神寧爐熱損工況波動(dòng)原因分析與處理

方軍，閆峰

(國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤制油分公司，寧夏 銀川 750411)

0 引言

氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，利用以渣抗渣的原理，無(wú)耐火磚襯里，激冷工藝技術(shù)采用激冷環(huán)加下降管激冷水浴洗滌技術(shù)[1-3]，產(chǎn)品氣體潔凈，不含重?zé)N，甲烷含量極低，煤氣中有效氣體(CO+H2)達(dá)到90%以上，傳遞的熱可用于水冷壁循環(huán)汽包生產(chǎn)低壓飽和蒸汽。在氣化爐投煤及正常運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到氣化爐熱損波動(dòng)，主要原因是對(duì)燒嘴安裝同心度、水冷壁盤(pán)管掛渣效果、煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)導(dǎo)致熱損波動(dòng)時(shí)的相關(guān)處理措施的優(yōu)化不到位[4-7]。

1 燒嘴安裝的同心度有偏差的原因分析與處理措施

氣化爐組合燒嘴的主體安裝要確保同心度高度重合。組合燒嘴從內(nèi)到外主要介質(zhì)為中心氮?dú)狻Ⅻc(diǎn)火燃料氣、點(diǎn)火氧氣、點(diǎn)火燒嘴保護(hù)冷卻水、主燒嘴氧氣、煤粉管線、主燒嘴保護(hù)冷卻水。當(dāng)組合燒嘴同心度發(fā)生偏離時(shí)，燒嘴會(huì)發(fā)生偏燒，熱損會(huì)表現(xiàn)局部變高，影響點(diǎn)火燒嘴壽命，因此在安裝之前應(yīng)當(dāng)對(duì)照氣化爐頂部燒嘴安裝對(duì)接的法蘭方位進(jìn)行確認(rèn)，并對(duì)照燒嘴安裝圖紙和裝配總圖。安裝大法蘭處螺栓(M64腰狀螺栓)預(yù)緊力參考值為7.08×108N·mm，如圖1所示①處；連接大法蘭與煤粉管焊接的大法蘭螺栓(M64腰狀螺栓)預(yù)緊力參考值為7.08×108N·mm(此處由于涉及到頭部裝配和密封問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)一般不進(jìn)行拆裝)，如圖1所示②處；點(diǎn)火燒嘴安裝法蘭處螺栓(M33腰狀螺栓)預(yù)緊力參考值為3.3×105N·mm，如圖1所示③處。燒嘴在氣化爐安裝好之后開(kāi)始連接法蘭，主燒嘴部分主要注意的是4個(gè)煤粉管入口法蘭的連接安裝。由于煤粉管口與設(shè)備呈一定的夾角分布，設(shè)備在制造過(guò)程中難免出現(xiàn)尺寸偏差，所以導(dǎo)致安裝時(shí)比其他管口要更加費(fèi)勁。煤粉管口法蘭安裝連接時(shí)，在煤粉入口管道中間把與燒嘴連接的一段法蘭及其連接管道拆卸，然后將管道處的法蘭與設(shè)備法蘭連接好，再將這段管道與原管道連接，減少安裝過(guò)程出現(xiàn)角度的偏差。因此確保燒嘴安裝的同心度高度重合時(shí)，氣化爐燃燒室內(nèi)部受熱均勻，熱損相對(duì)更穩(wěn)定，點(diǎn)火燒嘴的使用壽命會(huì)越長(zhǎng)。

圖1 組合燒嘴的主體安裝與實(shí)務(wù)圖

2 氣化爐水冷壁掛渣問(wèn)題導(dǎo)致熱損波動(dòng)的原因分析與處理

2.1 氣化爐水冷壁盤(pán)管與掛渣關(guān)系

熱損主要是通過(guò)水冷壁盤(pán)管上的熱量進(jìn)行傳遞，通過(guò)表計(jì)傳遞到DCS監(jiān)控畫(huà)面。水冷壁盤(pán)管上有多個(gè)豎形的三個(gè)錨固釘組成，外側(cè)附著澆筑的耐火材料搗打料，要對(duì)其進(jìn)行均勻涂抹，通過(guò)烘爐驗(yàn)收合格后才可使用。氣化爐運(yùn)行時(shí)在搗打料外側(cè)優(yōu)先附著固態(tài)渣層，然后是流動(dòng)的液態(tài)渣層，通過(guò)以渣抗渣來(lái)保護(hù)盤(pán)管，有穩(wěn)定渣層會(huì)對(duì)應(yīng)穩(wěn)定熱損。當(dāng)爐內(nèi)工況發(fā)生變化時(shí)渣層會(huì)部分脫落，需要及時(shí)調(diào)整工況，再次掛渣來(lái)穩(wěn)定渣層，如圖2所示。

圖2 水冷壁盤(pán)管結(jié)構(gòu)及燒損圖

2.2 氣化爐投煤后水冷壁掛渣的判斷標(biāo)準(zhǔn)

投煤成功后，通過(guò)觀察渣形渣樣、粗合成氣取樣分析數(shù)據(jù)等，間接判斷氣化爐爐溫。若氣化爐負(fù)荷60 t/h時(shí)，熱損在2.0 ～ 4.5 MW，渣口熱損在0.2 ～ 0.4 MW，熱損無(wú)明顯上漲趨勢(shì)，24 h內(nèi)熱損無(wú)頻繁大幅度波動(dòng)，則水冷壁掛渣成功。氣化爐提負(fù)荷時(shí)，每提一次觀察熱損及氣體組分穩(wěn)定情況，氣化爐工況無(wú)大幅度波動(dòng)負(fù)荷逐步加至82 t/h(對(duì)應(yīng)氧量42 600 Nm/h)，運(yùn)行4 h后氣化爐運(yùn)行穩(wěn)定則氣化爐水冷壁掛渣結(jié)束。

