耐火磚氣化爐改造總結

薛永峰

(陽煤豐喜集團臨猗分公司，山西運城 040000)

陽煤豐喜集團臨猗分公司合成氨二分廠(以下簡稱臨猗二分廠)甲醇/合成氨項目原氣化裝置為3臺耐火磚氣化爐、1臺水冷壁激冷流程氣化爐，其中3臺耐火磚氣化爐分別于2006年、2008年投產運行，水冷壁激冷流程氣化爐于2011年投產運行，氣化裝置3開1備。但在生產過程中存在以下問題：①由于耐火磚更換，出現備用爐不備的情況；②耐火磚氣化爐在運行爐緊急停車后，備用氣化爐無法立即投入使用，對系統的負荷產生一定影響；③耐火磚的維修費用較高，煤種適用范圍窄。為改變上述狀況，臨猗二分廠決定采用清華大學新型煤氣化技術“合成氣蒸汽聯產氣化爐”對其耐火磚爐型進行改造，得到了山西省科技廳2015年度山西省科技重大專項的支持。合成氣蒸汽聯產氣化爐(晉華爐)燃燒室采用水冷壁代替原有的耐火磚，激冷室上部增加廢鍋段。改造后的氣化爐可燃燒灰熔點低于1520℃的煤種，氣化爐壁溫比耐火磚爐的要低，廢鍋副產高壓蒸汽，降低了系統能耗，并且系統的運行更加安全穩定。

1 工藝流程改造

改造方案的灰水處理流程和耐火磚氣化爐的基本相同，現僅就水冷壁系統、廢鍋系統及氣化水循環系統做簡要敘述。

1.1 新增氣化室水冷壁系統

來自鍋爐供水母管的高壓鍋爐水通過液位調節閥控制后，將鍋爐水送入汽包作為汽包的補水，汽包內的水經過鍋爐水循環泵加壓后分別進入主水冷壁、頂盤管、渣口盤管、工藝燒嘴以及火焰檢測器，鍋爐水在氣化爐內吸收熱量后回流至汽包，水冷壁汽包上半部副產少量的飽和蒸汽，壓力為4.5MPa。正常生產時流量為1t/h，開車時最大流量約為13t/h，這部分蒸汽減壓并入2.5MPa等級的蒸汽管網利用。

氣化爐水冷壁系統的進、出口均設有壓差測量儀和溫度測量儀，當某一組水冷壁出水的壓差和溫度出現大幅度波動時，可能是該組水冷壁管出現泄漏或過熱。為了保護氣化爐的工藝燒嘴，在工藝燒嘴冷卻水的進、出口流量處設置流量差聯鎖，進、出口流量差三選二進入聯鎖系統；當流量差達到聯鎖值時，氣化爐停車觸發器啟動，氣化爐聯鎖停車[1-2]。

1.2 新增廢鍋系統

來自鍋爐供水母管的高壓鍋爐水通過液位調節閥控制,將鍋爐水送入廢鍋汽包作為汽包的補水，汽包內的水經廢鍋進水分配管進入氣化爐廢鍋，鍋爐水在廢鍋內吸收熱量后回流至廢鍋汽包，汽包下半部的液態水經廢鍋進口分配管在系統內循環使用，汽包上半部副產的飽和蒸汽壓力為5.4MPa，正常生產時其流量為26t/h。由于全廠蒸汽管網2.5MPa等級的蒸汽不夠用，因此這部分蒸汽減壓并入2.5MPa等級的蒸汽管網利用[3-4]。

此次氣化爐耐火磚改造為晉華爐后系統的開車方式和方法與原有的耐火磚爐相比有所不同，改造后系統的升溫時間將由原來的72h以上縮短為2h內完成。此次改造后取消預熱燒嘴，使用新型的一體化燒嘴，點火升溫投料一體化完成。

2 設備方面的改造

對氣化爐本體進行整體更換，新增水冷壁汽包、廢鍋汽包、鍋爐水循環泵，更換新的工藝燒嘴，取消激冷水過濾器等設備。改造前、后設備參數對比見表1。

表1 改造前、后設備參數對比

3 儀表方面的改造

儀表控制方面，由于改造后系統的點火方式及投料情況與之前的耐火磚爐不同，需要對氣化爐安全聯鎖進行修改，修改后氣化的點火通過程序自動完成，氣化投料成功后需要停止燃料氣，這些都是通過氣化爐安全聯鎖完成的，停車的聯鎖基本沒有變化。氣化爐停車的聯鎖需要增加汽包的液位聯鎖、鍋爐水循環泵出口的流量聯鎖、廢鍋汽包液位聯鎖、氣化爐底部溫度聯鎖，取消氣化爐液位聯鎖。

