Texaco全廢鍋氣化爐結渣原因及解決辦法

隋志濤，王志敏

(神華寧夏煤業集團甲醇分公司，寧夏銀川 750411)

2004年神華寧夏煤業集團250 kt/a甲醇項目開始建設，于2007年6月20日投產，該套氣化裝置采用美國Texaco公司的全廢鍋流程技術。廢鍋流程氣化技術的特點是能夠利用氣化爐反應產生的高溫工藝氣和熔渣的熱量，副產高壓蒸汽，進行綜合利用，相比激冷流程，能量利用合理，并減少水資源的浪費；但廢鍋流程氣化技術對于運行的控制較為嚴苛，且存在待解決的瓶頸問題，所以在技術推廣上較緩慢。該套廢鍋流程氣化裝置是國內首套，同時由于按照原首鋼的參數進行設計，為適應寧夏的煤種進行了部分設備結構的變更，所以在投入運行初期，出現了很多問題，一直無法達到滿負荷運行。現就廢鍋流程運行中最主要的輻射廢鍋結渣問題進行分析，并提出解決辦法。

1 輻射廢鍋結渣的現象

(1)渣形渣量的變化

廢鍋內部發生結渣，最直接的現象是氣化爐排渣量較正常量有所減少，同時渣形發生變化，顆粒渣減少，沫狀渣增加。

(2)拐點溫度的變化

廢鍋內部發生結渣后，水冷壁的換熱量有所減少，導致工藝氣通過輻射廢鍋拐點時的溫度有所上升。

(3)死區溫度的變化

死區溫度的變化主要發生在廢鍋內部結渣嚴重時，因廢鍋內部通道被水冷壁掛渣堵塞，工藝氣被迫通過死區平衡孔進入死區，再通過死區下部的水浴進入二次通道，這將使死區溫度發生大幅的上升。

2 輻射廢鍋結渣的原因分析

輻射廢鍋結渣是廢鍋流程氣化技術最致命的技術難題。由于高溫液態的熔渣需要經過水冷壁的輻射換熱降溫至固態，一旦液態熔渣與水冷壁接觸，就會形成掛渣導致輻射廢鍋結渣，掛渣不斷增多，最終堵塞通道，氣化爐被迫停車。導致結渣的原因有很多，主要包括以下幾個方面。

(1)輻射廢鍋結構設計不合理，導致操作彈性不夠

輻射廢鍋內高溫熔渣與水的換熱方式是輻射換熱，液態熔渣與水冷壁不能直接接觸，否則就會結渣；同時又必須保證換熱量，使拐點處的溫度降至飛灰黏結溫度以下，因此，輻射廢鍋的結構必須結合煤種的黏溫特性、流場分布、換熱量等來確定。神寧煤業甲醇分公司的廢鍋流程氣化裝置，為適應寧東地區煤種，新增了部分輻射狀水冷壁，導致輻射廢鍋的長徑比不合適，縮小了排渣通道。前期運行極易結渣，后經技術改進并調整水冷壁的布局，在保證拐點溫度的情況下，割除了部分新增水冷壁，增大了一次通道的過渣直徑，使運行狀況逐步好轉。

(2)滴水檐(或導渣管)磨損，輻射廢鍋內流場變化

滴水檐位于氣化爐與輻射廢鍋過渡段，喉管的下部，其主要作用是：①使熔渣順利離開喉管，防止液態渣向水平墻蠕動；②收縮熔渣的噴射角度，防止液態渣與水冷壁直接接觸。如果滴水檐的設計不合理，或容易磨損，運行過程中可能使熔渣黏結在水平墻上，也可能使熔渣掛在水冷壁上，這2種情況都會導致結渣。該廢鍋流程氣化爐滴水檐是由高鉻搗打料制作的環形延長管，內部通過錨固釘固定在喉管下部的水平墻上，原設計高度為150 mm，后改造為200 mm，滴水檐對于預防結渣能夠起到較為重要的作用；如果繼續增加其高度，效果會更好，但高度的增加也會帶來喉管強度的減弱，容易磨損，其他廠家在設計時可考慮優化滴水檐的材質或結構，比如采用水冷管形式等。

