研究殼牌氣化爐的爐溫調節

馬百偉

摘 要：現階段，隨著社會的發展，我國的現代化建設的發展也越來越迅速。殼牌氣化爐在內部的結構形式上采用的是冷壁結構，通過這種結構的設置讓氣化爐在反應過程當中對產生的熱量進行轉移，同時生成相應的水蒸氣。水冷壁的表面會粘附著一層耐火的材料、煤渣、氧氣以及水蒸氣，在1600℃的高溫下完成了劇烈反應，并且生成了熔渣。在鍋爐內部四個噴嘴的旋鈕對應的作用下，產生的熔渣會直接噴灑到水冷壁的表面上。初始反應的過程當中，液態的熔渣在耐火材料的表面上以及在內部的金屬熱傳導的作用下，會形成一種冷卻和固化的反應，然后在水冷壁上形成了熔渣的殘留物，在融化的殘留物厚度達到一定程度的時候，對于鍋爐的熱傳導功能會形成一定的影響，冷壁外表面的加成就會慢慢變成熔融的狀態，并且慢慢的向爐體的下方流淌，形成一種爐內融渣層，渣層會重新繼續進行積累并且不斷的加厚，通過這種方式有效的維持著一種動態化的轉化平衡，實現了對冷水壁免受高溫侵蝕的作用。

關鍵詞：殼牌氣化爐;爐溫調節;措施

煤制氫裝置由于工藝復雜、設備技術前沿、自動化程度高，從原始開工至今，氣化爐的長周期運行就一直是困擾生產裝置的問題。尤其是對4條燒咀的煤線速度、密度儀表和閥門的測量，控制穩定就尤為重要。由于煤粉線的煤量是通過速度、密度的測量值運算得到的，如果測量不準將導致煤線控制不穩。而且又在氣化爐高負荷情況下，各煤線不均勻燃燒，就會出現燒咀罩“偏燒”，最終會頻繁地導致各燒咀罩在高溫高壓下磨損燒破，漏的循環水嚴重影響了氣化爐生產合成氣的能力，特別嚴重的情況下還會導致氣化爐各級換熱器表面附著一層“石灰塊化”的介質，不僅影響流通量，甚至能將氣化爐氣流通道完全堵死，而且一定程度決定了燒咀罩使用壽命，是燒咀跳車和停車搶修的主因。因此，煤線儀表的精準測量和控制優化，對氣化爐的長周期運行非常重要。

1 溫度控制工藝原理

氣化爐屬于煤氣化工生產過程當中非常重要的生產設備，氣化爐在日常的工作過程當中，需要保證氣化爐不會受到超高溫的損害，同時還需要最大程度上消除在低氧氣量的環境下工作，要充分實現碳的充分轉化，所以說氣化爐的溫度控制是非常重要的環節。殼牌氣化爐在結構設置方面的特性直接關系到計劃爐的溫度是否可以直接進行控制，只有通過一種科學有效的方法來進行控制，在相應的氧氣負荷狀態下，氧氣量和煤炭量的高低直接決定了反應溫度的高低，同時氧氣量和煤炭量的比值越高則所生成的氣化溫度就越高，在氧氣量負荷增加的狀態下，要想有效的保證氣化爐內部溫度的穩定性，氧氣量和煤炭量的比值要進行一定的縮減，氣化爐整體的復合控制器在控制氧氣的流通量的同時還需要調節煤炭燃燒噴嘴的輸出頻率。從另外一個方面來看，氣化爐在合成器以及氣化爐的蒸汽量方面，有效的展現出了氣化爐內部的實際工作狀況，在控制合成氣和蒸汽量的同時，還可以達到控制氣化爐內部的溫度效果，氣化爐內部的溫度不斷上升，使得氣化爐整體的水蒸氣含量不斷上升。合成器主要是以二氧化碳為主，二氧化碳的含量不斷上升，合成的甲烷成分含量就越來越低，氣化爐內部的控制系統當中，氧氣和煤炭的比值并不是完全不變的，與氣化爐內部的含氧量呈現出一種正向的關系，最后在合成器的分組控制器以及蒸汽控制器的輸出調整當中，煤炭量和氧化量比值的大小會隨著合成器組的控制量產生一定的變化，依照計劃爐的負荷轉化曲線來進行判斷。

