粉煤加压气化炉系统运行问题浅析

粉煤加压气化炉系统运行问题浅析

韦锦辉 ,王浩宇

安徽晋煤中能化工股份有限公司  安徽临泉  236400

中能公司目前使用的航天炉又名HT-L粉煤加压气化炉。航天炉的主要特点是具有较高的热效率（可达95%）和碳转化率（可达99%）；气化炉为水冷壁结构，能承受1500℃至1700℃的高温；对煤种要求低，可实现原料的本地化。粉煤气化技术的气化室炉体均为水冷壁/耐火材料复合结构,根据不同的炉型分为垂直管结构和盘管结构,利用管内的水或蒸汽强制冷却作用带走熔融炉渣的热量,使其附着在气化室内壁,在耐火材料表面形成稳定的固渣层一熔融层一流动层的热阻结构,使得在气化炉运行期间耐火材料不与高温熔渣直接接触,实现“以渣抗渣”的工艺,从而达到气化炉长寿命运行的目标。本文旨在将实际运行过程中存在的粉煤输送，激冷室液位异常，灰水处理等问题和应对解决方法进行剖析。

关键词：粉煤加压气化；航天炉；粉煤输送；激冷室液位异常；灰水处理

1、气化炉结构组成及作用

气化炉作为整套气化装置的重要设备，主要由两部分组成，分别是燃烧室和激冷室。工艺烧嘴将氧气、蒸汽和粉煤喷射至燃烧室内迅速雾化并发生部分氧化反应，反应放出大量热，生成以CO+H2为主要成分的粗合成气，在高温的作用下，煤中的灰分会变成液态的渣然后从燃烧室流入到激冷室内，粗合成气经过激冷室的初步除尘和降温后，粗煤气会和气化后的水蒸气一起离开气化炉激冷室，经过激冷降温后的灰渣可以通过排渣系统排出气化炉。

2、常见问题分析

2.1、粉煤输送不稳定，粉煤管线流量波动或出现断流。

2.2、气化炉渣口堵塞，激冷室易积灰导致液位过高或过低。

2.3、灰水系统处理难度大，水质不稳定。

3、针对以上三点问题逐条进行分析解决

3.1、粉煤输送不稳定，粉煤管线流量波动或出现断流。

3.1.1、原因分析：

3.1.1.1、伴热系统设计不合理，设备伴热效果差，粉煤容易板结堵塞粉煤调节阀，造成粉煤流量出现波动。

3.1.1.2、粉煤袋式过滤器顶部由于设计存在缺陷会造成雨水等进入粉煤系统设备影响伴热效果，从而导致粉煤结块，不利于粉煤的输送。

3.1.1.3、粉煤流量操作调节幅度较大，造成煤线波动。

3.1.1.4、粉煤纤维筛存在缺陷，筛板之间存在间隙，且长期运行后筛网容易破损。

3.1.2、解决方法：

3.1.2.1、针对此现状我们在储罐过滤器锥部四周各新增一路伴热，在一段时间内取得了一定的效果，储罐过滤器锥部没有出现堵塞的情况。

3.1.2.2、在装置的运行中发现阴雨天导致粉煤管线波动的频次会明显高于晴朗天，在通过对系统的仔细分析后发现粉煤袋式过滤器顶部设计存在缺陷，会导致雨水等进入设备保温层影响伴热效果，从而影响了粉煤的输送，针对这种情况我们在粉煤袋式过滤器的顶部增加了防雨檐，有效避免了雨水对伴热保温的影响。

3.1.2.3、对粉煤流量调节进行了调整，在主控制画面上增加了煤线流量设定调节微控制器，每次加减粉煤流量控制在0.05t/h,避免了人为操作对粉煤流量稳定的影响，也能够杜绝人为误操作情况的出现。

3.1.2.4、将粉煤纤维筛技改成了纤维自清理分离器。这种纤维分离器的筛身长，而且清理杂物的效果好，通过摆线针轮减速机减速后带动链条进行传动，转动较平稳，整体结构紧凑，运行噪音小。纤维分离器上部配备有喷吹系统，通过低压氮气的喷吹可把附在筛筒上的纤维吹落，以便于清理螺旋清理出去。改造过后的纤维筛可以在线进行检查，通过每日清理纤维筛废料箱，可以保证纤维筛运行周期由15天提升到30天以上，且内部杂物可彻底清理干净，有效避免了原煤研磨后的粉煤夹带的纤维杂物等进入到粉煤输送系统内部，有效保障了粉煤的洁净。

3.2、气化炉渣口堵塞，激冷室易积灰导致液位过高或过低。

3.2.1、原因分析及危害：

在系统负荷和补排水均一定的情况下，当出现激冷室内积灰严重，出现液位过高过低的现象及危害主要有以下几点：

(1)、激冷室内部积灰严重，液位失真会导致激冷室内的有效洗涤和气水分离空间变小，会造成激冷室内水量减少，有烧坏下降管的风险，高温合成气不经洗涤出气化炉，还会导致合成气出口管超温，损坏设备的风险。当激冷室内有效分离空间减小，合成气会随着黑水进入高闪而造成高闪超压，影响设备安全运行。

