四喷嘴气化炉炉渣的优化控制对策

四喷嘴气化炉炉渣的优化控制对策

孔令旗

兖矿鲁南化工有限公司山东滕州277500

摘要：因为四喷嘴气化炉炉渣含有较高的碳含量，导致气化效率和碳转化率相对较低，使得系统运行的成本相对较低。同时，灰渣中的残余碳含量也会对气化装置造成有利影响，导致系统运行中潜在安全问题增加，本文就四喷嘴气化炉炉渣的优化控制进行了探讨。

关键词：四喷嘴气化炉；炉渣；优化控制

前言

气化炉装置中温度相对较高，所以，当有氧气存在时，煤粉中的碳以及挥发分等主要是发生燃烧反应，当氧气全部消耗完以后，发生碳转化反应，此阶段也是气化阶段，所得产物主要为CO气体与H2气体。若灰渣之中的残碳量相对较多，说明较多的碳未能进行气化反应，这样不仅导致大量资源被浪费，也使得CO气体以及H2气体产物数量有所减少，会给企业带来一定的经济损失。

1水煤浆气化细渣的形成和特性

1.1水煤浆气化细渣的形成

水煤浆气化渣包括粗渣和细渣两部分。水煤浆气化是由水、煤以及添加剂按照一定比例形成浓度为60％￣65％的水煤浆与氧气在一定的压力、温度下生成CO、H2、CO2、CH4等主要成分的合成气。煤浆中的灰分、助溶剂在高温下形成熔渣沿气化炉壁流下，与激冷水接触冷却，迅速固化形成小颗粒，沉降于激冷室下部，随后进人锁渣罐，排人渣池，经过捞渣机捞出，即为粗渣。激冷室中的飞灰和细渣悬浮在激冷水中，随黑水排放进人黑水处理系统，最终经压滤机压滤形成黑水滤饼，即为细渣。

1.2水煤浆气化细渣的特性

气化细渣主要是炉顶飞灰，为细小颗粒，相对粗渣比较疏松，粒度一般在0.2mm，含水量40％￣50％，含碳量20％￣35％。

2气化装置灰渣残碳量高的具体原因

2.1气化炉炉膛温度较低

由于炉膛中温度相对较低，导致很多碳没有发生转化反应，使得灰渣之中碳含量相对较高。系统运行时激冷比为1∶1，废热锅炉装置的入口温度仅仅为550℃～580℃左右，但是气化炉炉膛的设计温度为650℃左右，而且在初合成气体之中二氧化碳气体所占比例仅仅不足5%，而其设计值为10%，说明了气化炉的炉膛温度相对较低，导致气化反应不完全，使得灰渣中残碳量增加。另外，渣层也非常厚，厚度值可达5cm左右，也从侧面证明了气化炉炉膛中的温度相对较低，导致煤粉不能完全反应，从而使灰渣中残碳量较高。

2.2煤粉计量不精确

在气化系统运行过程中，最为关键的是

应当严格控制氧煤比例，以确保气化炉装置之中的温度以及合成气成分的有效控制，保证以液态形式完成排渣工作。在对氧煤比进行控制时，其是在维持输送至气化炉炉膛之中氧气量固定情况下，采取调节煤粉数量的方法控制氧煤比，以对反应深度进行调节，确保气化炉装置中炉膛温度适宜，并保证气化效率得以提升。氧气的计量相对来说较易控制，也较为准确，不过，在进行煤粉计量过程中却存在较大误差，这将严重影响到炉膛温度以及煤气化效率。因为气化炉装置中烧嘴部件和径向的夹角值是4°，当煤粉颗粒经由一定的压力喷射到气化炉装置中，会受到高速氧化剂剪切以及雾化作用，从而出现交叉状的射流，最后以锥形射流形式逐渐朝着气化炉炉膛中心位置扩散，并且在中心形成切圆，烧嘴的根部位置会形成回流，这样更加有利于煤粉发生稳定的着火与燃烧，气化系统运行过程中，煤管中煤粉输送速率远远超出7m/s，导致煤粉停留时间相对较小，煤粉无法充分反应，而且炉膛之中反应介质速度场存在不均匀分布的问题，使得煤粉无法充分燃烧，煤粉气化的效率较低。在停炉查看之后发现，烧嘴部件的下方位置渣层厚度存在不均匀现象。