2 氣化爐運行問題的分析

截至目前，我國針對氣化爐的應用已經開展了數年的時間，雖然已經結合我國的實際運行狀態研究出了一系列適合我國自身的煤氣化運行模式，但是在實際的應用環節仍舊存在或多或少的不足，結合實際的研究經驗，本文認為這一環節中的不足，主要表現在如下幾個方面。首先，便是氣化爐在實際的運行過程中合成氣冷卻區域比較常見的積灰問題。根據原有的氣化爐運行可以發現，造成這一積灰問題的主要原因是當用于煤氣化的蒸汽在經過第一個冷卻裝置中，燃燒所產生的飛灰會隨著中央冷卻蓋板的方向擴散，從而先在飛灰低速運行的區域產生積灰問題之后逐漸向高速運行區域擴張，從而造成過熱裝置冷卻裝置入口處的堵塞，從而影響其實際運行狀態中換熱的同時制約后續氣化爐的運行效率。其次，便是常見于除渣系統中的運行問題，在這一系統內最為常見的就是垮渣和堵渣問題，根據以往的研究可以發現，在實際的除渣系統運行環節通常情況下會要求針對爐渣的溫度控制在5℃～（25±0.5）℃之間，并分別根據爐渣溫度的不同與之相對應一個恒定的溫度，但是如果當爐渣的黏性不足時，就會在氣化爐中呈現出無法掛壁的問題出現，進而影響實際運行環節爐內壁溫度的改變和零部件的運行安全;與此同時，在這一狀態下，爐內還極易出現垮渣的現象，大量的高溫液態爐渣瞬間進入渣池使得其內部蒸汽含量瞬間增高，進而導致整個氣化爐內部瞬移，造成不可挽回的蒸汽爆炸，不僅僅影響實際的除渣系統運行同時也會在很大程度上制約氣化爐的溫度改變。

3 殼牌氣化爐的爐溫調節

3.1 氣化爐無法直接測得反應溫度

煤粉在在殼牌氣化爐內與氧氣、蒸汽混合后一同進行反應，生成主要為一氧化碳和氫氣的粗合成氣，粗合成氣中還含有少量的二氧化碳和甲烷。氣化爐內反應溫度高，約為1500℃，為此，不乏通過測量原件對爐膛內的溫度進行直接測量，通過一些關鍵指標綜合判斷爐溫情況。當負荷保持不變時，爐溫的高低可通過調節氧氣與煤粉的比來調節，爐溫的判斷則可借助氣化爐反應室的蒸汽產量，合成氣中各種氣體含量的多少及氣化爐的排渣形態的綜合分析來進行判斷。當氣化爐內的溫度高于正常溫度時，會導致換熱后產生過多的蒸汽。當溫度超過灰熔點時，則會使氣化爐內壁無法掛渣，會燒壞氣化爐內壁。如果氣化爐內溫度過低，煤粉受反應條件的影響無法反應完全，大部分的煤粉將隨渣進入排渣系統，導致排渣系統無法正常運轉甚至出現堵渣現象。

3.2 水冷壁損壞及解決方法

由于溫度過高，氣化爐內的溫度只能通過蒸汽產量、合成氣的組分含量和爐渣外觀的綜合分析進行判斷，而不能直接測得，同時，氣化爐爐溫會受煤種變化而變化，還會受操作過程中氧碳比的影響。爐溫的高低會對水冷壁上渣層的形成及厚度造成直接的影響。當煤種保持不變時，若爐溫過高，則形成的渣層會過于薄，無法對水冷壁形成足夠的保護，容易導致高溫熔掉襯釘，損壞水冷壁;當爐溫過低時，形成的渣層會較厚，能很好的保護好水冷壁。當水冷壁的管道出現堵塞或水量不足的情況時，反應熱不能及時被循環水帶走，也會造成水冷壁干燒，損壞水冷壁。目前有效避免水冷損壞的方法如下：當煤種比較穩定時，可選用配煤，將氣化爐用煤調到合適的灰熔點，使其適合殼牌氣化爐的操作溫度，保證水冷壁掛渣。

3.3 外部條件保障法

在加入煤炭的品質方面需要保證煤炭質量的均一性，通過這種方式才可以充分的保證在產生的灰渣熔點以及溫度特性上的穩定，并且在此基礎之上添加相應的石灰石作為催化劑。在該反應當中需要建立起配煤基地，有效保證煤材料來源的穩定性。通過實際工作分析得出，在燃燒了幾十種不同的煤炭之后實施了多種參合配比的實驗方法，最終確定了適合氣化爐粉煤的科學配方。原本的氣化爐在合成氣冷卻器當中形成的結構非常明顯，并且在反應過程當中溫度長期處于380℃左右的區域間徘徊，造成了負荷一再下調，避免產生跳車的情況。運用了改進之后的煤炭配比方案之后，氣化爐內部的整體負荷提升了百分之百，出口的溫度卻比之前下降了將近100℃左右，實際的效果非常明顯。運用不同的煤炭反應類型的時候，石灰石的加入量需要產生一定的變化，低熔點的氛圍需要石灰石的摻入量相對較小，比如石灰石的添加過量會造成氣化爐水冷壁掛渣過薄，造成水冷壁會由于溫度的過高形成損壞。

4 結語

在保證充分的氧氣通入量的環境下，通過調節氧氣和煤炭的比值，有效的改變了氣化爐當中煤炭的加入量，實現了對調節氣化爐的溫度控制，保證溫度一直控制在合理的范圍之內的控制方式上。

參考文獻：

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