Texaco全廢鍋氣化爐結(jié)渣原因及解決辦法

隋志濤，王志敏

(神華寧夏煤業(yè)集團甲醇分公司，寧夏銀川 750411)

2004年神華寧夏煤業(yè)集團250 kt/a甲醇項目開始建設(shè)，于2007年6月20日投產(chǎn)，該套氣化裝置采用美國Texaco公司的全廢鍋流程技術(shù)。廢鍋流程氣化技術(shù)的特點是能夠利用氣化爐反應(yīng)產(chǎn)生的高溫工藝氣和熔渣的熱量，副產(chǎn)高壓蒸汽，進行綜合利用，相比激冷流程，能量利用合理，并減少水資源的浪費；但廢鍋流程氣化技術(shù)對于運行的控制較為嚴苛，且存在待解決的瓶頸問題，所以在技術(shù)推廣上較緩慢。該套廢鍋流程氣化裝置是國內(nèi)首套，同時由于按照原首鋼的參數(shù)進行設(shè)計，為適應(yīng)寧夏的煤種進行了部分設(shè)備結(jié)構(gòu)的變更，所以在投入運行初期，出現(xiàn)了很多問題，一直無法達到滿負荷運行。現(xiàn)就廢鍋流程運行中最主要的輻射廢鍋結(jié)渣問題進行分析，并提出解決辦法。

1 輻射廢鍋結(jié)渣的現(xiàn)象

(1)渣形渣量的變化

廢鍋內(nèi)部發(fā)生結(jié)渣，最直接的現(xiàn)象是氣化爐排渣量較正常量有所減少，同時渣形發(fā)生變化，顆粒渣減少，沫狀渣增加。

(2)拐點溫度的變化

廢鍋內(nèi)部發(fā)生結(jié)渣后，水冷壁的換熱量有所減少，導致工藝氣通過輻射廢鍋拐點時的溫度有所上升。

(3)死區(qū)溫度的變化

死區(qū)溫度的變化主要發(fā)生在廢鍋內(nèi)部結(jié)渣嚴重時，因廢鍋內(nèi)部通道被水冷壁掛渣堵塞，工藝氣被迫通過死區(qū)平衡孔進入死區(qū)，再通過死區(qū)下部的水浴進入二次通道，這將使死區(qū)溫度發(fā)生大幅的上升。

2 輻射廢鍋結(jié)渣的原因分析

輻射廢鍋結(jié)渣是廢鍋流程氣化技術(shù)最致命的技術(shù)難題。由于高溫液態(tài)的熔渣需要經(jīng)過水冷壁的輻射換熱降溫至固態(tài)，一旦液態(tài)熔渣與水冷壁接觸，就會形成掛渣導致輻射廢鍋結(jié)渣，掛渣不斷增多，最終堵塞通道，氣化爐被迫停車。導致結(jié)渣的原因有很多，主要包括以下幾個方面。

(1)輻射廢鍋結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，導致操作彈性不夠

輻射廢鍋內(nèi)高溫熔渣與水的換熱方式是輻射換熱，液態(tài)熔渣與水冷壁不能直接接觸，否則就會結(jié)渣；同時又必須保證換熱量，使拐點處的溫度降至飛灰黏結(jié)溫度以下，因此，輻射廢鍋的結(jié)構(gòu)必須結(jié)合煤種的黏溫特性、流場分布、換熱量等來確定。神寧煤業(yè)甲醇分公司的廢鍋流程氣化裝置，為適應(yīng)寧東地區(qū)煤種，新增了部分輻射狀水冷壁，導致輻射廢鍋的長徑比不合適，縮小了排渣通道。前期運行極易結(jié)渣，后經(jīng)技術(shù)改進并調(diào)整水冷壁的布局，在保證拐點溫度的情況下，割除了部分新增水冷壁，增大了一次通道的過渣直徑，使運行狀況逐步好轉(zhuǎn)。

(2)滴水檐(或?qū)г?磨損，輻射廢鍋內(nèi)流場變化

滴水檐位于氣化爐與輻射廢鍋過渡段，喉管的下部，其主要作用是：①使熔渣順利離開喉管，防止液態(tài)渣向水平墻蠕動；②收縮熔渣的噴射角度，防止液態(tài)渣與水冷壁直接接觸。如果滴水檐的設(shè)計不合理，或容易磨損，運行過程中可能使熔渣黏結(jié)在水平墻上，也可能使熔渣掛在水冷壁上，這2種情況都會導致結(jié)渣。該廢鍋流程氣化爐滴水檐是由高鉻搗打料制作的環(huán)形延長管，內(nèi)部通過錨固釘固定在喉管下部的水平墻上，原設(shè)計高度為150 mm，后改造為200 mm，滴水檐對于預防結(jié)渣能夠起到較為重要的作用；如果繼續(xù)增加其高度，效果會更好，但高度的增加也會帶來喉管強度的減弱，容易磨損，其他廠家在設(shè)計時可考慮優(yōu)化滴水檐的材質(zhì)或結(jié)構(gòu)，比如采用水冷管形式等。

