鄭鵬輝

（河南能源化工集團新疆投資控股有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

航天爐粉煤加壓氣化裝置是國內(nèi)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的粉煤加壓氣化裝置，由于其自動化程度高、連續(xù)運行周期長、資源利用率高、合成氣有效氣體成分高，已在煤化工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。航天爐作為煤制合成氣的核心設(shè)備，其安全穩(wěn)定運行決定著整個生產(chǎn)系統(tǒng)能否連續(xù)運行。

河南某航天爐粉煤加壓氣化裝置配套年產(chǎn)20萬t甲醇，10萬t二甲醚，在航天爐實際運行過程中，由于原料煤的供應(yīng)多變、氣化爐操作溫度控制不好、設(shè)備設(shè)計不合理等造成氣化爐化學(xué)反應(yīng)的變化和爐況的波動，進而引起航天爐渣口壓差高，制約著氣化爐的安全運行。本文分析了航天爐渣口壓差高的原因，并給出了相應(yīng)的解決措施和事故預(yù)防措施，以保證氣化爐的安全穩(wěn)定長期運行。

1 氣化爐結(jié)構(gòu)及工作原理

氣化爐由上部的燃燒室和下部的激冷室組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。加壓后的粉煤采用CO2或N2輸送至氣化爐燒嘴，與O2、蒸汽一同被燒嘴噴入燃燒室，在高溫、高壓下反應(yīng)生成粗合成氣。粗合成氣主要由H2O、H2和CO，少量其他組分(包括CO2、氯化物、硫化物、氮、氬和甲烷)以及液態(tài)爐渣和細固體顆粒組成。這些物質(zhì)離開燃燒室后，在重力及氣流的作用下向下經(jīng)過渣口及均布激冷水的激冷環(huán)后，沿下降管進入激冷室水浴，爐渣在水中固化并沉到氣化爐的底部，經(jīng)破渣機破碎后進入渣鎖斗，通過渣鎖斗間斷排至撈渣機后送出；粗合成氣經(jīng)水洗滌后，攜帶的大多數(shù)細顆粒留在了水里，同時粗合成氣也被水冷卻、飽和。冷卻后的粗合成氣向上通過下降管周圍的環(huán)形空間離開氣化爐，進入文丘里及合成氣洗滌系統(tǒng)進一步處理。

圖1 氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖

燃燒室采用表面覆蓋耐火材料的盤管式水冷壁結(jié)構(gòu)，在水冷壁和氣化爐壓力容器之間的環(huán)隙連續(xù)通入保護氣（高壓CO2或N2），氣化爐承壓外殼的溫度保持在200℃左右。水冷壁向火側(cè)有密集的抓釘，用來固定碳化硅耐火層，由于水冷壁具有冷卻作用，因此耐火層表面溫度低于灰渣的凝固溫度，且耐火層表面會形成穩(wěn)定的凝固渣層，對耐火層起到保護作用，達到以渣抗渣的目的；同時固化的渣層提供的保溫作用可將熱損失降到最低，因此冷煤氣效率較高，且合成氣中CO2的含量較低。

2 渣口壓差高的表現(xiàn)及影響

渣口壓差測點測的是氣化爐火檢測壓點和氣化爐合成氣出口管測壓點之間的壓差。正常渣口壓差在10 kPa～50 kPa，堵渣情況下會高于50 kPa。渣口壓差是渣口處壓差、下降管至出激冷室液面壓差、上升管環(huán)隙壓差、折流板至合成氣出口管線壓差之和，任意一處壓差增大，渣口壓差隨之增大，但正常生產(chǎn)中主要表現(xiàn)為渣口處壓差升高。

當(dāng)氣化爐渣口壓差高時，渣口壓差顯示儀表數(shù)值偏高并頻繁波動，且有升高趨勢；提高氧煤比時，氣體成分異常，即CO2含量偏低、CO含量偏高；渣樣偏少并帶玻璃絲；長時間壓差高還會導(dǎo)致氣化爐激冷室液位異常，即升高至50%以上，氣化爐激冷室去高壓閃蒸系統(tǒng)的黑水管線流量減少甚至管線被堵塞。

