多噴嘴對置式廢鍋-激冷流程氣化爐運行分析

呂 斌

（兗州煤業榆林能化公司，陜西榆林 719000）

兗州煤業榆林能化公司二期年產50萬t煤制DMMn項目，煤氣化技術選用具有自主知識產權的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術，開展單臺日處理煤2 000t級的多噴嘴對置式廢鍋-激冷流程水煤漿氣化技術工業示范。2020年12月10日，半廢鍋氣化爐一次性投料成功，副產9.8MPa蒸汽量達設計指標 100t/h，成功拖動10MW余熱發電機組運行。至2021年11月底共運行4次，運行周期分別為12d、27d、71d、69d，年累積運行時間達4 300h。

1 廢鍋-激冷流程氣化爐流程簡介

1.1 廢鍋-激冷流程氣化爐流程

廢鍋-激冷流程氣化爐在燃燒室和激冷室之間設置了輻射廢鍋段，通過輻射傳熱為合成氣和熔渣降溫并副產高壓飽和蒸汽。出燃燒室的高溫合成氣及熔渣，先進入輻射廢鍋，通過輻射傳熱產生高溫高壓飽和蒸汽，使合成氣溫度降低，熔渣凝固，溫度降低，然后合成氣進入洗滌冷卻室進一步降溫、水洗。輻射廢鍋的工質采用自然循環，配套設置1臺廢鍋汽包。出輻射廢鍋的粗合成氣與灰渣并流向下，穿過洗滌冷卻水分布環，沿洗滌冷卻管進入洗滌冷卻室的水浴中。

1.2 廢鍋-汽包流程

高壓鍋爐給水泵送來的高壓鍋爐給水一路分兩支分別進入輻射廢鍋段上部水冷器及下部冷卻器作為冷卻水，回水直接進入汽包中部。另一路經液位控制閥控制流量，進入汽包，經四路下降管，鍋爐水每路分出一支共四支進入主體水冷壁，四路鍋爐水每路再分出兩支共八支進入鰭片輻射屏，與高溫水煤氣進行充分換熱，鍋爐水換熱后形成的高溫高壓汽水混合物再匯合成四路進入汽包中部匯流箱。副產高壓飽和蒸汽送至蒸汽過熱單元。在蒸汽不合格期間，蒸汽經蒸汽排放閥放空。

2 主要運行指標

主要運行指標見表1。

表1 半廢鍋氣化爐主要運行指標

3 氣化爐操作

3.1 操作溫度控制

半廢鍋氣化爐溫度測點除氣化爐爐膛溫度、氣化爐托磚板溫度等，另外新增氣化爐廢鍋段爐壁表面溫度、輻射廢鍋環隙溫度、氣化爐廢鍋段爐壁表面溫度、輻射廢鍋汽包氣相溫度等。

（1）氣化爐上、下安裝兩支新高溫熱偶，確保熱偶指示準確性，正常運行重點參考下部熱偶指示，控制該點溫度高于煤漿灰熔點100～120℃，通過氧煤比、煤氣CH4含量變化調整氣化爐爐溫。

（2）氣化爐原始投料后，升壓升溫期間，汽包的升溫速率低于1.5℃/min，控制汽包上下溫差＜50℃，如溫差接近50℃應暫停升壓，并進行定期排污，增大水循環，待溫差穩定后再繼續升壓。

（3）不同于激冷流程氣化爐，半廢鍋氣化爐燃燒室支撐板處無噴淋水，因此支撐板溫度測點達370℃。運行期間需關注水冷壁環隙溫度變化，溫度出現上漲時適當增大新鮮氣量，增加上水冷器鍋爐水流量。支撐板溫度上漲至390℃或水冷壁環隙溫度到330℃呈持續上漲趨勢時，氣化爐緊急停車。

3.2 操作壓力控制

半廢鍋氣化爐有燃燒室及水冷壁下渣口兩個渣口，兩個渣口均存在堵渣風險。水冷壁為非承壓設備，因此半廢鍋氣化爐設有多處壓力及壓差測點。后期運行期間，為了更直觀地反映渣口運行情況，又新增計算壓差（見表2）。

