氣化爐操作溫度過高的危害

齊高華

（兗礦榆林能化甲醇廠,陜西 榆林 719000）

1 簡介

氣流床氣化技術因煤種適應范圍比較廣，氣化溫度、壓力高，易于大型化，成為煤氣化技術的發(fā)展方向。而氣流床中的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術是我國自主創(chuàng)新、自主知識產(chǎn)權的煤氣化技術，該技術的成功開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，為我國大規(guī)模開展的煤化工事業(yè)提供了關鍵的氣化技術，同時標志著我國在水煤漿氣流床氣化技術方面達到國際領先水平。

多噴嘴對置式氣化爐操作過程中最重要的就是爐溫的控制，氣化爐操作溫度不是只由煤的灰熔點FT決定的，而是由氣化爐渣處于最佳粘度所對應的溫度來決定的。液態(tài)排渣要求，操作溫度應高于灰熔融溫度FT，液態(tài)排渣必須順暢，熔渣粘度不能高于25Pa.S，溫度不低于T25，操作溫度低限應高于T25；液態(tài)排渣應確保耐火磚安全，粘度不能低于3Pa.S，溫度不高于T3。實際生產(chǎn)中由于煤質變化引起灰熔點的改變，操作溫度調整不及時，導致氣化爐在操作過程中經(jīng)常超溫，而超溫對氣化爐本身和工藝有諸多危害，下面將做詳細的講述。

2 氣化爐爐溫過高的危害

（1）對耐火磚的影響。多噴嘴汽化爐在實際運行中燃燒室內會同時存在多種氣流，主要是在燃燒的作用下煤漿產(chǎn)生的霧化反應所形成的射流、撞擊流、這反流和平推流等。其中的撞擊流主要表現(xiàn)在煤漿在高溫作用下產(chǎn)生霧化反應之后，流向對置燒嘴時，氧氣與煤漿生成物所形成的撞擊力，產(chǎn)生撞擊動作之后會形成上下兩個方向的撞擊流，向上的撞擊流由于還存在一定的動力會繼續(xù)向上運動在遇到耐火磚之后才產(chǎn)生向下的折返流，這股氣流會攜帶較于燃燒室底部較高的溫度返回燃燒室下部。

通常多噴嘴汽化爐在運行時，內部的耐火磚表層會形成一層熔渣，熔渣層的厚度會受到燃燒室溫度的影響，燃燒室的溫度低則熔渣層偏厚，燃燒室的溫度高則熔渣層較薄，由于熔渣層可以起到一定的隔熱作用，為此，熔渣層的厚度決定了耐火磚的使用壽命。當爐溫過高，熔渣的粘度低于3Pa.S時，耐火磚上的熔渣流動較快，渣層較薄，合成氣對耐火磚的沖刷強度增強，同時向火面處耐火材料向渣中溶解速度也加快，進而導致耐火磚裂紋、剝落甚至爆裂，嚴重時甚至造成耐火磚竄氣，引起氣化爐表面溫度升高超溫，引起停車。研究表明，操作溫度超過1400℃時，操作溫度每上升20℃，灰渣對耐火材料的侵蝕速度加快一倍。

由于受煤漿濃度、煤灰熔點、操作壓力等因素影響，氣化爐上部耐火磚表面難以形成有效的渣膜保護，所以氣化爐拱頂耐火磚受到高溫和沖刷的雙重作用，在氣化爐內，是蝕損速率最大，使用壽命最短的一部分。多噴嘴氣化爐所用耐火磚價格昂貴，特別是向火面磚的高鉻磚，更換一次需要很大的經(jīng)費。同時拆卸、筑爐、烘爐、檢查要花費半個月到一個月的時間，嚴重影響備爐工作。所以我們在生產(chǎn)過程中應盡量做到穩(wěn)定生產(chǎn)，嚴格控制好氣化爐的爐溫，嚴禁超溫，減少開停車次數(shù)。

