固定層造氣爐在運行中的主要影響因素及改進措施

沈東新

（大慶油田牡丹江新能源有限責任公司，黑龍江 大慶 163411）

固定層造氣爐在運行中的主要影響因素及改進措施

沈東新

（大慶油田牡丹江新能源有限責任公司，黑龍江 大慶 163411）

對造氣爐內結塊、結疤嚴重、火層上移、爐內單點溫度升高等情況的主要影響因素進行分析研究，并采取了相應的改進措施，取得了較好的效果。

造氣爐；焦炭；水夾套；火層；問題

大慶油田化工有限公司醋酸裝置使用的固定層造氣爐，是以二級冶金焦為原料，以純氧和二氧化碳為氣化劑，經過碳的氧化還原反應制得含一氧化碳～68%（V）粗原料氣。在運行過程中出現了爐內結塊、結疤嚴重，火層上移，爐內單點溫度升高等一系列的問題，筆者根據造氣爐運行的實際情況，通過分析、總結，找出了問題的主要影響因素。

1　固定層造氣爐運行原理

固定層造氣爐底部有爐篦裝置，燃料由上端加入，而氣化劑由下端鼓入，燃料與氣化劑逆向移動，在氣化層內進行反應，燃料自上而下移動時，發生一系列物理和化學變化，共分為5層，分別為干燥層、干餾層、還原層、氧化層及灰渣層，造氣爐簡圖見圖1。（1）干燥層：在燃料層的頂部，新補充的燃料與熱的煤氣接觸，使燃料中的水分蒸發。（2）干餾層：溫度比干燥層稍高，燃料發生熱分解，放出揮發份及其它熱分解產物；（3）還原層：熾熱的原料在還原層中與氣化劑中的二氧化碳氣發生還原反應，生成CO氣；（4）氧化層：溫度最高的區域，熾熱的焦炭被氣化劑中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳，并放出大量的熱量，還原層中的熱化學反應所需的熱量以此來維持；（5）灰渣層：氣化后爐渣所形成的灰層，它能預熱和均勻分布自爐底進入的氣化劑、并起著保護爐條和灰盤的作用。

圖1　造氣爐簡圖

2　原料焦炭性質的影響

2.1焦炭的灰融點

造氣爐按原設計條件，入爐混合氣量為2 600 m3/h，氧碳比為0.43～0.54，氣化層溫度在1 300℃左右，所使用原料焦的灰融點≥1 420℃，氣化層溫度始終低于灰融點溫度操作。

造氣爐在使用本地焦炭時，由于本地焦炭灰融點較低，通常為1 350～1 380℃。造氣爐實際氣化層溫度較高，通常在1 350～1 400℃。造氣爐操作溫度高于焦炭灰融點，導致了造氣爐內結塊、結疤嚴重，火層上移，爐內單點溫度升高，不易控制，從而造成了以下一系列的問題：排渣困難、局部灰渣層厚、火層偏移，炭層布風不均，容易出現爐壁結疤，爐外壁串氣以至燒壞筒體。即使輔助人工扒渣、扒塊也不能完全扭轉造氣爐工部惡化的局面，另外給操作工帶來的困難是每班停爐扒塊頻次高，高時達10次之多，勞動強度大，而且增加了人員的操作危險性。

在控制造氣爐溫度上做了大量的試驗。造氣爐剛開始運行時，氧碳比定為0.40～0.42，遠低于設計的0.43～0.54，運行后發現結塊嚴重，排渣困難，且爐中部單點溫度高。為降低操作溫度，使氣化層溫度降低至灰融點以下，繼續降低氧碳比，定為0.36～0.38操作，但仍沒有改變爐下結塊的情況；而所帶來的另一種新情況是：火層下移、爐條局部受損，嚴重威脅到爐篦的安全運行。

為了解決灰熔點低的問題，造氣爐正式使用山西焦炭。使用山西焦炭后，造氣爐工藝狀況出現了巨大的變化：爐中部溫度由最高1 300℃以上降至900℃，不再出現單點溫度高的情況，爐下部溫度由600～700℃降至200～400℃，氣化層較為集中；爐下不易結塊，排渣順暢；氧碳比由0.42提至0.48，粗煤氣中CO成份由55%提高至67%；更為顯著的變化是單爐產氣量大，而且爐況穩定。山西焦炭特點：（1）焦炭灰融點高，通常大于1 500℃，使造氣爐溫度可以低于灰融點操作，爐況更穩定。（2）灰份少、固定碳含量高、揮發分少，產出的粗煤氣有效氣體成份高，雜質氣體成份少。

2.2焦炭的水份

焦炭水份高會對造氣爐系統設備和精制氣中氫氣含量產生影響。

（1）焦炭水份含量高，使爐子出來的粗煤氣中含有大量的水蒸汽。粗煤氣在經過翅片式熱管換熱器后，溫度降至120～160℃。粗煤氣在熱管換熱器中溫度經過水蒸汽露點，約為160℃，存在大量H2S和水蒸汽的情況下，熱管換熱器中熱管產生明顯的露點腐蝕，帶來的危害有兩點：一是使熱管腐蝕穿孔，造成熱管串氣，富氧混合氣串入煤氣系統，煤氣氧高，氧高的危害是非常明顯的；二是易使熱管翅片積灰，熱管換熱面積減少，換熱能力下降。停爐時，粗煤氣由煙囪放空，在有大量水蒸汽的情況下同樣會對煙囪造成露點腐蝕。（2）焦炭水份高會導致精制氣中氫氣含量升高。焦炭水份超過指標，特別是達到10%后，精制氣中氫氣含量升高約0.6%，排放掉此部分氫氣，需要排放10倍的CO氣，從而造成有效氣體成份的損失。

2.3焦炭的粒度

粒度不均勻，造成料層阻力不均勻，產生局部過熱，造成結疤、結塊。且燃料層容易被吹翻。（1）粒度大的焦燒不透，返焦率高。粒度過大，雖有利于提高氣化劑量，但由于氣化劑與焦的接觸面積小，氣化反應不完全，還容易火層上移導致結疤，氣化質量下降熱損失增大。（2）粒度過小，增加了氣化反應面積，有利于氣化反應，但燃料層阻力增大，吹風量受到限制，影響了爐子生產能力。

3　造氣爐水夾套高度的影響

造氣爐水夾套距火面的高度較低，致使火層波動彈性小，當運行過程中發生加料不均、布風不均勻、火層不均勻等現象時，則會出現造氣爐內局部火層偏高，局部火層偏低，爐上溫度和爐下溫度均高的等不正常情況，而由于部分火層已高出水夾套的高度范圍，極易造成造氣爐筒體溫度過高，甚至發生燒穿筒體的事故。可通過增加水夾套高度或改為全水夾套型爐子，來增加火層的控制彈性，防止火層波動時，造氣爐筒體溫度過高。

4　結語

通過對以上影響因素的有效控制，基本解決了爐內結塊、結疤嚴重，火層上移，爐內單點溫度升高等一系列的問題，造氣爐能夠平穩的運行。

TQ054

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1671-0711（2016）08（下）-0036-02