4 改造后氣化爐主要性能指標

改造前、后氣化爐主要性能指標的對比見表2。其中，比氧耗、比煤耗、廢鍋副產5.4 MPa蒸汽、水冷壁副產4.5 MPa蒸汽,均以生產1 000 m3(CO+H2)計。

表2 改造前、后氣化爐主要性能指標對比

5 改造過程及開車運行情況

氣化爐現場改造于2015年11月開始建設，11月底氣化爐已吊裝到位，水冷壁安裝到位，并完成探傷和試壓；2015年12月，煤漿管道、水冷壁水循環管線配管結束；2016年1月，氧氣管線結束，全部配管及相關儀表安裝于2016年1月中旬完成，2016年2月進入實際試車階段。

2016年3月28日，氣化爐改造項目進行原始烘爐。烘爐過程中對廢鍋進行堿煮，2016年4月1日19:25點火，20:40投料，22:30并入系統運行。投料前，水冷壁蒸汽產量15 t/h，投料1 h內水冷壁蒸汽產量降至3 t/h。系統初步穩定在氧氣12 200 m3/h(標態)，煤漿量26 m3/h，系統壓力3.65 MPa，廢鍋蒸汽產量26.7 t/h。2016年4月2日，裝置負荷提高至氧氣15 000 m3/h(標態)，煤漿量32 m3/h。截至目前整個裝置運行平穩，各項指標均達到設計值。

6 改造后對系統的影響

改造前，氣化系統無副產蒸汽；改造后，可副產高壓蒸汽27 t/h。氣化系統的黑水循環量減少為改造前的40%左右，激冷水泵流量由改造前的220 m3/h降至65 m3/h，氣化爐去高壓閃蒸罐的黑水量由改造前60 m3/h降至0 m3/h，洗氣塔高壓閃蒸罐的黑水量由改造前20 m3/h提高至35 m3/h。改造前，閃蒸系統需要使用高壓角閥4臺，改造后僅需2臺，閃蒸系統的熱負荷比改造前降低60%。

7 結語

(1)組合式點火升溫過程簡化，點火、投料程序一體化完成。水煤漿投料點火采用獨特的“火點火”技術，氣化爐從冷態到滿負荷僅需5 h。輻射式蒸汽發生器下部采用特殊結構，合成氣與黑水同時并行進入洗氣塔，氣化爐不再控制液位，操作簡單。

(2)由于開車速度快、檢修時間短，所以無需備爐，為后系統的負荷增加提供了一個簡潔、經濟的技術改造方案，節省了氣化爐耐火磚的更換費用。

(3)極大地減少了烘爐時間，不僅延長了氣化爐的在線率，而且節約了大量的烘爐燃料氣。

(4)改造后，氣化爐燃燒室的容積增加至20 m3左右，氣化爐容量的增加為系統擴產打下了堅實的基礎。即使不增加氣化爐負荷，由于氣化爐燃燒室的容積增加，水煤漿在爐內的停留時間將比在耐火磚爐內的長，有效氣的含量有較大增加，煤的碳轉化率也得到提高。

(5)對其他附屬系統基本上沒有進行改造，在實現技術更新換代的同時最大限度地降低了投資。

(6)煤種適用性擴大，可氣化灰熔點低于1 520 ℃的煤種。

(7)由于改善了工藝燒嘴的運行條件，燒嘴可連續運行100 d以上。

(8)氣化爐采用熱能工程領域成熟的垂直管結構，水循環按照自然循環設計，強制循環運行，最大限度保證水冷壁的安全運行。

(9)氣化爐將煤氣化過程中煤氣的顯熱全部回收，產生高品位蒸汽，充分利用了水煤漿氣化能量消耗集中便于回收的優勢，克服了干粉氣化能量消耗分散、不易回收的問題，使能量利用更充分。

(10)氣化爐液位不再控制，操作更簡單、更方便。

(11)取消了激冷水過濾器、激冷環、下降管等設備，水系統循環優化，運行成本降低。