2.3烧嘴运行不够稳定

在气化系统之中，气化炉装置的烧嘴呈水平对称分布，这样能够确保煤粉以螺旋状上升，使得煤粉能够更为充分的燃烧。然而，气化系统中气化炉烧嘴的同时在线率却相对较低，使得炉膛之中气流出现不均匀的问题，存在严重的偏流现象，导致煤粉燃烧不够均匀，使灰渣中残碳量较高。

2.4氧气温度偏低

气化炉系统设计进炉氧气温度为180℃，但是，在气化系统运行过程中却未能加设氧气预热装置，使得火焰的中心温度偏高，导致气化炉中其余部位温度也相对较低，灰渣之中的残碳量也会随之增加。另外，由于氧气温度偏低，使得实际氧煤比出现偏低的问题。

3煤气化装置灰渣残碳量高的解决措施

3.1提升反应的温度值以及压力值

通过有效提升氧煤比能够显著增加气化炉炉膛之中温度值，从而加快煤气化反应的速率，以有利于正反应顺利进行。通过提升氧煤比还能够有效增加废气锅炉入口位置的烟气温度，会使得蒸汽产量有所增加。另外，通过提升气化炉装置压力值同样能够推动气化反应的进行，确保碳转化率进一步增加，气化反应的效率也会得到改善，从而使得灰渣中残碳量所有降低。

3.2保证煤线计量的精确性

重新对煤循环进行调整，确保全部煤线输送至气化炉中的燃煤数量保持一致，同时确保气化炉装置之中气流场能够保持均匀，精确控制单烧嘴氧煤比，使全部煤线均投入生产，保证负荷的一致性。这样便能够保证气化炉装置之中气流保持稳定，从而使煤粉能够和氧气更为充分接触，有利于燃烧效率和气化效率的进一步提升，从而确保灰渣中残碳量有所减少。

3.3增设氧气预热装置

通过增设氧气预热装置能够有效避免烧嘴部件发生腐蚀，确保烧嘴使用寿命显著增加，同时促使气化炉装置中反应温度的进一步提高，从而保证实际进入到气化炉之中的氧气量更为精准。

4水煤浆气化渣碳资源回收循环利用

4.1气化细渣碳回收资源化循环利用

水煤浆气化渣碳回收技术是利用水煤浆气化猹的残碳在带有夹套的流化床锅炉中燃烧，夹套产生高压蒸汽，燃烧后的烟气用废热锅炉产生低压蒸汽，碳回收后的气化细渣残碳脱除到2％以下，碳回收后的气化细渣可以达到一级粉煤灰的标准。

4.2气化细渣掺烧循环流化床锅炉循环利用

通常做法是将压滤机压滤后的湿基气化细

渣与燃料煤按照一定的比例进行掺烧，气化细渣掺烧比例一般占燃料的10％￣15％。气化细渣通过煤泥泵加压经管道输送进人循环流化床锅炉炉膛进行燃烧。实践证明，由于气化细渣含水量高，掺烧后对锅炉的运行会带来严重影响，如锅炉热效率降低、熄火、给煤管路堵塞等，以及掺烧气化细渣后锅炉飞灰量增加、省煤器磨损严重等问题的存在，阻碍了气化细渣在循环流化床锅炉上的应用。为了解决压滤机压滤后气化细渣含水量高，采用沉降离心机将压滤机后的气化细渣进一步脱水到30％以下，通过皮带运输机送至均料机加压输送进人锅炉，并对锅炉的输灰系统和炉膛等进行改造。掺烧后，得到一级粉煤灰，进行水泥生产，实现循环利用

结束语

通过上述技术改造，不仅有效节约了煤炭资源，还能确保壳牌煤气化系统更加安全与稳定的运行，同时拥有极为显著的经济效益以及社会效益。

参考文献：

[1]刘伟.壳牌煤气化工艺的可靠性分析和设计［J］.化肥设计，2017，55（5）：29-33.

[2]尚杰峰.气化煤质特性指标的检测对壳牌煤气化装置稳定运行的影响［J］.当代化工，2015，41（8）：837-840.