多噴嘴對置式氣化爐爐壁超溫的探討及應對措施

呂傳磊

(貴州開陽化工有限公司，貴州開陽 550399)

近幾年來，多噴嘴對置式氣化裝置經過多次優化調整，氣化爐耐火磚使用壽命得到不斷的延長，裝置的運行周期得到不斷的突破。但是，在氣化爐運行過程中，爐壁超溫仍然是制約氣化裝置長周期穩定運行的瓶頸之一，進而影響生產及經濟效益。為解決這一瓶頸問題，通過深入分析與探討，針對氣化爐運行過程中爐壁超溫情況，提出了相應的應對措施，對加強氣化爐運行操作、促進和改善氣化爐的安全穩定運行提供了幫助。

1 氣化反應原理

多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝屬于氣流床氣化工藝。水煤漿經煤漿給料泵加壓與高壓氧氣通過4個在同一水平面對置安裝的工藝燒嘴對噴進入氣化爐，對噴撞擊形成6個特征各異的流動區即射流區、撞擊區、撞擊流股、回流區、折返流區、管流區[1-2]。由于獨特的流場分布規律，多噴嘴氣化爐具有明顯的優越性，耐火磚的使用壽命遠遠超過其他水煤漿氣化裝置。

2 氣化爐運行過程中爐壁超溫的原因分析

2.1 氣化爐爐壁大面積超溫

2.1.1 耐火磚運行時間過長，減薄量大

多噴嘴對置式氣化爐燃燒室內3層耐火磚由里向外依次為鉻鋁鋯磚、鉻剛玉磚、氧化鋁空心磚。其中，向火面鉻鋁鋯磚是保證氣化爐正常運行最為關鍵的部分。

由于操作條件的要求，在氣化爐運行后期，受煤熔渣的侵蝕、氣體沖刷等多種因素的共同影響，耐火磚逐漸減薄，整體熱阻減小，易出現爐壁溫度大面積升高的現象。

2.1.2 操作溫度過高

氣化爐運行過程中的操作溫度對耐火磚蝕損速率影響極為重要。操作溫度過高，將對耐火磚產生劇烈的損壞，造成氣化爐壁溫大面積升高。因此，在氣化爐運行過程中，應嚴格控制操作溫度，一般控制在高于煤灰熔點50～100 ℃為宜。在保證液態排渣的情況下，煤充分氣化，熔渣順利排出。

2.2 氣化爐爐壁局部溫度升高

2.2.1 燒嘴損壞、偏噴

多噴嘴對置式水煤漿氣化爐的4個工藝燒嘴同時運行，由于氣化爐內燃燒室流場復雜，燒嘴處的氣流速度將直接影響到霧化效果，進而影響氣化爐壁溫。在運行過程中，任一個燒嘴出現故障，都將導致氣化爐減量或停車[3-4]。

在正常運行過程中，燒嘴頭部煤漿通道出口處的磨損是不可避免的。當氧氣、煤漿通道因磨損變寬以后，工藝指標就會變差，為有效地監控燒嘴的運行情況，可以通過以下幾個參數來實時反映工藝燒嘴的運行情況。

(1) 監控燒嘴冷卻水入口流量、入口壓力、出口溫度、出口流量4個指標，為燒嘴冷卻水系統4選2聯鎖指標。此外，燒嘴冷卻水分離罐放空管線上的CO監測報警裝置、燒嘴冷卻水出口溫度差及流量差聲光報警，這些指標共同作為參考。如果出現燒嘴泄漏等情況，這些指標會出現異常變化，表明工藝燒嘴已損壞，導致局部溫度上漲過快，燒嘴周圍處超溫。

(2) 各個燒嘴2只氧氣切斷閥間的壓力及燒嘴壓差。通過對比4個參數數值的大小及變化趨勢，來判斷燒嘴運行質量。

(3) 壁溫監控畫面設有4個燒嘴法蘭上下部溫度，如若發現溫度點異常，在排除外界因素如風向、熱偶指示不準的情況下，現場人員進行實際測量，綜合對比。通過對比燒嘴上下部溫差，提早掌控。

在工藝燒嘴出現異常的情況下，上述監控點會不同程度地反映出來，有利于操作人員及時進行判斷，及時發現問題，停車更換燒嘴，保障氣化爐的安全穩定運行。

2.2.2 渣口堵渣

渣口壓差取壓點在燃燒室和合成氣管線，反映的是從燃燒室到合成氣管線的壓差。當氣化爐操作溫度低于原料的灰熔點操作時，由于熔渣流動性差，渣口壓差變大，導致渣口變小，造成燃燒室內氣流不暢，燃燒室內壓力升高，產生相應的阻力壓差，灰渣不能排出。如果長時間渣口壓差變大，就會造成耐火磚局部竄氣，進而氣化爐壁溫升高，嚴重時會燒壞爐壁。

2.2.3 耐火材料的選擇和耐火磚的砌筑質量

耐火材料的選擇直接會影響氣化爐的施工質量和使用壽命，氣化爐內每一環的耐火磚砌筑都非常重要。如果這兩項質量不過關，在氣化爐高負荷運行中，通過氣體流動滲透、沖刷，產生氣體壓差，導致竄氣通路的形成。當高溫氣體竄入后到達爐壁，氣化爐爐壁局部溫度升高，如果處理不及時，會導致爐壁發生局部變形，甚至會發生更大的安全事故。

