多噴嘴對置式廢鍋-激冷流程氣化爐運(yùn)行分析

呂 斌

（兗州煤業(yè)榆林能化公司，陜西榆林 719000）

兗州煤業(yè)榆林能化公司二期年產(chǎn)50萬t煤制DMMn項(xiàng)目，煤氣化技術(shù)選用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術(shù)，開展單臺日處理煤2 000t級的多噴嘴對置式廢鍋-激冷流程水煤漿氣化技術(shù)工業(yè)示范。2020年12月10日，半廢鍋氣化爐一次性投料成功，副產(chǎn)9.8MPa蒸汽量達(dá)設(shè)計(jì)指標(biāo) 100t/h，成功拖動(dòng)10MW余熱發(fā)電機(jī)組運(yùn)行。至2021年11月底共運(yùn)行4次，運(yùn)行周期分別為12d、27d、71d、69d，年累積運(yùn)行時(shí)間達(dá)4 300h。

1 廢鍋-激冷流程氣化爐流程簡介

1.1 廢鍋-激冷流程氣化爐流程

廢鍋-激冷流程氣化爐在燃燒室和激冷室之間設(shè)置了輻射廢鍋段，通過輻射傳熱為合成氣和熔渣降溫并副產(chǎn)高壓飽和蒸汽。出燃燒室的高溫合成氣及熔渣，先進(jìn)入輻射廢鍋，通過輻射傳熱產(chǎn)生高溫高壓飽和蒸汽，使合成氣溫度降低，熔渣凝固，溫度降低，然后合成氣進(jìn)入洗滌冷卻室進(jìn)一步降溫、水洗。輻射廢鍋的工質(zhì)采用自然循環(huán)，配套設(shè)置1臺廢鍋汽包。出輻射廢鍋的粗合成氣與灰渣并流向下，穿過洗滌冷卻水分布環(huán)，沿洗滌冷卻管進(jìn)入洗滌冷卻室的水浴中。

1.2 廢鍋-汽包流程

高壓鍋爐給水泵送來的高壓鍋爐給水一路分兩支分別進(jìn)入輻射廢鍋段上部水冷器及下部冷卻器作為冷卻水，回水直接進(jìn)入汽包中部。另一路經(jīng)液位控制閥控制流量，進(jìn)入汽包，經(jīng)四路下降管，鍋爐水每路分出一支共四支進(jìn)入主體水冷壁，四路鍋爐水每路再分出兩支共八支進(jìn)入鰭片輻射屏，與高溫水煤氣進(jìn)行充分換熱，鍋爐水換熱后形成的高溫高壓汽水混合物再匯合成四路進(jìn)入汽包中部匯流箱。副產(chǎn)高壓飽和蒸汽送至蒸汽過熱單元。在蒸汽不合格期間，蒸汽經(jīng)蒸汽排放閥放空。

2 主要運(yùn)行指標(biāo)

主要運(yùn)行指標(biāo)見表1。

表1 半廢鍋氣化爐主要運(yùn)行指標(biāo)

3 氣化爐操作

3.1 操作溫度控制

半廢鍋氣化爐溫度測點(diǎn)除氣化爐爐膛溫度、氣化爐托磚板溫度等，另外新增氣化爐廢鍋段爐壁表面溫度、輻射廢鍋環(huán)隙溫度、氣化爐廢鍋段爐壁表面溫度、輻射廢鍋汽包氣相溫度等。

（1）氣化爐上、下安裝兩支新高溫?zé)崤迹_保熱偶指示準(zhǔn)確性，正常運(yùn)行重點(diǎn)參考下部熱偶指示，控制該點(diǎn)溫度高于煤漿灰熔點(diǎn)100～120℃，通過氧煤比、煤氣CH4含量變化調(diào)整氣化爐爐溫。

（2）氣化爐原始投料后，升壓升溫期間，汽包的升溫速率低于1.5℃/min，控制汽包上下溫差＜50℃，如溫差接近50℃應(yīng)暫停升壓，并進(jìn)行定期排污，增大水循環(huán)，待溫差穩(wěn)定后再繼續(xù)升壓。

（3）不同于激冷流程氣化爐，半廢鍋氣化爐燃燒室支撐板處無噴淋水，因此支撐板溫度測點(diǎn)達(dá)370℃。運(yùn)行期間需關(guān)注水冷壁環(huán)隙溫度變化，溫度出現(xiàn)上漲時(shí)適當(dāng)增大新鮮氣量，增加上水冷器鍋爐水流量。支撐板溫度上漲至390℃或水冷壁環(huán)隙溫度到330℃呈持續(xù)上漲趨勢時(shí)，氣化爐緊急停車。

3.2 操作壓力控制

半廢鍋氣化爐有燃燒室及水冷壁下渣口兩個(gè)渣口，兩個(gè)渣口均存在堵渣風(fēng)險(xiǎn)。水冷壁為非承壓設(shè)備，因此半廢鍋氣化爐設(shè)有多處壓力及壓差測點(diǎn)。后期運(yùn)行期間，為了更直觀地反映渣口運(yùn)行情況，又新增計(jì)算壓差（見表2）。

