四喷嘴气化炉带灰原因分析及处理措施

孔令旗

兖矿鲁南化工有限公司山东滕州277500

摘要：渣口压差作为气化炉一项重要监控工艺指标，该指标反应气化炉压力与合成气出口压力之差。当该值升高时，应引起操作人员的注意，分析判断该值指示的是否为真实值，根据不同工况做出相应的工艺处理，保证气化装置的稳定运行。

关键词：渣口；压差；熔渣；措施

1前言

煤炭气化是以煤或焦煤为原料，通过化学反应将固体煤或焦煤中的可燃部分转化为气体燃料的化学过程。在众多煤炭利用方式里，煤炭气化因其较高的碳转化率和能量转化率，已经成为仅次于煤炭直接燃烧发电的使用量。煤炭气化技术不仅可以提高煤炭的利用率，还可以进一步提高燃料的安全性。

2煤炭气化技术的种类及其应用

按气固相间相互接触的方式不同，气化技术主要分为固定床气化技术、流化床气化技术和气流床气化技术等，每种气化技术都因其特有的技术特点具有各自的优缺点。

2.1固定床及移动床气化技术

该技术主要包括常压固定床气化、加压固定床气化。具有代表的炉型有两段炉、UGL型水煤气炉等。常压固定床气化技术主要在一些中小型化肥厂中使用，约生成中国合成氨产量的60%以上，但合成氨也会给工程的安全带来不利的因素，对钢材的腐蚀性较高，也会削弱设备的机械性能。随着新型煤气化技术的不断开发，该种炉型已经被发改委列为非鼓励技术。常压固定床气化技术未来的发展方向应不断提高自身的使用效率、减少污染。而加压固定气化技术相较上一种技术来说，其应用效果非常客观。其具有高气化效率、可使用较高灰分和高灰熔点的煤等优势特征，因此在大型煤化工制油、化工品等基地中，加压固定床气化技术得到广泛应用。

2.2流化床气化

由于流化床气化工艺可以使用小粒度块煤，煤种限制小，气化强度大，因此有较高的生产效率，降低生产成本。常见炉型主要有鲁奇炉、U-gas以及现在具有超高市场占有率的科达炉。流化床技术主要包括常压流化床技术和加压流化床技术。该种技术在中小煤化工厂以及氧化铝行业中具有较好的使用效果。其在生产燃料和合成氨等方面对煤的适应性较好。另外，该种技术预计将来在处理垃圾和生物质气化等领域将有新的增长点。但该技术在气化效率和碳转化率等方面还有待提升。而煤炭气化技术中加压流化床技术的应用取得了较高的效果。

2.3气流床气化

气流床气化技术气化强度大，能够气化多种煤种，甚至有工程案例可以直接气化焦炭、兰探，生产效率高，碳转化率高达99%，有效气含量高。气流床气化技术主要包括水煤浆进料及干粉进料两种方式。其中水煤浆进料技术是气流床技术中较为成熟的加压气化技术。但该技术的发展难题在于提高入炉水煤浆的浓度，提高耐火砖的利用率及节约投资成本。干粉进料的气化技术已在国外运行多年，目前该种技术主要气化褐煤合成甲醇。但气化炉投入运行之后，干粉气化技术也受到了许多的争执。目前争执的热点主要是采用废锅还是激冷流程来冷却煤气。可以先采用冷煤气循环、进废锅、陶瓷除尘器、水冷流程来实现，现在国内使用较多的气流床有壳牌炉、航天炉以及K-T炉等气化技术。

