)通過(guò)工裝移出激冷室。

（3）將渣口水管兩端與氣化爐殼體和渣口法蘭焊接的空間管割開(kāi)，用電葫蘆連接工裝將渣口托住，然后割開(kāi)渣口法蘭與錐盤(pán)的焊縫，之后將渣口移出激冷室。

2.3.2.2更換新渣口

（1）將縮徑后的新渣口通過(guò)工裝吊起，調(diào)整好渣口盤(pán)管上部與主盤(pán)管下直段的間隙，并將渣口法蘭水平找正，將渣口法蘭與錐盤(pán)焊接，之后完成渣口進(jìn)出水管的焊接，并對(duì)渣口盤(pán)管進(jìn)行整體水壓試驗(yàn)。

（2）用吊車將激冷環(huán)吊起，找好安裝方位后，用螺栓將激冷環(huán)固定在渣口法蘭上;通過(guò)螺栓將激冷水管兩端分別與氣化爐殼體和激冷環(huán)連接的法蘭連接。

（3）耐火料施工可根據(jù)實(shí)際情況，在焊接完渣口法蘭之后即可進(jìn)行。

（4）打磨激冷環(huán)下部和下降管頭部的焊接坡口，焊接坡口打磨完成后，用吊車通過(guò)工裝將下降管在豎直方向吊起到激冷環(huán)底部，然后對(duì)下降管進(jìn)行垂直找正，之后將下降管與激冷環(huán)進(jìn)行焊接。

（5）安裝上升管及周向支撐，安裝折流板;拆除所有腳手架;安裝破渣機(jī)，封閉人孔。至此，縮徑后的新渣口更換工作完成。

參考文獻(xiàn)：

[1]李曉東，張鎵鑠.干煤粉氣化爐下渣口結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用對(duì)比分析[J].化肥設(shè)計(jì)，2016，54（3）：23-26.

[2]張建法.氣化爐渣口熔渣流動(dòng)特性研究[D].上海：華東理工大學(xué)，2011.