（2）對有效氣成分的影響。多噴嘴對置式氣化爐的氣化反應是個極為復雜的反應體系，可分為一次反應與二次反應，一次反應區(qū)又稱為燃燒區(qū)，進入該區(qū)的反應物有工藝氧、煤漿、以及回流流股和折返流股中CO、H2等。在該區(qū)內，揮發(fā)分及部分CO、H2在高溫、高氧濃度下迅速完全燃燒，放出大量的熱，這個過程進行的相當短促，其結束的標志是氧消耗殆盡。隨著氣化爐的溫度會逐漸升高，CO、H2的含量逐漸降低，雖然這種變化慢一些，但受其它因素干擾較小，且氣化爐的爐溫與一氧化碳和氫氣含量對應關系較為確定，再現(xiàn)性較好。因此，氣化爐爐溫過高，有效氣比例降低，CO2含量上升。所以我們在保證氣化爐穩(wěn)定運行的同時，適當降低氣化爐操作溫度，使氣化爐合成氣中一氧化碳和氫氣的含量提高一些，增加氣化爐的經(jīng)濟運行性。

（3）對噴嘴的影響。氣化爐工藝燒嘴在氣化爐燃燒室內屬于一項核心設備，一旦在高溫的影響下運行不當就會對整體的生產(chǎn)活動帶來影響。而氣化爐的燃燒室內又長期處于1350℃高溫和6.5MPa高壓狀態(tài)下，長期在此種環(huán)境下運行很難保證不受高溫的影響產(chǎn)生性能下降的問題。實際氣化爐的工藝燒嘴中已經(jīng)設置了冷卻盤管和水夾套等降溫設施，但是卻無法起到避免氣化爐燃燒室高溫灼燒的作用，特別是當燃燒室的溫度波動較大時，對工藝燒嘴的灼燒影響更為嚴重，為此，在實際操作時，需要盡量避免燃燒室的溫度幅度過大。

（4）對水質的影響。當氣化爐生產(chǎn)的溫度較高時，需要處理的渣水黑水溫度也會升高，同時黑水的溫度又會對灰水的溫度帶來一定影響。在水溫溫度較高的情況下，分子間的運動速度會隨著溫度的提升而加快，此時的分子布朗運動也會更加劇烈，雖然在這種情況下的懸浮物和膠體顆粒之間的結合效率會有所提升，但是過高的水溫會影響膠體顆粒的水化作用，致使絮團松散，從而影響黑水的絮凝，影響水質質量。

（5）對熱負荷的影響。爐溫過高，是由于燃燒區(qū)部分有效氣和過量氧燃燒反應造成的，因此高溫下，易造成系統(tǒng)的熱負荷增加，同時，高溫合成氣飽和更多的水汽，提高了合成氣的水汽比，易造成氣化爐和水洗塔的帶水，為后續(xù)變換工段帶入更多的水汽，而過高的水汽比將影響變換爐內的反應溫度及催化劑的壽命。

（6）對添加劑的影響。碳酸鈣結垢趨勢和結垢量都隨著溫度升高而增加，這是因為碳酸鈣的生成反應屬于吸熱反應，溫度升高，有利于CaCO3的析出，結垢趨勢增強。為防止黑水結垢，一方面就要加大阻垢劑的用量，另一方面對阻垢劑的耐熱性也提出了更高的要求，在高溫下不僅不失活抗分解，而且必須保持在各工段都良好的阻垢分散性能，從而增加了生產(chǎn)成本。

總的來說對于氣化爐操作溫度選擇我們要考慮到各方面的因素，選擇一個合適的溫度進行操作，嚴禁超溫，以便在氣化爐工況發(fā)生變化時我們能夠及時調整氣化爐溫度。

[1]徐麗華,張興毅.延長水煤漿氣化爐爐磚使用壽命[J].工業(yè),2016(10).

[2]徐志欣.試論如何控制碎煤加壓氣化爐床層溫度[J].中國化工貿易,2015,7(33).