表2 半廢鍋氣化爐主要壓力測點

3.3 激冷水量控制

半廢鍋氣化爐水冷壁段拿走了水煤氣中顯熱，設計出廢鍋段煤氣溫度為800℃，激冷水量設計較激冷流程氣化爐低。運行期間發現氣化爐煤氣出口壓力與旋風分離器煤氣出口壓力差值逐漸增大，運行一個周期后半廢鍋氣化爐停爐檢修期間，煤氣管道進旋風分離器前混合器堵塞較嚴重。判斷運行期間激冷水量低，導致水煤氣帶灰所致。

黑水循環泵正常流量255m3/h，額定流量300m3/h，電機額定電流322.8A。為減少水煤氣帶灰，保證運行黑水循環泵電流在300A以上，通過控制氣化爐黑水排放量，保持氣化爐輕微帶水操作。備用黑水循環泵掛自啟動，事故激冷水聯鎖正常投用，氣化爐液位聯鎖正常投用。

3.4 熱電高加退出后氣化爐操作

對兩次高加退出前后進行數據收集，從表3看出：高壓鍋爐水水溫降幅達40℃；汽包副產蒸汽量，前期降幅大，后期運行水冷壁及輻射屏積灰積渣，降幅小；上下水冷器回水溫度降幅達40℃。

表3 高加退出后氣化爐汽包補水及副產蒸汽變化

（1）正常運行期間，上渣口水冷器流量約為22m3/h，下渣口水冷器流量約為20m3/h，熱電高加退出檢修前，適當降低上渣口水冷器流量至18m3/h，下渣口水冷器流量約為15m3/h，調整期間注意回水溫度及氣化爐支撐板及環隙溫度變化，流量控制以上述溫度測點不超正常值為準。

（2）控制汽包操作壓力在9.0MPa以上，以汽包壓力調節閥開度不小于6%為準。

（3）鍋爐給水溫度調整應緩慢。高加恢復后，注意汽包副產蒸汽量、上下渣口水冷器回水溫度等指標變化情況。

（4）當指標出現異常時，關注鎖斗排渣。鎖斗循環泵流量按指標上限進行控制，出現堵渣時加大循環量，開啟備用泵同時運行。

4 氣化爐檢修總結

1）氣化爐累積4次運行，其中三次停爐是因為密封竄氣所致。導致密封竄氣原因為下渣口堵造成燃燒室壓力瞬間增大，上下渣口水冷器密封面破壞。通過加大甲醇合成新鮮氣量及降低負荷調整均無效，高溫水煤氣在環隙形成通道，低溫合成新鮮氣無法滿足密封保護作用。隨著運行后期，水冷壁及輻射屏積灰掛渣，水冷壁換熱效果變差，高溫合成氣經換熱后溫降變低，即渣口處煤氣溫度越來越高，煤氣中熔渣隨溫度升高出現黏性，在下渣口坡段出現堆積，當出現壓力大幅波動或者堆積達到極限時出現“滑坡”現象造成渣口堵塞。

2）表4為水冷壁及輻射屏積灰層測量數據。此次內部檢查總結如下：①水冷壁及輻射屏先積灰后積渣。②水冷壁東、南兩側積渣嚴重，出現渣層大面積脫落現象。③輻射屏中上部10～20m積渣最厚。④19m高度開始，灰層中出現硬渣。

5 結束語

作為第一套多噴嘴對置式廢鍋-激冷流程氣化爐，運行一年期間，達到了設計本要求，實現了安全、穩定、滿負荷、優質運行。但是，水冷的積灰和掛渣，影響換熱效率，副產蒸汽衰減；隨著水冷壁積灰和掛渣，水煤氣換熱效率降低，熔渣經過水冷壁換熱后無法固化，在水冷壁下渣口出現積渣，極易造成下渣口堵塞；氣化爐設計激冷水流量低，水煤氣帶灰現象較嚴重，運行期間混合器前后壓差偏高等問題仍需在今后的實際生產中摸索解決。