(2)、激冷室持续积灰到一定程度会进一步恶化，导致气化炉激冷室大量带水，造成气体流速变大，气化炉到碳洗塔之间的阻力变大。正常压差在0.15MPa左右，一般压差超过0.3MPa时对合成气出口弯头等管线冲刷严重，会造成合成气管壁变薄，流速快冲刷管道造成合成气管线磨损泄漏的风险。

（3）、一旦激冷室内部积灰严重，会导致从气化炉燃烧室出来的夹带着熔渣的合成气的洗涤效果变差，这样一来，大量的灰渣会几句堆积在下降管和上升管之间,进而影响气流通道的畅通，并且会造成堵塞。一旦上升管和下降管之间发生积灰严重时，容易增加合成气的流速，通过气化炉的合成气夹带大量的水液到洗涤塔内部，洗涤塔液位高，补水大幅减少。

（4）、当激冷室液位较低时，为了维持激冷室液位，避免出现意外，排水会被迫减少，进而造成激冷室内更严重的积灰。为了气化炉的安全运行，气化炉合成气出口温度过高以及激冷室液位过低等这些都被设置成安全跳车联锁。激冷室的液位过低时，会造成气化炉的合成气洗涤效果变差，进而导致合成气温度升高，合成气进入高闪造成高串低，激冷室液位过低触发联锁停车等风险。

（5）、一旦合成气中夹带着大量灰渣进入到洗涤塔以后,出洗涤塔的合成气清洁度无法有效保证, 也会影响到后工序的变换炉中催化剂的使用寿命,还会将洗涤塔和气化炉激冷水的水质变差恶化。当激冷水的水质恶化了以后，气化炉的激冷水管线和激冷水过滤器以及激冷环会加速结垢,进一步恶化气化炉系统的水质，缩短气化炉运行周期。

3.2.2、出现这一现象分析及应急处理：

如何避免再出现类似现象，在日常操作过程中我们要做到以下几点：

（1）、气化炉负荷应严格按照车间下达的规定操作负荷指标执行，控制合适的氧煤比，甲烷指标以煤种调整控制为准，确保炉温不会过低或过高，造成液位和渣口压差波动。

（2）、提前做好煤质分析，根据煤质分析报告及时调整煤种掺烧比例，科学进行煤种配比，保障工况稳定。

说明有部分合成气随着外排水进入高闪系统，造成高闪超压，此时要及时减少气化炉黑水外排，确保高闪压力正常。

（3）、在低压灰水能满足汽提塔补水需要的情况下，尽量加大锁斗冲洗水罐的补水量，适当增加排渣频次（半小时一次）；现场班长定期观察渣样情况，若出现渣中玻璃丝增多，渣量异常减少或增加等异常情况，气化炉合成气出口外壁温度变化情况，要及时联系中控班长调整工艺。

3.3、灰水系统处理难度大，水质不稳定。

3.3.1、原因分析：

3.3.1.1、灰水系统水质差，影响装置长周期运行

3.3.1.2、灰水系统循环量小，系统结垢加速

3.3.2、对策：

3.3.2.1、加强水质监控。定期对外来水质进行监控，确保低压、高压变换冷凝液等外来水质汽提合格后再送入气化；严格控制碱度+硬度≤20mmoL/L。

3.3.2.2、稳定好气化炉激冷室、洗涤塔黑水排量，通过大补大排来提高系统循环量，减少黑水中的积灰停留在设备系统内部时间，减少系统积灰结垢。

3.3.2.3、运行三台高压灰水泵，增加碳洗塔补水，进而加大碳洗塔和气化炉激冷室的循环量。三台泵的运行，有效的增加了循环水量，避免了高压灰水泵超负荷，稳定了装置的运行。

3.3.2.4、洗涤塔锥部增加高压冲洗水进行反冲，防止洗涤塔锥部黑水沉降堆积，通过冲洗水将洗涤塔内部黑水形成扰动，通过黑水管线排放到高压闪蒸罐内进行闪蒸分离，既回收了热量，还可以将黑水进行浓缩排放到沉降槽内进行二次处理。

4、运行现状

目前中能公司的航天炉一期可以连续运行超过200天，二期可以连续运行超过300天，三期连续运转超过640天，这些成绩的取得离不开所有航天人的摸索和付出。作为我国拥有自主产权的粉煤加压气化炉，航天炉拥有着广阔的发展前景，不断地探索和研究是进步的动力，同行业之间共同学习交流可以有效促进。

5、结束语

我国作为煤炭产能大国，煤炭应用较为广泛，其中应用在化工行业较多。化工行业作为人类生产生活和社会发展所需的最重要的行业之一，但在这些化工产品的生产过程，会与环境保护以及可持续发展发生冲突，如何避免以及提高利益是需要我们长期的研究和急需面对的问题。一旦频繁地进行检维修工作，装置运转就不能连续，不但会浪费大量人力物力，还会对环境造成不同程度的污染，只有装置的稳定运行，才能高效利用煤炭资源，提高全员生产力，提高公司生产产能。

6、参考文献：

[1]许祥静，刘军，煤炭气化工艺[J].化学工业出版社；2007；20-120。

[2]韩伟，童维风，航天炉黑水沉降系统项目技改及应用[J]，氮肥与合成气；上海化工研究院有限公司；2018015；65-66。

[3]王军伟，浅析航天炉激冷室气液固三相流态化失衡的诱发因素及技改方向，中氮肥；川化集团有限责任公司；全国中氮情报协作组；2019050；19-22。