氣化爐爐壁超溫現象影響因素及優化措施

趙學圣 楊曉丹

*通訊作者：趙學圣，1990年1月，男，漢族，內蒙古烏蘭察布人，就職于內蒙古伊東九鼎化工有限責任公司工藝工程師，助理工程師，大專。研究方向：煤氣化和氣體凈化。

摘要：氣化爐爐壁超溫現象經常發生，對氣化生產極為不利，甚至可能導致緊急停車并檢修。通過對氣化爐加減負荷頻率、煤質與配比、氣化工藝控制、耐火材料和筑爐質量以及安全儀表系統的改進等方面進行分析，總結了多噴嘴氣化爐使用過程中爐壁存在的一些問題，并對其進行提出了幾項措施。

關鍵詞：氣化爐;超溫現象;工藝控制;筑爐質量;管控措施

一、引言

多噴嘴水煤漿氣化技術是一種以水煤漿和氧氣為原料的加壓氣流床氣化工藝，屬于濕法加料、液態排渣的加壓氣化技術[1-2]。恒力石化（大連）煉化有限公司2000萬噸/年煉化一體化項目制氫裝置多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置工藝技術采用華東理工大學自主知識產權的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術，裝置建設六套多噴嘴水煤漿加壓氣化爐，氣化爐直徑3.88m，運行模式為5開1備。

該氣化爐設計壓力7.15MPa，操作壓力6.5MPa，設計溫度≤1350℃，操作溫度≤1300℃，氣化爐單爐投煤量3000t/d（ad），單爐具備20萬Nm3/h有效氣的生產能力。氣化爐爐壁超溫現象時常發生，尤其夏季更為突出，因此需要對氣化爐爐壁超溫現象進行分析，查明原因以期降低爐壁超溫對氣化生產的影響[3]。

二、氣化爐加減負荷頻率對爐壁的影響

目前由于配合后續系統氫氣的需要量，需要經常調整氣化爐負荷，導致爐內溫度變化頻繁。首先，在加減負荷過程中爐溫波動大，造成爐壁溫度超溫;其次，爐溫的劇烈變化也會加重對爐磚的損害，且爐內的壓力也會隨之變化，導致爐磚產生裂縫，進而造成氣化爐爐磚串氣。

所以，在無法改變氣化爐負荷加減頻率的前提下，對加減負荷操作提出了少量多次的要求。增加負荷時，先增加煤漿流量后加氧氣流量;減少負荷時，先減少氧氣流量后減少煤漿流量。在加減負荷時，氣化爐溫度作為主要控制指標，合成氣成分作為參考。

三、質變化對爐壁的影響

在氣化生產過程中，原料煤配比經常進行調整，由于受原料運輸和場地等因素，三種原煤會經常調整配比。配比變化導致灰熔點改變，氣化爐溫度控制也需要隨之改變。如果操作人員對氣化參數不能及時進行調整，在原料煤灰熔點變低的情況下，會造成爐溫過高而引起爐壁超溫。同樣，原料煤中的灰分變化及煤灰黏溫特性的改變，也會對爐溫和爐壁的掛渣情況產生影響。所以在原料煤配比發生變化時，要及時了解煤質分析結果和系統運行情況，查看爐溫、渣口壓差及合成氣成分等指標，作出合理調整[4]。

四、氣化工藝控制對爐壁的影響

由于多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化爐采用兩對燒嘴對噴，所以要保證每個燒嘴中進入氣化爐內的氧流量、煤漿流量及中心氧比例保持一致，保證氣化對撞區域在爐內中心。若單個燒嘴的氧流量及煤漿流量發生變化，勢必造成反應區域發生改變，從而造成氣化爐爐壁局部超溫。

氣化爐燒嘴壓差不一致或波動頻繁，會導致霧化角度發生改變。燒嘴持續低壓差運行，則會進一步損壞燒嘴周圍的耐火磚。反之則會導致煤漿流量變快，火焰會向低壓差一側的燒嘴偏移。燒嘴壓差頻繁波動導致系統壓力和氧煤比波動較大，造成爐溫變化較大，也使爐內反應區發生改變，導致局部爐壁溫度超溫。在運行中，要嚴格監控燒嘴壓差和燒嘴周邊壁溫[5]。

高度關注氣化運行參數及數據分析結果并及時作出調整是氣化裝置長周期穩定運行的關鍵。隨著工藝控制要求的提高，對操作人員的專業技能要求也在提高，在指標稍微變化的同時能夠立即發現并及時將相關操作參數調整到最佳狀態，保證氣化爐的穩定運行。

五、耐火磚材料及筑爐質量對氣化爐爐壁的影響

（一）對耐火材料質量要求

耐火磚的選型應滿足強度高、化學指標合格以及材質均勻的要求，當耐火材料不合格時，會導致以下情況發生。

1. 耐火磚強度小、抗沖刷性差，會導致在高溫高壓下發生破碎，在高強度的沖刷下爐壁變薄。

2. 耐火磚化學指標不合格，雜質含量高，導致使用壽命低。如耐火磚中SiO2含量高，在氣化過程中會與爐內氫氣和水蒸氣發生反應，生成氣態產物從磚中溢出，進而破壞了耐火磚的原始結構，加速了耐火磚損毀。

