大型干煤粉氣化爐渣口缺陷分析和結(jié)構(gòu)改進初探

周樂

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設計激冷量不足、飛灰過濾器流通量不足壓差高、點火、開工燒嘴投運困難、氣化爐二氧化碳工況運行周期短，以及氣化爐負荷低等問題，嚴重阻礙了煤化工安全穩(wěn)定生產(chǎn)及經(jīng)濟增長。

關鍵詞：干煤粉氣化爐;渣口缺陷;改進

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，渣的粘度增大、流動性變差。當氣化反應室溫度超過操作窗口允許范圍低限時，渣口容易積聚，使得渣口縮小，嚴重時可能徹底堵塞，造成堵渣停車。煤質(zhì)的不穩(wěn)定，助熔劑（石灰石）加入量的波動都是影響煤灰熔融性及粘溫特性的關鍵因素，當以上因素發(fā)生變化時，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)生泄漏則會直接引起爐溫的下降，尤其是氣化爐內(nèi)漏水時，漏進氣化爐的水吸收一部分顯熱變?yōu)檎魵?，還會發(fā)生水煤氣反應：

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

該反應是吸熱反應，雙重因素導致氣化爐溫度偏低，如果未及時發(fā)現(xiàn)調(diào)整爐溫，長時間低爐溫運行就會堵塞渣口。

2.技改的理論依據(jù)

氣化爐爐內(nèi)，煤（主要成分為碳）和氧的燃燒反應屬于放熱反應，同時設計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)的主要化學反應（方程式）及影響反應的因素來看，CO的生成主要源于碳與氧的不完全燃燒，其余來自CO2與碳的還原反應，CO2與碳的還原反應為吸熱反應，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)定以及氣化率相對穩(wěn)定的情況下，氣化系統(tǒng)的反應熱是能相對平衡的。對于氣化爐來說，反應物濃度、溫度一般不會有太大變化，氣化反應也不存在添加催化劑的情況，因此，據(jù)前述化學反應速率的影響因素可知，可以嘗試通過改變氣體反應體系的壓力來提高反應速率，從而提高CO和H2的產(chǎn)率。也就是說，在氣化爐內(nèi)反應溫度、反應物濃度相對穩(wěn)定的情況下，適當縮小氣化爐渣口尺寸可以提高氣化爐渣口的阻力，相對提高反應物在氣化爐爐膛內(nèi)的壓力，并利于延長粉煤在爐膛內(nèi)的停留時間，提高反應速率，利于促進CO和H2的生成，從而可提高粗煤氣中的有效氣含量，提高裝置運行的經(jīng)濟性。

3.運行優(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)

沒有成熟的案例可供借鑒，在氣化爐渣口尺寸設計時，考慮設計煤種、粗煤氣產(chǎn)量、氣體流速、爐內(nèi)燃燒流場的分布等因素，通過模擬計算確定一期氣化爐渣口尺寸為φ550mm。實際運行中，考慮到裝置運行的經(jīng)濟性，一期氣化爐無法穩(wěn)定地使用單一煤種，需通過配煤來滿足氣化爐的穩(wěn)定運行需求，氣化用煤種類多達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，操作指標一旦控制不好，就會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)定運行，且渣口堵塞還會造成出口粗煤氣偏流，影響激冷環(huán)下降管的安全運行;鑒于一期氣化爐的運行情況，二期氣化爐設計時渣口尺寸在一期氣化爐渣口尺寸的基礎上擴大了100mm，即渣口尺寸設計為φ650mm。

3.2通過混、配煤優(yōu)化解決渣口堵塞問題

從煤種、煤質(zhì)、混煤的均勻性等方面著手解決渣口堵渣問題：①據(jù)來煤的礦點、性質(zhì)不同分類堆放;②混燒時，使用煤種、煤質(zhì)相近的煤進行不同比例混合，通過總結(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，做到精細配煤，加強煤場盤存，避免抓錯煤種的情況發(fā)生，控制輸煤穩(wěn)定。通過煤種、混煤配比的優(yōu)化，一期、二期寧煤爐運行工況和渣口壓差趨于穩(wěn)定，接下來開始解決二期氣化爐所產(chǎn)粗煤氣中有效氣含量偏低的問題。

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題。鑒于一期氣化爐渣口φ550mm的設計，其運行狀況還算相對比較穩(wěn)定的實際情況，確定參照一期氣化爐渣口進行技改，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，爆開渣口法蘭與錐盤的焊縫，通過工裝將渣口從氣化爐與破渣機連接口（N-1口）移出;技改完成后，渣口安裝按照其拆除的逆序進行。

3.3.2技改的實施

3.3.2.1渣口拆除

（1）拆除氣化爐燒嘴，移開破渣機，打開人孔蓋;系統(tǒng)隔離置換合格，清理渣口附近的灰渣及渣口與主盤管連接處周圍，盡量將焊縫露出，以便進行下一步的工作;拆除與上升管連接的周向支撐，拆除過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折流板進行針對性拆除;施工人員進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;在下降管外壁焊接2個臨時吊耳，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，用電葫蘆連接工裝將渣口托住，然后割開渣口法蘭與錐盤的焊縫，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工裝吊起，調(diào)整好渣口盤管上部與主盤管下直段的間隙，并將渣口法蘭水平找正，將渣口法蘭與錐盤焊接，之后完成渣口進出水管的焊接，并對渣口盤管進行整體水壓試驗。

（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)實際情況，在焊接完渣口法蘭之后即可進行。

（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，用吊車通過工裝將下降管在豎直方向吊起到激冷環(huán)底部，然后對下降管進行垂直找正，之后將下降管與激冷環(huán)進行焊接。

（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，封閉人孔。至此，縮徑后的新渣口更換工作完成。

參考文獻：

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

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