3几种导致渣口压差异常的情况

（1）由于渣口压差的取压方式采用的导压管取压，且气化炉燃烧室内存在水煤气（含有一定量的水蒸气），其会沿着取压口进入到导压管的管道，冷凝成液态水。由于有气体的流动，且导压管内有一定的冷凝水，所以渣口压差会升高且波动。（2）气化炉燃烧室通过下降管与激冷室相连接，该压差的取压点的位于合成气出口管线之上，即两者之间还有破泡条。激冷室内是气固液三相共存的，假如破泡条上部积灰严重也会对渣口压差生产影响，致使气化炉渣口压差升高。（3）合成气出口有一燕窝式的结构，用来阻挡细灰进入水煤气管线，但是还是会有部分细灰随着气流进入水煤气管线，长期积累便会附着在水煤气管线之上，导致取压口堵塞。由于负压室堵塞，导致渣口压差升高。以上介绍的均是渣口压差没有升高的情况，只是由于种种原因导致仪表误指示致使压差升高。发生以上几种工况时，操作人员不需要做任何调整，只需仪表对相关问题进行处理即可。气化炉渣口压差升高多发生在使用的煤种的煤质发生变化时，即煤的灰熔点升高。由于灰熔点升高，保持原有氧气流量不变的情况下，气化炉的操作温度降低，灰渣的粘温特性变差，灰渣在气化炉内流动受阻。由于气化炉炉壁上挂有大量的积渣，挂渣顺炉壁向下流动。渣口处的温度相比气化炉烧嘴处的温度比较低，熔融状态的渣在流经渣口时堆积在此处。随着时间的推移，渣量越积越多，气化炉渣口尺寸缩小，堆积渣厚度逐渐变大，气体在燃烧室内停留时间变长，单位时间内离开气化炉的气量减少，导致渣口压差测得的数值升高。

4应对措施

4.1原料煤的配比

近年来煤化工发展迅猛，适宜水煤浆气化所使用的原料煤价格逐步攀升。为了维持生产成本，许多企业在较为适宜煤气化使用的原料煤中添加部分性能较差的煤种，维持生产成本。但是相对劣质的煤并不能没有原则的随意添加。好多企业都因添加随意性导致气化装置被迫停车，造成经济损失。

4.2日常工艺操作

在日常生产中渣口压差要格外关注，但是由于操作工水平的差异，当系统出现异常情况并不能第一时间发现及第一时间进行处理。在渣口压差升高之前会有其他工艺指标会优于渣口压差提前出现。例如煤浆浓度的变化，由于高灰熔点的煤种中灰分含量的升高，且灰分的密度大于煤的密度，故此煤浆浓度会有一个较大幅度的升高。渣样的变化虽然略微滞后，但是其在生产中的指导意义也尤为重要。气化渣样作为气化反应的产物，其状态的变化对气化炉的操作具有指导意义。在煤种较为稳定的情况下，灰渣有部分圆球状的颗渣，易破碎，不易脏手，残炭含量较低，一般情况下这种渣尽可能不要控制太高，约20%较为可控。因此在日常生产中应关注装置经常使用的煤种，并做好渣样以及运行数据的收集工作，当出现异常时能够第一时间进行工艺调整，保证装置的运行在可控范围内。

4.3熔渣时的操作

在渣口压差升高后操作工进行升温熔渣操作，这个过程往往是一个漫长的过程，因为存在诸多的客观因素，并不能保证每次升温熔渣都可以使渣口压差恢复正常。在炉温的控制上都是高于灰熔点的50~100℃，但是这并不是一个准确的数字，因为化验室分析出的灰熔点和高温热偶的指示有一定的误差。特别是在气化炉负荷较低时运行，在当气化炉的操作温度过低时很难在渣口压差上有所体现，反而是渣样第一时间出现异常。因此在当渣口压差波动的幅度超过±0.02MPa时应当引起足够重视。当渣口压差升高，进行提温熔渣操作，必须基于渣样的形态，同时也要综合考虑高温热偶的指示进行调整。一般增加~80Nm3氧气，炉温变化~10℃，CH4变化~100×10-6。但是随着炉温的升高CH4和炉温之间的关系也会发生变化，特别是CH4＜200×10-6以后，CH4每变化几十ppm，炉温就有可能变化10℃。但是当CH4＜200×10-6时，对应的炉温也几乎达到1400℃。

5结束语

渣口压差指示作为一项重要的工艺指标，在生产过程中应密切注意其变化，当其出现异常时，能够结合相关数据，进行综合分析、判断，确保在第一时间进行有效的工艺处理。如果需要进行升温熔渣操作，更要严格控制升温速率，切记出现短时间大幅度调整，造成无法挽回的后果。

参考文献：

[1]王珂珮，袁厅厅．煤化工气化工艺的发展分析［Ｊ］．化工设计通讯，２０１８（３）：１０．