3. 耐火磚材質不均勻，表面裂紋較多、較大，在氣化過程中，爐渣對耐火磚侵蝕滲透較為嚴重，易造成耐火磚剝落。

綜上所述，氣化爐爐磚的選型尤為重要。選用抗侵蝕性能強、熱震穩定性好以及塑性好的耐火磚，可經受高溫下腐蝕性氣體侵蝕且不因形變而坍塌，能有效降低耐火磚對氣化爐爐壁的不利影響[6]。

（二）筑爐質量要求

氣化爐砌筑時，應嚴把砌筑質量關，避免出現以下情況。

1. 避免灰縫過大、過小或重縫現象出現，保證氣化爐襯體的環向水平度、縱向垂直度等符合要求。砌筑過程中，灰縫控制不當，在烘爐乃至使用過程中，會導致耐火磚局部應力集中，表面產生裂紋，造成竄氣等情況發生，引起爐殼超溫。

2. 砌筑過程中，若環向水平度不達標，也會造成局部應力集中，產生裂紋;若爐體垂直度不合格，如有凸起等，會造成爐磚沖刷嚴重。

3. 若砌筑的耐火磚中心線與爐體中心線不重合，會導致燒嘴偏噴，造成筒體底部耐火磚沖刷嚴重。

4. 錐底砌筑有重縫情況下，易造成灰縫沖刷嚴重，爐磚損壞加速;若砌筑中使用破損的高鉻磚，如工作面掉腳，也易造成耐火磚損壞加速。

烘爐過程中，應嚴格按照供貨廠家提供的烘爐控溫曲線進行烘爐。氣化爐開停車時應按照投料曲線及降溫曲線進行操作[7]。

本公司以安全生產為企業的第一要素，必須保證安全生產，實行綜合砌爐，實現爐襯壽命的最大化，降低耐火材料消耗。在節約生產成本的前提下進行擴容，提高氣化爐生產能力。同時，對爐磚厚度進行了調整。調整厚度后的爐磚，隔熱效果也發生相應的變化，所以要保證煤質、灰熔點及灰渣流動性的穩定，營造良好的掛渣效果。

另外，失控的激冷室液位或燒嘴冷卻水泄漏造成的激冷、停爐后降溫過快或投料不當引起的降溫過快，都會使耐火磚內部應力集中而產生裂紋，甚至損毀。尤其是在停車時，要控制好氣化爐液位。

六、安全儀表系統（SIS）改進及對爐壁溫度進行有效管控措施

為避免爐壁溫度突然升高，操作人員不能及時發現或操作現象發生，需要在SIS中選取爐壁幾個重要測量點作為停車聯鎖的條件之一，保證設備和人員的安全。

當巡檢人員發現爐壁溫度超過280℃，操作人員應立即用兩個測溫儀進行現場確認，處理時各崗位操作人員要嚴格按照操作規程進行操作，值班班長要立即匯報車間值班領導及生產調度，并密切關注事態的發展情況，并根據具體情況采取如下措施。

1. 局部溫度超過300℃，班組每半小時對超溫部位測溫一次，并做好記錄，如有溫度上升須及時匯報車間及調度，測量溫度并與中控對比，達到350℃時緊急停車。

2. 大面積溫度超過300℃，向車間及調度匯報，適當降低氣化爐負荷及爐溫。耐火磚變薄引起氣化爐爐壁超溫，氣化爐停車更換耐火磚。耐火磚磚縫竄氣或耐火磚局部脫落引起氣化爐爐壁超溫，需停車處理。工藝燒嘴偏噴，氣化爐內偏燒引起爐壁超溫，需停車處理。

3. 爐壁溫度操作350℃，班組采取緊急停車，停車處理步驟按操作規程執行。

七、結語

氣化爐爐壁超溫現象原因多種多樣，在氣化爐運行過程中需要注意盡量避免頻繁開停車，保證操作壓力、溫度、負荷等參數穩定;盡量避免氣化爐超負荷運行;氣化爐維修時應選擇合理的施工方法，以盡量降低維修過程對耐火磚的損壞;烘爐時嚴格按照廠家提供的控溫曲線進行操作;選用合適的原料煤及配比，保證入爐原料質量穩定，并選擇氣化爐最佳操作溫度。優化氣化爐運行系統，降低氣化爐爐壁超溫造成的不利影響，才能夠實現氣化爐裝置的長周期穩定運行。

參考文獻：

[1] 蔣甲金，宋羽，路文學，李磊.多噴嘴對置式水煤漿氣化技術及其優越性[J].化學工程與裝備， 2011（2）：108-109.

[2]孔德升，馮國印，張穎.多噴嘴水煤漿氣化工藝技改小結[J].化肥設計， 2015（02）：41-43.

[3]杜永法.德士古氣化爐爐壁超溫的對策[J].大氮肥， 2006，29（004）：227-230.

[4]王瑞龍.煤質變化對魯奇爐平穩運行的影響及對策[J].化工管理， 2015，000（015）：39-39.

[5] 孔德升，宋兆龍，李露，杜泉.水煤漿氣化爐工藝燒嘴霧化性能的影響因素分析[J].化肥工業， 2016（43）：34-36.

[6] 孔德升，孫化祥，李福文.延長耐火磚壽命的探索與研究[J].小氮肥，2013，v.41;No.551（11）：3-4.

[7] 徐延梅.水煤漿氣化爐關鍵部件的改進研究[D].山東大學.