德士古水煤漿氣化爐堵渣現象的原因及預防措施

向潛 (國能包頭煤化工有限責任公司，內蒙古 包頭 014060)

0 引言

多年以來，我國一直在堅定地探索新型工業(yè)化道路，在此過程中工業(yè)領域出現了很多新技術與新工藝，為工業(yè)生產提供了技術支持，大大提高了產能與效益，對企業(yè)的轉型發(fā)展具有重要意義。德士古水煤漿氣化工藝作為一種新技術，在當前的煤氣化領域有著成功的應用，很多煤化工企業(yè)日漸意識到了這一工藝的優(yōu)越性，都在嘗試應用該工藝輔助相關工作。但結合行業(yè)內德士古水煤漿氣化工藝的應用情況，堵渣現象時有發(fā)生，這些企業(yè)需繼續(xù)更新工藝，預防堵渣現象。

1 德士古水煤漿氣化爐堵渣的主要類型

當前許多企業(yè)都應用了德士古水煤漿氣化工藝，根據德士古水煤漿氣化爐的運行情況，堵渣是較為突出的問題，不利于氣化爐的正常工作。結合氣化爐工作情況，堵渣現象主要可分為以下三種類型：(1)渣口堵渣，如：氣化爐工作中在渣口部位發(fā)生了堵渣現象，將使渣口變小，壓差明顯增大，燃燒室內產生的灰渣無法經由渣口排出，最終導致氣化爐的爐膛壓力、爐壁溫度、合成氣量等存在異常[1]；(2)下降管內壁、下降管與上升管之間、上升管與氣化爐爐壁的堵渣現象，氣化爐運行時熔渣、飛灰渣、水、合成氣以膠融狀態(tài)附著在這些特殊位置，影響了氣體流通，氣化爐液位不符合要求；(3)鎖斗收渣閥上部或者排渣閥上部的堵渣現象，激冷后的渣長時間堆積，堵塞鎖口，無法經過鎖口順利收渣與排渣。

2 德士古水煤漿氣化爐堵渣的原因

2.1 原料煤種灰分及其組成的變化

德士古水煤漿氣化工藝中氣化爐作為關鍵設備，在運行中對原料煤質量有著嚴格的要求，若入爐原料煤中的灰分存在異常變化，將直接影響灰渣的熔融性，也就是說確定氣化爐操作溫度時必須提前測定入爐煤漿的灰熔點，灰熔點過大或者過小都會導致氣化爐的溫度異常波動，干擾氣化爐的排渣，導致熔渣、灰渣無法順利排出?；以靥匦允苊夯以M成的影響較大，如煤灰渣中的Al2O3、SiO2含量較高，灰渣熔點較高，黏溫特性較差，但Fe2O3、MgO、CaO由于屬于堿性物質，能降低灰渣熔點與黏度[2]。根據經驗，一旦煤種的灰分含量較大，但Fe2O3、CaO含量偏低，將對應著較高的灰渣熔點、較差的黏溫特性、較大的黏結指數，隨著工藝流程的實施，易出現大量塊渣，也就會形成堵渣現象。

2.2 耐火磚的磨損與燒蝕

耐火磚質量、砌磚質量與耐火磚使用壽命息息相關，如：在生產作業(yè)中的砌筑磚縫小，氣孔率小、灰漿飽滿度高，將具有更強的抗灰渣侵蝕能力，反之，則更容易結渣，爐磚出現竄氣、裂縫、脫落等異?，F象的幾率較高。氣化爐爐膛反應區(qū)是以渣抗渣區(qū)域，能為排渣創(chuàng)造良好的條件。氣化爐內壁形成一層低熔點化合物，在生產作業(yè)持續(xù)進行的過程中因為煤灰分有波動，這些低熔點化合物會逐步被剝蝕下來，在此過程中灰渣逐步破壞耐火磚，導致磚體上有疤渣，而這些疤渣會堵塞渣口。氣化爐運行中還常常出現投料或操作壓力大浮動波動的現象，如未及時控制這一現象將導致耐火磚的剝落嚴重，形成大量磚渣，鎖斗無法正常排渣。

2.3 氣化爐操作工況

德士古氣化爐操作工況異常也會引發(fā)堵渣現象。根據生產經驗，德士古氣化爐操作工況與諸多因素有關，爐溫為比較常見的因素，要保障德士古氣化爐溫度的合理性，一般需在滿足液態(tài)排渣的需求下保持低溫狀態(tài)。但長時間保持低溫操作也會造成不利影響，即爐渣無法正常流動，其流動性降低，可能在爐壁或燃燒室錐底積聚，持續(xù)的重力與氣體沖擊作用下爐渣將在燃燒室渣口堆積，渣口變小無法排渣。