渣口壓差高時若及時調(diào)整處理，如降低氣化爐運行負荷，則可保證氣化爐的正常運行。若渣口壓差持續(xù)波動升高（合成氣出口堵塞影響除外），則渣口變小，氣流速度增快，夾帶的渣塊及渣絲會附著在下降管上，導(dǎo)致下降管水膜分布不均，致使下降管局部溫度過高進而變形，嚴重時還會被燒穿，此時大量高溫氣體不經(jīng)冷卻排出，會引起氣化爐合成氣出口溫度高高報警（240℃）并造成連鎖停車；有時未經(jīng)冷卻的少量高溫氣體和經(jīng)過激冷室冷卻的氣體混合后，溫度變化不大，達不到連鎖值，不會引起連鎖停車，但這些帶壓高溫氣體會不斷沖擊激冷室的外壁，如不及時發(fā)現(xiàn)處理最終會導(dǎo)致激冷室部分外壁鼓包變形，造成很大的經(jīng)濟損失。

3 渣口壓差高的原因分析及解決措施

3.1氣化爐操作溫度偏低

氣化爐的操作原則是在保證液態(tài)排渣的前提下，維持較低的操作溫度，一般高于灰熔點50℃～100℃。若灰熔點高、操作溫度偏低，則渣的流動性變差，在渣口處的黏度增大，并逐漸在渣口處凝結(jié)，長時間會造成渣口變小。正常運行時，渣口直徑大于合成氣出口管道直徑，但由于渣口逐漸變小，導(dǎo)致節(jié)流效應(yīng)增加，壓差逐漸變大。

處理時首先降低氣化爐負荷，減少氧量、煤量，降低氣化爐的氧煤比，同時可以降低灰渣量，進而降低渣口負擔(dān)。然后緩慢提高氧煤比，觀察渣口壓差和氣化爐爐膛溫度變化、盤管密度變化、氣體成分變化等，之后逐步提高爐溫，通過爐溫的提高和合成氣氣流的帶動，使渣口的渣熔化脫落，渣口壓差逐漸降低至正常。通過打開氣化爐放空閥降低氣化爐壓力，拉長火苗，使渣口處溫度升高，渣逐漸熔化脫落。

3.2煤質(zhì)變化

在實際生產(chǎn)中，因客觀原因需要調(diào)整煤種，但不同煤種的黏溫特性不同。若更換的新煤種的黏溫特性曲線彈性區(qū)間小，不易調(diào)整控制，在爐溫波動時，極易造成堵渣。處理時，一方面先降低氣化爐負荷，調(diào)整渣口壓差；另一方面盡快更換黏溫特性曲線平緩的煤種，待壓差調(diào)整至正常后，再逐漸將負荷調(diào)整至正常。

3.3渣口盤管損壞

渣口處盤管由于長時間受到磨損、腐蝕、應(yīng)力、燒蝕等，導(dǎo)致其產(chǎn)生裂紋或泄漏，汽包循環(huán)水由于壓差噴出，導(dǎo)致渣口處下落的渣急劇降溫而聚集，造成渣口堵塞。這時需停車檢查補漏或更換盤管。

3.4燒嘴設(shè)計制作不合理

燒嘴作為氣化爐的核心部件，其設(shè)計制作的好壞直接影響氣化爐運行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和安全性。設(shè)計制作不合理，會導(dǎo)致氣化爐實際運行過程中氣體流場偏流，局部溫度偏高或偏低，部分渣脫落或流動性差，進而在渣口處聚集。此種情況需要更換合適的燒嘴。

3.5粉煤燒嘴通道堵塞

粉煤管線中輸送的異物會導(dǎo)致粉煤燒嘴通道堵塞，引起氣化爐反應(yīng)區(qū)流場的改變，導(dǎo)致局部溫度偏高或偏低，進而造成部分渣流動性差并在渣口處聚集。處理時需要停車檢查并進行疏通或更換燒嘴。

3.6氣化爐氧負荷與爐壓不匹配

氣化爐的氧負荷和壓力有嚴格的對應(yīng)關(guān)系。在正常生產(chǎn)中，通常將氧流量控制在高于對應(yīng)氣化爐壓力的設(shè)計流量，以保證一定的氧流速和燒嘴火焰長度。若氧流量偏低、燒嘴火焰偏短，可能造成渣口處渣的流動性不好，進而堵塞渣口。處理時要適當(dāng)提高氧流量。