(3)吹灰效果差，輻射廢鍋內換熱量減少

廢鍋流程氣化裝置必須設置吹灰氣壓縮系統和吹灰分配系統，通過壓縮機將部分工藝氣加壓后返回到輻射廢鍋內部，對水冷壁進行強制吹灰，以保證水冷壁的換熱效率。如果吹灰效果不好，隨著運行時間的增加，水冷壁上附著飛灰，會降低水冷壁的換熱效率并增加水冷管的腐蝕，這將提高灰渣與水冷壁接觸時的溫度，當這個溫度點上漲到灰渣的黏結溫度時，將會導致結渣現象的產生。

(4)煤種原因，煤質波動大或黏溫特性不合適

廢鍋流程氣化裝置不適合使用黏溫特性曲線過于平緩的煤種，液態熔渣從良好流動到無黏結的溫度跨度越大，其需要的換熱量就越大，這種煤質是非常容易發生結渣現象的；而煤質的穩定無論對于廢鍋流程還是激冷流程都是至關重要的。理論上，氣化爐的操作可根據煤質分析變化進行相應的調整，但其中影響因素較多，比如取樣的代表性、分析的及時性等，因此，操作人員的調整一般是無法及時跟蹤煤質變化的，尤其對于廢鍋流程來說，一旦廢鍋內部已經發生結渣現象，無法通過操作調整來消除其影響。

(5)操作原因，如爐溫過高或過低

廢鍋流程氣化裝置的操作難度高于激冷流程，不僅在于增加了水汽系統、吹灰系統和吹灰氣壓縮系統，對于爐溫的控制要求也比較嚴格。因為廢鍋內部熱量轉換的特性，廢鍋長徑比和熔渣噴射角度固定后，熔渣在與水冷壁接觸前的換熱量基本是固定的，爐溫過高會使液態渣在與水冷壁接觸前無法被降溫至固態，從而導致結渣，所以廢鍋流程氣化爐的爐溫控制是存在上限的，這個爐溫上限不僅是為了減少燒嘴和爐磚的磨損，更重要的是預防氣化爐結渣的產生；而廢鍋流程氣化爐爐溫的下限是必須保證液態熔渣能夠順利離開喉管和滴水檐，熔渣溫度過低會導致其粘結在滴水檐上，并向水平墻擴散，當熔渣積聚到一定程度時會掉落，并堵塞在破渣機的上方無法排出，堵塞排渣通道。

3 輻射廢鍋結渣的解決辦法

運行過程中發現氣化爐排渣量明顯減少，且渣形發生變化，基本可以確定輻射廢鍋內部發生了結渣現象，此時需要降低氣化負荷，并根據煤質分析情況調節爐溫，同時輔以反轉破渣機和拉渣等手段減輕結渣故障，但結渣現象一旦發生，一般難以完全消除，只能低負荷維持生產，最終被迫停車。預防結渣現象的發生更加重要，以下是避免輻射廢鍋結渣的幾點建議。

(1)設定合理的輻射廢鍋長徑比，輻射廢鍋長徑比是預防結渣現象的基礎，輻射廢鍋在設計時必須考慮內部流場的變化，在降低輻射廢鍋長徑比、控制拐點溫度和裝置投資之間尋找平衡點。

(2)優化滴水檐(或道渣管)的結構，滴水檐可控制熔渣離開氣化爐的流場，在設計滴水檐時要充分考慮輻射廢鍋內流場的情況以及抗高溫磨損性能，在一定程度上加大滴水檐的高度，并選用水冷管形式，或者采用耐磨耐高溫的材料，保證滴水檐的效果和使用壽命。

(3)保證良好的吹灰效果可以延長氣化爐的運行周期，良好的吹灰氣分配以及合理的吹灰邏輯，不僅能夠預防氣化爐的結渣現象，還可提高廢鍋流程氣化裝置的蒸汽產量，增加經濟效益。

(4)選用適宜且穩定的氣化原料煤，保證裝置的運行穩定性。

(5)在爐型設計合理和煤質穩定的基礎上，廢鍋流程氣化爐的爐溫控制是最關鍵的操作要素，根據煤質的灰熔點和黏溫特性選擇合理的操作爐溫，能夠有效預防結渣現象的發生。