(3)吹灰效果差，輻射廢鍋內(nèi)換熱量減少

廢鍋流程氣化裝置必須設(shè)置吹灰氣壓縮系統(tǒng)和吹灰分配系統(tǒng)，通過壓縮機將部分工藝氣加壓后返回到輻射廢鍋內(nèi)部，對水冷壁進行強制吹灰，以保證水冷壁的換熱效率。如果吹灰效果不好，隨著運行時間的增加，水冷壁上附著飛灰，會降低水冷壁的換熱效率并增加水冷管的腐蝕，這將提高灰渣與水冷壁接觸時的溫度，當這個溫度點上漲到灰渣的黏結(jié)溫度時，將會導致結(jié)渣現(xiàn)象的產(chǎn)生。

(4)煤種原因，煤質(zhì)波動大或黏溫特性不合適

廢鍋流程氣化裝置不適合使用黏溫特性曲線過于平緩的煤種，液態(tài)熔渣從良好流動到無黏結(jié)的溫度跨度越大，其需要的換熱量就越大，這種煤質(zhì)是非常容易發(fā)生結(jié)渣現(xiàn)象的；而煤質(zhì)的穩(wěn)定無論對于廢鍋流程還是激冷流程都是至關(guān)重要的。理論上，氣化爐的操作可根據(jù)煤質(zhì)分析變化進行相應(yīng)的調(diào)整，但其中影響因素較多，比如取樣的代表性、分析的及時性等，因此，操作人員的調(diào)整一般是無法及時跟蹤煤質(zhì)變化的，尤其對于廢鍋流程來說，一旦廢鍋內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生結(jié)渣現(xiàn)象，無法通過操作調(diào)整來消除其影響。

(5)操作原因，如爐溫過高或過低

廢鍋流程氣化裝置的操作難度高于激冷流程，不僅在于增加了水汽系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)和吹灰氣壓縮系統(tǒng)，對于爐溫的控制要求也比較嚴格。因為廢鍋內(nèi)部熱量轉(zhuǎn)換的特性，廢鍋長徑比和熔渣噴射角度固定后，熔渣在與水冷壁接觸前的換熱量基本是固定的，爐溫過高會使液態(tài)渣在與水冷壁接觸前無法被降溫至固態(tài)，從而導致結(jié)渣，所以廢鍋流程氣化爐的爐溫控制是存在上限的，這個爐溫上限不僅是為了減少燒嘴和爐磚的磨損，更重要的是預防氣化爐結(jié)渣的產(chǎn)生；而廢鍋流程氣化爐爐溫的下限是必須保證液態(tài)熔渣能夠順利離開喉管和滴水檐，熔渣溫度過低會導致其粘結(jié)在滴水檐上，并向水平墻擴散，當熔渣積聚到一定程度時會掉落，并堵塞在破渣機的上方無法排出，堵塞排渣通道。

3 輻射廢鍋結(jié)渣的解決辦法

運行過程中發(fā)現(xiàn)氣化爐排渣量明顯減少，且渣形發(fā)生變化，基本可以確定輻射廢鍋內(nèi)部發(fā)生了結(jié)渣現(xiàn)象，此時需要降低氣化負荷，并根據(jù)煤質(zhì)分析情況調(diào)節(jié)爐溫，同時輔以反轉(zhuǎn)破渣機和拉渣等手段減輕結(jié)渣故障，但結(jié)渣現(xiàn)象一旦發(fā)生，一般難以完全消除，只能低負荷維持生產(chǎn)，最終被迫停車。預防結(jié)渣現(xiàn)象的發(fā)生更加重要，以下是避免輻射廢鍋結(jié)渣的幾點建議。

(1)設(shè)定合理的輻射廢鍋長徑比，輻射廢鍋長徑比是預防結(jié)渣現(xiàn)象的基礎(chǔ)，輻射廢鍋在設(shè)計時必須考慮內(nèi)部流場的變化，在降低輻射廢鍋長徑比、控制拐點溫度和裝置投資之間尋找平衡點。

(2)優(yōu)化滴水檐(或道渣管)的結(jié)構(gòu)，滴水檐可控制熔渣離開氣化爐的流場，在設(shè)計滴水檐時要充分考慮輻射廢鍋內(nèi)流場的情況以及抗高溫磨損性能，在一定程度上加大滴水檐的高度，并選用水冷管形式，或者采用耐磨耐高溫的材料，保證滴水檐的效果和使用壽命。

(3)保證良好的吹灰效果可以延長氣化爐的運行周期，良好的吹灰氣分配以及合理的吹灰邏輯，不僅能夠預防氣化爐的結(jié)渣現(xiàn)象，還可提高廢鍋流程氣化裝置的蒸汽產(chǎn)量，增加經(jīng)濟效益。

(4)選用適宜且穩(wěn)定的氣化原料煤，保證裝置的運行穩(wěn)定性。

(5)在爐型設(shè)計合理和煤質(zhì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，廢鍋流程氣化爐的爐溫控制是最關(guān)鍵的操作要素，根據(jù)煤質(zhì)的灰熔點和黏溫特性選擇合理的操作爐溫，能夠有效預防結(jié)渣現(xiàn)象的發(fā)生。