表2 半廢鍋氣化爐主要壓力測點(diǎn)

3.3 激冷水量控制

半廢鍋氣化爐水冷壁段拿走了水煤氣中顯熱，設(shè)計(jì)出廢鍋段煤氣溫度為800℃，激冷水量設(shè)計(jì)較激冷流程氣化爐低。運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)氣化爐煤氣出口壓力與旋風(fēng)分離器煤氣出口壓力差值逐漸增大，運(yùn)行一個(gè)周期后半廢鍋氣化爐停爐檢修期間，煤氣管道進(jìn)旋風(fēng)分離器前混合器堵塞較嚴(yán)重。判斷運(yùn)行期間激冷水量低，導(dǎo)致水煤氣帶灰所致。

黑水循環(huán)泵正常流量255m3/h，額定流量300m3/h，電機(jī)額定電流322.8A。為減少水煤氣帶灰，保證運(yùn)行黑水循環(huán)泵電流在300A以上，通過控制氣化爐黑水排放量，保持氣化爐輕微帶水操作。備用黑水循環(huán)泵掛自啟動(dòng)，事故激冷水聯(lián)鎖正常投用，氣化爐液位聯(lián)鎖正常投用。

3.4 熱電高加退出后氣化爐操作

對兩次高加退出前后進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，從表3看出：高壓鍋爐水水溫降幅達(dá)40℃；汽包副產(chǎn)蒸汽量，前期降幅大，后期運(yùn)行水冷壁及輻射屏積灰積渣，降幅??；上下水冷器回水溫度降幅達(dá)40℃。

表3 高加退出后氣化爐汽包補(bǔ)水及副產(chǎn)蒸汽變化

（1）正常運(yùn)行期間，上渣口水冷器流量約為22m3/h，下渣口水冷器流量約為20m3/h，熱電高加退出檢修前，適當(dāng)降低上渣口水冷器流量至18m3/h，下渣口水冷器流量約為15m3/h，調(diào)整期間注意回水溫度及氣化爐支撐板及環(huán)隙溫度變化，流量控制以上述溫度測點(diǎn)不超正常值為準(zhǔn)。

（2）控制汽包操作壓力在9.0MPa以上，以汽包壓力調(diào)節(jié)閥開度不小于6%為準(zhǔn)。

（3）鍋爐給水溫度調(diào)整應(yīng)緩慢。高加恢復(fù)后，注意汽包副產(chǎn)蒸汽量、上下渣口水冷器回水溫度等指標(biāo)變化情況。

（4）當(dāng)指標(biāo)出現(xiàn)異常時(shí)，關(guān)注鎖斗排渣。鎖斗循環(huán)泵流量按指標(biāo)上限進(jìn)行控制，出現(xiàn)堵渣時(shí)加大循環(huán)量，開啟備用泵同時(shí)運(yùn)行。

4 氣化爐檢修總結(jié)

1）氣化爐累積4次運(yùn)行，其中三次停爐是因?yàn)槊芊飧Z氣所致。導(dǎo)致密封竄氣原因?yàn)橄略诙略斐扇紵覊毫λ查g增大，上下渣口水冷器密封面破壞。通過加大甲醇合成新鮮氣量及降低負(fù)荷調(diào)整均無效，高溫水煤氣在環(huán)隙形成通道，低溫合成新鮮氣無法滿足密封保護(hù)作用。隨著運(yùn)行后期，水冷壁及輻射屏積灰掛渣，水冷壁換熱效果變差，高溫合成氣經(jīng)換熱后溫降變低，即渣口處煤氣溫度越來越高，煤氣中熔渣隨溫度升高出現(xiàn)黏性，在下渣口坡段出現(xiàn)堆積，當(dāng)出現(xiàn)壓力大幅波動(dòng)或者堆積達(dá)到極限時(shí)出現(xiàn)“滑坡”現(xiàn)象造成渣口堵塞。

2）表4為水冷壁及輻射屏積灰層測量數(shù)據(jù)。此次內(nèi)部檢查總結(jié)如下：①水冷壁及輻射屏先積灰后積渣。②水冷壁東、南兩側(cè)積渣嚴(yán)重，出現(xiàn)渣層大面積脫落現(xiàn)象。③輻射屏中上部10～20m積渣最厚。④19m高度開始，灰層中出現(xiàn)硬渣。

5 結(jié)束語

作為第一套多噴嘴對置式廢鍋-激冷流程氣化爐，運(yùn)行一年期間，達(dá)到了設(shè)計(jì)本要求，實(shí)現(xiàn)了安全、穩(wěn)定、滿負(fù)荷、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。但是，水冷的積灰和掛渣，影響換熱效率，副產(chǎn)蒸汽衰減；隨著水冷壁積灰和掛渣，水煤氣換熱效率降低，熔渣經(jīng)過水冷壁換熱后無法固化，在水冷壁下渣口出現(xiàn)積渣，極易造成下渣口堵塞；氣化爐設(shè)計(jì)激冷水流量低，水煤氣帶灰現(xiàn)象較嚴(yán)重，運(yùn)行期間混合器前后壓差偏高等問題仍需在今后的實(shí)際生產(chǎn)中摸索解決。