2.3 投煤成功后通過(guò)觀察渣形渣樣對(duì)爐溫進(jìn)行判斷與處理

氣化爐投煤成功后即可聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)取渣樣觀察，間接判斷爐溫情況，每次取樣在氣化爐排渣5 ～ 7 min后開(kāi)始取樣，并觀察渣樣情況，渣形渣樣反映爐溫具體表現(xiàn)如下：(1)細(xì)渣較多，無(wú)拉絲現(xiàn)象，說(shuō)明爐溫偏低，可適當(dāng)提高爐溫，提高氧煤比系數(shù)進(jìn)行操作；(2)有拉絲現(xiàn)象，渣顆粒均勻，說(shuō)明爐溫合適；(3)出現(xiàn)粗渣粒，有少量小塊，形狀不很規(guī)則，說(shuō)明爐溫偏高，流動(dòng)性變差，應(yīng)適當(dāng)降低氧煤比系數(shù)進(jìn)行操作。

2.4 氣化爐正常運(yùn)行時(shí)水冷壁熱損上漲過(guò)快時(shí)的處理

熱損上漲過(guò)快時(shí)要及時(shí)調(diào)整，避免熱損漲幅過(guò)快，導(dǎo)致氣化爐聯(lián)鎖跳車，嚴(yán)重時(shí)燒損設(shè)備造成事故，對(duì)其應(yīng)急處理要及時(shí)做到以下幾點(diǎn)：(1)適當(dāng)降低氣化爐負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，降低水冷壁的熱負(fù)荷；(2)在氣化爐負(fù)荷對(duì)應(yīng)的次高壓蒸汽量的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低次高壓蒸汽流量，用以降低氣化爐火焰寬度；(3)適當(dāng)降低氧氣系數(shù)，降低爐溫；(4)氣化爐每次加減負(fù)荷堅(jiān)持少量多次的原則；(5)檢查水冷壁汽包自產(chǎn)蒸汽排放是否正常，最大限度將產(chǎn)生的低低壓蒸汽并入管網(wǎng)，將水冷壁系統(tǒng)熱量移出。

2.5 氣化爐正常運(yùn)行時(shí)水冷壁熱損偏低時(shí)的處理

熱損偏低時(shí)渣的流動(dòng)性會(huì)變差，下渣口通氣量易受阻，燃燒室和激冷室的壓差會(huì)上漲，粗煤氣氣體組分會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)在線分析儀有效氣的變化要及時(shí)做到以下幾點(diǎn)：(1)調(diào)整氧煤比，提高爐溫；(2)可適當(dāng)增加次高壓蒸汽量，加大氣化爐內(nèi)火焰長(zhǎng)度，緩慢進(jìn)行熔渣操作。

3 煤粉系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致熱損波動(dòng)的原因分析與處理

3.1 煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)

穩(wěn)定的煤質(zhì)供應(yīng)對(duì)氣化爐內(nèi)部燃燒產(chǎn)生的熱量、有效氣量均是穩(wěn)定狀態(tài)，正常生產(chǎn)時(shí)對(duì)煤質(zhì)的分析管控至關(guān)重要，煤粉分析中要求控制灰分值指標(biāo)為13%～16%，硫含量(干燥基)指標(biāo)為0.6%～1.2%，當(dāng)煤粉的灰分(煤質(zhì))發(fā)生變化時(shí)，煤粉內(nèi)固定碳含量偏少、爐溫會(huì)升高、渣口熱損易波動(dòng)、渣量加大、撈渣機(jī)電流偏高，正常運(yùn)行時(shí)撈渣機(jī)電流13 A，煤質(zhì)變化時(shí)電流最高漲到25 A左右，渣口熱損波動(dòng)較大0.1～0.6 MW，根據(jù)工況要及時(shí)做到以下幾點(diǎn)調(diào)整：(1)適當(dāng)降低氧氣系數(shù)，降低爐溫；(2)及時(shí)將信息反饋公司調(diào)度協(xié)調(diào)煤儲(chǔ)運(yùn)及時(shí)調(diào)整最優(yōu)煤質(zhì)配比，穩(wěn)住工況，如圖3和圖4所示。

圖3 撈渣機(jī)電流變化曲線圖

圖4 渣口熱損變化曲線圖

3.2 煤粉管線發(fā)生波動(dòng)時(shí)

正常運(yùn)行時(shí)給料罐和氣化爐之間的壓差通過(guò)角閥把一定量粉煤輸送至氣化爐，當(dāng)煤粉管線速度、密度發(fā)生波動(dòng)時(shí)，氣化爐壓力及熱損會(huì)發(fā)生較大波動(dòng)，氣化爐內(nèi)燃燒的熱量及有效氣會(huì)發(fā)生明顯變化，此時(shí)要對(duì)其進(jìn)行降負(fù)荷調(diào)整，再通過(guò)煤粉管線的吹掃氣量穩(wěn)住煤粉管線的速度、密度，讓煤粉在氣化爐內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定燃燒。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要針?biāo)浔谙到y(tǒng)掛渣及渣樣情況進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)燒嘴安裝的同心度問(wèn)題提出優(yōu)化措施，并對(duì)實(shí)際應(yīng)用中各種熱損波動(dòng)的調(diào)節(jié)方法進(jìn)行了相關(guān)分析。結(jié)合氣化爐內(nèi)部燃燒的特點(diǎn)和水冷壁盤(pán)管的工作原理，在設(shè)計(jì)、制造和操作方面提出行之有效的預(yù)防措施，這些措施有望為類似設(shè)備的運(yùn)行管理提供技術(shù)支持。