四喷嘴水煤浆气化炉结渣及其预防措施

四喷嘴水煤浆气化炉结渣及其预防措施

陈靖

兖矿鲁南化工有限公司山东滕州277599

摘要：四喷嘴虽然气化炉虽然具有许多优秀的技术条件，但四喷嘴煤水煤浆气化炉结渣严重，气化炉激冷壁上粘渣垢的清洗是很困难的。气化炉结渣现象与粉煤灰中的矿物密切相关。本文就此展开了探讨。

关键词：四喷嘴；水煤浆；气化炉；结渣；预防

前言

据统计，公司全年因堵渣造成单台气化炉切气或停车多次，给公司的运营造成严重影响和带来重大的经济损失。虽然公司（针对不达标的原料煤）采取了截仓处理及提高炉温、降低负荷、不定期倒炉等应对措施，但终因渣堵严重，气化炉无法继续运行，气化装置被迫停车处理。公司开始认识到气化用煤灰渣粘温特性的重要性，并逐步以原料煤粘温特性为主导因素，严格把控入厂气化用煤质量，并尝试配煤试烧，经过不断摸索、总结，气化炉工况趋于稳定，基本杜绝了堵渣现象，目前公司双炉（3台气化炉，两开一备）双系统（合成氨－尿素系统、甲醇系统）实现了安全、稳定、长周期运行，多喷嘴水煤浆加压气化技术工艺可靠、技术先进的优点得到了体现。

1多喷嘴对置式水煤浆气化炉结渣的分类

（1）气化炉激冷室堵渣主要是由于激冷后的大块炉渣不能顺利进入锁斗而出现堵渣现象。在激冷室堵渣后，需在系统停车降温后进入气化炉激冷室进行清渣。

（2）气化炉下降管堵渣主要是指渣在流动过程中粘结在下降管上，致使下降管挂渣，导致合成气偏流或下降管烧穿。在下降管堵渣后需在系统停车降温后进入气化炉燃烧室进行人工清理；

（3）渣口结渣是指渣口变小，渣口压差变大，使燃烧室的灰渣无法顺利排出，从而影响炉膛压力、炉壁超温以及合成气的产出。

（4）挂渣主要包括熔渣、飞灰渣、水、合成气以一种胶融状态逐渐附着到下降管内壁、气化炉炉壁之间形成挂渣而堵塞气体通道，影响气化炉的液位。发生气化炉下降管内壁挂渣、下降管外挂渣、气化炉炉壁之间挂渣等。

（5）气化炉耐火砖腐蚀主要是指气化炉燃烧室温度以及高灰熔融度煤影响气化炉高负荷安全运行同时耐火砖腐蚀增大。如下降管被烧穿还需更换下降管。

2气化炉堵渣的原因

水煤浆与纯氧在气化炉内反应，其灰渣呈熔融状态沿气化炉内壁流向渣口，若渣口处温度能够使灰渣处于较好的流动状态（即该温度下灰渣的粘度适当、流动性好），气化炉则能正常排渣；反之，灰渣的流动性差，不能顺畅流动，就会在气化炉渣口处形成积渣，并伴随气化炉渣口压差上升，这便是气化炉堵渣的原因。通常认为，气化炉正常操作温度控制在1200～1350℃，即一般高于原料煤灰熔点50～100℃，这是业内及文献中最常见的说法，在此温度区间操作就能够保证气化炉下渣顺畅，确保气化炉的安全、稳定运行。但实际生产中情况千差万别，我公司的情况就并非如此。我公司在气化炉投运初期，其操作指导方针是：气化炉炉膛温度高于气化煤灰熔点50～100℃，气化炉正常操作温度控制在1200～1350℃。在这样的操作指导方针下，我公司气化炉的实际运行情况却是运行周期短、耐火砖侵蚀严重，易发生气化炉排渣不畅、下降管烧穿等事故。可以看出，原料煤灰熔点波动频繁且幅度较大，波动幅度最高达60℃，如果炉况调整不及时，必定导致气化炉出现问题。煤的灰熔点只是表征此时灰渣处于熔融状态，并不能说明其具有较好的流动性，或者气化炉操作温度再升高50～100℃，灰渣就具有较好的流动性。