外界工況異常變化的情況下堵渣現象無法避免，如：氧壓持續(xù)變化，爐溫從高溫變?yōu)榈蜏厍易兓容^大，此時，原先在耐火磚表面的爐渣、低熔物將逐步被熔落，最終在激冷室產生大量塊渣、疤渣；較高的爐溫條件下，爐渣中的許多侵蝕性金屬元素相對活躍，可能會進入到耐火磚內部，引起其損蝕，爐磚的機械強度減小，抗侵蝕能力不足，持續(xù)作用下也會出現堵渣現象[3]。相關企業(yè)的試驗分析表明，氣化爐操作溫度與爐渣對爐磚的損蝕有關，操作溫度每升高100 ℃，其損蝕速率是原先的2倍。操作壓力雖對堵渣現象有一定影響，但其影響程度較小，在實際的工作中應將操作壓力維持在穩(wěn)定狀態(tài)下，避免不規(guī)律、大范圍變化。但一些操作人員未重視操作壓力的管理與控制，導致操作壓力急劇變化，也會引起堵渣問題。

2.4 燒嘴壓差波動

為提高德士古水煤漿氣化爐的運行可靠性與穩(wěn)定性，實際的生產中相關人員也需要控制燒嘴壓差，如未控制這一參數，氣化爐的堵渣現象將無法避免。以某企業(yè)問題為例，氣化爐采用低壓差燒嘴，當處于正常運行狀態(tài)時燒嘴壓差保持在400 kPa上下，但燒嘴壓差在短時間內有大幅度的波動，最低時為0，燒嘴難以發(fā)揮其霧化功能，霧化效果難以達到預期。在此情況下，煤漿在氣化爐燃燒室與氧氣的接觸面積大大減小，部分煤漿未參與到反應過程，后續(xù)粗煤氣、粗渣進入激冷室后執(zhí)行冷卻與洗滌流程，激冷室水質較差，粗煤氣與水汽會夾帶細灰到達合成氣管線。氣化爐持續(xù)運行中這些細灰會在上升管、下降管環(huán)隙部位積聚，最終造成環(huán)隙堵塞問題。如果在生產作業(yè)中氣化爐上升管與下降管環(huán)隙被堵塞，粗煤氣在上升管外圍區(qū)合成氣管線量增多，許多灰渣包裹于支撐板底部位置，高溫氣體長時間在上升管外圍停留，支撐板熱電偶無法正常散熱，導致氣化爐支撐板溫度高于正常值[4]。

2.5 系統(tǒng)水質問題

德士古水煤漿氣化爐工作中對水質也有嚴格規(guī)定，在其他條件均正常但水質不達標的情況下出現堵渣問題的幾率也相對較高。以某企業(yè)為例，在生產中使用的原料煤灰分高且頻繁變動，組織專人在現場開展了沉降實驗，經過實驗結果的對比與分析，發(fā)現煤質變化引起水質變化的情況下使用的絮凝劑絮凝效果不佳，灰水濁度、硬度較大且上下變化明顯，水質不佳。通過與相關技術人員協(xié)商，在現場配置了三種不同分子量的絮凝劑。此外，現場所應用的分散劑雖有一定的阻垢作用，但效果并不理想，管線內的水垢分布較多，在氣化爐系統(tǒng)長時間運行的過程中受到結垢現象的影響，激冷水量持續(xù)降低，到后期僅為180 m3/h，遠遠低于正常值，系統(tǒng)水循環(huán)不佳，水質進一步惡化。

3 德士古水煤漿氣化爐堵渣問題的預防措施

3.1 控制原料煤質量

原料煤質量不佳可能引起氣化爐堵渣現象，為避免這一方面的問題，企業(yè)需結合德士古水煤漿氣化爐的運行特點與工況優(yōu)選高質量原料煤，保障所選擇原料煤的各方面指標均符合規(guī)定。從企業(yè)角度，其在日常的工作中必須安排專人負責原煤選擇與煤質分析，需在原有工作基礎上增大煤質分析頻次，并引進現代化分析技術，由專業(yè)技術人員每日分析水煤漿灰分、灰熔融性溫度，依據分析結果增加或減少助溶劑用量。如：灰熔融性溫度符合相應的設計標準，一般需減少助溶劑用量，特別是在助溶劑為石灰石粉且原料煤灰分較高的情況下，一旦使用的石灰石材料過多，將導致水煤漿的水分過高，隨著系統(tǒng)的運行，進入水系統(tǒng)中的細灰持續(xù)增多，能加速氣化爐上升管、下降管環(huán)隙的堵塞速率。