3.7下降管堵塞

進入激冷環(huán)的水流量不足、激冷水水質(zhì)不好、激冷環(huán)噴水環(huán)隙堵塞、激冷環(huán)損壞等會導(dǎo)致下降管水膜分布不均，進而可能導(dǎo)致渣在下降管內(nèi)壁上聚集并將其堵塞，造成渣口壓差升高。處理時需要立即停車，對下降管進行清理或更換。

3.8氣化爐合成氣出口堵塞

當(dāng)系統(tǒng)水質(zhì)偏差、氣體夾帶或合成氣出口沖洗水流量不足時，會導(dǎo)致氣化爐合成氣出口長時間積灰、積渣，進而堵塞，造成渣口壓差高。處理時應(yīng)停車進行檢查并疏通。

4 渣口壓差高的事故預(yù)防措施

4.1在氣化爐爐溫穩(wěn)定時，適當(dāng)減少煤量，緩慢提高氧煤比。當(dāng)渣口壓差高于50 kPa時，應(yīng)及時降低氣化爐負荷、待渣口壓差降低后，再緩慢提高爐溫。

4.2渣口縮小后，合成氣中的CO2含量會降低，因此在正常生產(chǎn)時可以通過合成氣中的CO2含量來預(yù)見性地判斷渣口的變化。

4.3在氣化爐滿負荷運行時，當(dāng)激冷室液位異常偏高時要及時分析原因，進一步確定設(shè)備是否異常。

4.4要特別注意甲烷含量的在線分析，控制好甲烷含量，保證爐溫所對應(yīng)的渣黏度在20 Pa·s左右。當(dāng)渣黏度過低時，氣化爐掛渣困難，嚴重時可導(dǎo)致盤管被燒壞；黏度過高時，爐壁掛渣過厚，極有可能導(dǎo)致氣化爐垮渣，造成氣化爐內(nèi)件損壞。

4.5監(jiān)控氣化爐去高壓閃蒸系統(tǒng)的黑水流量，如果黑水流量減少甚至歸零，氣化爐就存在積渣的可能，且積渣高度已經(jīng)接近下降管，為避免下降管堵塞，需要緊急停車處理。

4.6監(jiān)控氣化爐合成氣出口溫度，如果合成氣出口溫度較高，就存在激冷環(huán)堵塞、激冷水分布不均甚至激冷環(huán)損壞的可能；另外下降管損壞、合成氣不經(jīng)冷卻排出，也會導(dǎo)致合成氣出口溫度較高，遇到這種情況要及時停車處理。

4.7保證汽包蒸汽有少量放空，放空閥開度保持在10%以上，主盤管密度盡量控制在750 kg/m3～830 kg/m3，避免汽包壓力過低、產(chǎn)汽量過少、渣層過厚而引起垮渣等情況。

4.8監(jiān)控撈渣機和過濾機的灰渣量，并做好統(tǒng)計工作。如果灰渣量過大，可適當(dāng)降低氣化爐負荷，避免撈渣機和過濾機因超負荷運行而出現(xiàn)故障；如果灰渣量過少，則氣化爐激冷室內(nèi)有可能積渣，要及時進行處理，必要時可緊急停車。

4.9監(jiān)控爐膛溫度，當(dāng)溫度偏離指標時應(yīng)及時調(diào)整：要優(yōu)先采取減少氧量以降低氣化爐負荷的措施，避免氣化爐內(nèi)件燒壞事故的發(fā)生；現(xiàn)場要及時對氣化爐爐壁的溫度進行巡檢監(jiān)控，至少每隔1 h檢測一次，發(fā)現(xiàn)溫度異常時（高于200℃），要及時上報處理，必要時緊急停車。

5 結(jié) 語

航天爐渣口壓差高存在多方面的原因，一旦調(diào)整控制不好，會造成氣化爐負荷降低、后工段產(chǎn)量減少，嚴重時會造成氣化爐內(nèi)件損壞，甚至造成氣化爐外壁鼓包。一旦設(shè)備被損壞，將導(dǎo)致整個工段減負荷運行或停運，造成較大的經(jīng)濟損失。因此要做好日常管理，綜合考慮煤質(zhì)變化、燒嘴運行、系統(tǒng)參數(shù)控制等多種因素，發(fā)現(xiàn)異常時及時處理，防止問題擴大，以保證航天爐裝置及后工段的安全高效經(jīng)濟運行。