3预防措施

3.1炉温上限的确定

依据煤灰的粘温特性曲线，我公司气化炉操作温度高限一般定为T3+T损，且操作温度高限还必须小于1400℃，这是考虑到炉内耐火砖的使用寿命。经验表明，气化炉操作温度每升高100℃，耐火砖损坏率会增加3～4倍，且在较高温度下灰渣粘度非常小，流动性极好，会导致耐火砖表面无挂渣，不能形成有效的保护层，耐火砖直接接触高温气体，侵蚀和剥落加剧，对耐火砖十分不利，其使用寿命将明显缩短。现场经验和实验室测试均表明，当操作温度与特定的灰渣粘度相匹配时，耐火砖使用寿命最长。此外，气化炉操作温度高，还会造成有效气成分偏低、比煤耗和比氧耗偏高、灰水药剂消耗量增大。

3.2炉温下限的确定

炉温下限的确定，主要是为了确保气化炉能够顺畅排渣，应视煤质情况予以确定。依据煤灰的粘温特性曲线，我公司气化炉操作温度下限一般定为T25+T损。此外，一般来说，气化炉操作温度下限要高于煤的灰熔点，并且保证其灰渣具有一定的流动性，以便能够顺利排渣。因此，气化炉只有在煤灰最佳粘度对应的温度范围内操作，炉砖表面才能形成一定厚度的灰渣保护层，既延长耐火砖的使用寿命又不堵塞渣口。

3.3气化炉操作弹性

由于煤形成的条件不同，即使同一地区出产的原料煤，其性质也不是完全相同的，这样一来，在确定气化用煤最佳操作温度时要有一定的弹性，从而提高气化炉抗风险的能力。我公司以实验室数据为基础，在长期的实际生产中得到较为实用的经验数据是：灰渣的粘度与气化炉操作温度呈负相关，即温度越高灰渣的粘度越小，对于多喷嘴水煤浆气化炉（液态排渣）而言，可操作温度最大控制范围应满足灰渣粘度在3～25Pa•s内，温度区间越大，气化炉的可操作范围越宽。我公司在保证气化炉能够顺利排渣的情况下，选择气化炉操作弹性区间为T3－T25≥30℃。灰渣的粘温特性是确定液态排渣气化炉操作温度的重要参数，但需要补充一点的是，煤的灰熔点低，不一定其粘温特性曲线就好；此外，通常而言的气化炉正常操作温度一般高于煤灰熔点50～100℃的说法也是不准确的。

结束语

四喷嘴水煤浆气化炉，碳转化率高、污染消耗低、运行周期长，已迅速成为煤化工行业技术之一。在生产过程中应尽量避免煤质波动而造成气化炉停车，科学性调节配煤和煤浆浓度，以保证生产工艺正常进行。结合实际运行经验，剖析堵渣原因，认为气化炉堵渣与否与灰渣粘度有直接的关系，故以煤灰粘温特性作为原料煤选煤依据和气化炉操作温度指征，同时考虑煤的灰熔点、灰分、挥发分、内水含量等指标及其成浆性，逐渐摸索出适合多喷嘴水煤浆气化炉的煤种及配煤比例，严格把控原料煤煤质，合理确定气化炉操作温度及操作弹性范围，并优化气化装置及后系统操作，实现了整个生产系统的稳定、高效、长周期运行。

参考文献：

[1]者有强，郑和虎.煤质特性对四喷嘴对置式水煤浆气化炉的影响[J].工程技术：全文版，2016（11）：298.

[2]杨忠灿，刘家利，何红光.新疆准东煤特性研究及其锅炉选型[J].热力发电，2017，39（8）：38-40.