3.2 保障氣化爐耐火磚質量

德士古水煤漿氣化爐運行中堵渣為一個相對常見的現象，在一些企業(yè)的生產作業(yè)中氣化爐堵渣是因為耐火磚質量不佳所引起。對于這一原因所引發(fā)的堵渣現象，要實現科學預防，企業(yè)需保障耐火磚質量合格。在準備砌筑耐火磚階段，相關人員必須在正式砌筑之前了解有關的質量標準與技術規(guī)范，參考理化性能標準，從源頭控制耐火磚的入廠質量，嚴禁質量不合格耐火磚進廠和使用。其次，企業(yè)內需針對耐火磚開展一系列的質量檢查與監(jiān)管，如成立專門的質量監(jiān)督小組，由該小組在耐火磚的采購、入廠和使用等階段實施嚴格的質量監(jiān)管與檢查，一旦發(fā)現耐火磚存在質量問題，及時與有關部門協(xié)商，快速制定對應的解決措施。

3.3 嚴格加強操作管理

為避免氣化爐操作不當引起的堵渣現象，在德士古水煤漿氣化爐投入使用后，企業(yè)需分配專業(yè)的管理人員來實施操作管理，滲透精細化管理思想，強化每一個操作流程的管理，保障操作規(guī)范性，將各項參數控制在合理的范圍內。首先，當氣化爐處于正常工作狀態(tài)時需將爐溫控制在合理范圍內，如氣化爐的熱偶被燒壞，有關人員需依據DCS碳洗塔出口的氣體成分波動情況，判定氣化爐燃燒室操作溫度情況；利用氧煤比這一關鍵指標實施動態(tài)化調節(jié)與控制，保持爐溫的合理性，避免其他因素引起爐溫的異常變化；在停爐換燒嘴時間段更換全新的高溫熱偶[5]。其次，保障投料爐溫的科學性，隨著投料工作的開展，氣化爐系統(tǒng)內的個別參數往往會出現一定的變化，如當投料溫度超出限值，將同步引起爐膛溫度的急劇增大，進而加劇對耐火磚的磨損、燒蝕，產生疤渣、磚渣，出現較為嚴重的堵渣現象，出于這些因素的分析，氣化爐投料階段一般需將氣化爐保持在半負荷狀態(tài)，控制爐溫；如投料時的溫度偏低，加負荷過慢，同樣也會出現堵渣問題，在操作過程中也需要注意考慮這一問題。第三，密切監(jiān)測氣化爐壓差情況，雖在氣化爐工作中這是需要重點關注的指標，但不能過度依賴該指標，還應該考慮合成氣出口與燃燒室的壓力情況，準確計算壓差。熔渣階段的爐溫波動范圍要小，提高氧煤比時要少量多次。

3.4 解決燒嘴壓差波動問題

根據長時間的行業(yè)操作經驗，預防德士古水煤漿氣化爐堵渣問題時也需要從解決燒嘴壓差波動方面著手。企業(yè)可針對其氣化爐系統(tǒng)，分析原有氣化爐燒嘴所存在的問題，采取一系列改造與優(yōu)化措施，使改造后的燒嘴壓差符合要求。以某企業(yè)為例，有關技術人員在改造了原有燒嘴后，燒嘴壓差明顯增大，正常運行狀態(tài)下燒嘴壓差為550 kPa，且具有極強的抗干擾能力，在一些情況下燒嘴壓差雖有一定的波動，但整體波動幅度較小，且波動持續(xù)時間非常短，短時間波動后即可恢復正常，說明改造燒嘴對控制燒嘴壓差波動問題、預防堵渣問題較為有效。企業(yè)可立足自身情況，改造燒嘴設計方式或者調節(jié)有關參數。

3.5 改善系統(tǒng)水質

氣化爐運行中對水質有較高的要求，為避免水質問題引起堵渣現象，企業(yè)在實際的工作中應重視水質管理，分配專人負責水質檢測，結合水質分析結果采取措施改善水質。為提高水質，一般可采取添加分散劑或絮凝劑的方式，但在利用這些方式時需注意控制用量，有關人員需嚴格根據德士古水煤漿氣化爐的水循環(huán)特點與循環(huán)量、系統(tǒng)運行中的各項參數，準確計算分散劑、絮凝劑的使用量，確定最為科學的添加量。某企業(yè)的氣化爐運行中，系統(tǒng)低壓灰水循環(huán)量為300 m3/h，每日需添加1 t分散劑、29 t絮凝劑，在添加過程中，還需結合煤質特點來選擇恰當分子量的絮凝劑，以發(fā)揮絮凝劑的絮凝作用，使水質符合標準。此外，改善水質時有關人員也需要在原有工作基礎上優(yōu)化分散劑選型工作，選擇高性能分散劑，使分散劑可在水循環(huán)過程中及時除垢，避免出現結垢現象。

4 結語

德士古水煤漿氣化爐運行中的堵渣現象也會影響正常的生產工作，為提高氣化爐工作水平，保障生產效率與效益，企業(yè)需重視德士古水煤漿氣化爐堵渣現象的處理，根據引起堵渣問題的原因，立足自身的生產特性采取一系列的優(yōu)化與改進措施。