2.2.4 壓力負荷不匹配

在一定的操作壓力下，多噴嘴對置式氣化爐對操作負荷有嚴格的要求，以保證燒嘴的噴射速度，使氧氣和煤漿均勻混合。如果燒嘴噴射速度過高，會加劇對耐火磚的沖刷，耐火磚蝕損速率增加；如果噴射速度過低，則無法使氧氣與煤漿均勻接觸并進行反應，導致流場發生變化，霧化不好，在燃燒室內因局部過氧，火焰黑區縮短，燃燒區上移，造成氣化爐上部壁溫升高，燒嘴部位溫度升高。

2.2.5 入爐氧氣、煤漿壓力波動

氣化爐正常運行期間，入爐參與反應的氧氣和煤漿壓力保持穩定非常重要。入爐氧氣和煤漿壓力若發生短時間頻繁波動，會導致燒嘴難以形成良好的霧化工況。氧煤比失調，極易形成燃燒室內頂部超溫、下部低溫現象，嚴重時會造成拱頂耐火磚損壞加劇，渣口堵塞。

3 氣化爐爐壁超溫判斷依據

氣化爐表面熱偶是保護氣化爐殼體安全的重要監控手段，能夠及時反映氣化爐表面溫度的變化情況。對于氣化爐運行過程中可能出現的大面積或局部超溫區域，采取有效的檢測手段可以及時判斷和發現。

氣化爐DCS壁溫監控畫面各表面熱偶溫度顯示，結合現場的實際測量可以明確有無超溫及超溫的位置。當表面熱偶某個點的溫度呈現異常時，在排除表面熱偶顯示異常的情況下，縱向比較，綜合其他數據進行對比，一旦確認上漲趨勢，要迅速確定超溫部位、溫升速度及實際溫度，判斷超溫原因，盡快做出調整。同時，按照預先制定的氣化爐爐壁超溫預案執行，可以有效地保證氣化爐的安全運行。

4 氣化爐爐壁超溫的應對措施

4.1 優質的耐火材料，嚴控筑爐質量

選取優質的耐火材料，嚴格按照圖紙進行施工，杜絕由于施工原因造成的結構缺陷，保證耐火磚的砌筑施工質量。耐火磚砌筑完成后，烘爐作為氣化爐投入使用前的一項重要工作，嚴格按照烘爐曲線進行烘爐是提高氣化爐穩定性的一個重要環節。

4.2 氣化爐溫度的控制

氣化爐溫度的控制是氣化操作的關鍵。為了合理地控制氣化爐的操作溫度，依據氣化裝置的多個參數，如甲烷、二氧化碳、高溫熱偶、氣化爐渣口壓差、氧煤比、氣化爐渣中殘碳含量等指標進行綜合判斷，以此來決定氣化爐溫度的高低，以維持氣化爐的正常運行。

4.3 正確的操作負荷

多噴嘴對置式氣化爐對操作負荷有明確的要求，目的是使氧氣與煤漿混合均勻，充分反應。在實際操作中，嚴格按照壓力負荷曲線進行操作，根據系統運行需要，選取合適的中心氧與外環氧的適配比例，改變反應流場，以保證霧化效果。

4.4 渣口壓差

針對渣口堵渣，一般采取提溫操作，使渣口處固態的積渣熔化，重新建立渣層，達到“以渣抗渣”，使熔渣有機會堵住或覆蓋局部超溫區，可以有效地控制壁溫上漲趨勢。需要注意的是，在提溫過程中要采取少量多次的原則，禁止大幅度提溫。該爐型熔渣口時間要長于單噴嘴爐型。

4.5 嚴把燒嘴參數變化

加強燒嘴投用前的檢查，確保燒嘴符合使用要求，可以有效地防止和減少事故的發生。在實際生產中，嚴格監控燒嘴各指標參數的變化情況，加強對燒嘴的巡檢，發現異常情況及時聯系工藝、儀表排查，強化監控作用，如有異常情況，應果斷停車處理。此外，根據燒嘴運行周期進行綜合權衡，運行周期過長，需停車更換燒嘴。

4.6 耐火磚運行后期，監控運行

氣化爐耐火磚運行至后期，要加強監控運行，嚴格按照氣化爐壓力負荷曲線進行操作，禁止頻繁加、減負荷，對入爐煤漿及時進行灰熔點分析，勤看渣樣，及時調節，禁止爐溫出現大幅度波動情況。認真巡檢氣化現場，掌控壁溫變化趨勢，對于爐壁超溫情況，嚴格按照超溫預案執行，對超溫區域用氮氣冷卻后，壁溫仍上漲得不到有效控制，當溫度升至停車指標時，計劃停車對耐火磚進行檢查或更換。

5 結語

在實際操作過程中，對于氣化爐爐壁超溫，只有提前發現各關鍵數據的細微變化和它們之間的相互關聯，對爐壁超溫區域進行準確的判斷，才能采取正確的處理措施，實現氣化爐的安全、穩定、長周期運行，提高整體經濟效益。

[1] 祝亞榮，鮑衛娜，陳麗.新型氣化爐壁溫超溫原因與處理[J].化工技術與開發，2010，39(5)：47- 48.

[2] 張洪濤，臧慶安.德士古氣化爐爐壁超溫原因分析及相應解決措施[J].山東化工，2011，40(10)：68- 71.

[3] 杜永法.德士古氣化爐爐壁超溫的對策[J].大氮肥，2006，29(4)：227- 230.

[4] 步建軍.多噴嘴對置式水煤漿氣化爐操作溫度的控制[J].化肥工業，2012，39(6)：15- 18.