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1、德士古气化炉渣堵机理探讨朱冬梅，聂成元(山东兖矿鲁南化肥厂滕州277527) 2002-06-161 气化炉渣堵现象根据目前德士古装置运行的实际情况来看，气化炉的渣堵现象可以分为 3类：(1) 熔渣堵塞渣口，使燃烧室的灰渣无法排出，堆满燃烧室的底部。目前国内德士古装置还未出现这种类型的渣堵。(2) 熔渣逐渐积累到下降管内壁上，直至挂满下降管而堵塞气体通道。这种类型的渣堵仅上海焦化厂报道过，其它厂家还未出现此 问题。(3) 激冷后的大块灰渣堆积在气化炉锁斗上部 LHV51 阀的上部，锁斗排渣无法顺顷利进行而造成渣堵。这种现象较为普遍，本文 主要对这种渣堵现象进行分析。生产中渣堵现象的具体表现如下
2、：(1) 渣堵时，气化炉的渣口压差变大，而且压力波动很大。(2) 锁斗循环泵的流量由正常的22.0m3 / h锐减至10.0m3 / h左右，严重时降至零，锁斗系统无法运行。(3) 渣量由正常的35 t/d降至极少，气化炉排出物甚至出现清水。(4) 大量的细灰渣被带入闪蒸系统，闪蒸罐及其管线出现渣堵，沉降槽底部排出的几乎全部为细灰渣。兖矿鲁南化肥厂自1994年气化炉运行达到设计能力后，至1997年渣堵现象并不明显。1997年后，由于B炉拆除了破渣机，渣堵问 题逐渐暴露出来，每年均有数次严重渣堵，影响气化炉的安全运行。特别是在2001年1月至4月间，B炉出现20余次渣堵，致使气化炉被 迫减负荷。
3、其中特别严重的渣堵有3次，锁斗及闪蒸管线均被灰渣：堵死，致使气化炉被迫停车处理。打开人孔检查，灰渣已堆到气化炉 的入孔以上，并发现大量直径在200300 mn左右的块渣及20 mm左右的渣块，很难处理，严重影响厂生产。2 渣堵的原因分析2.1 炉渣的组成与分类根据渣的组成和生成原因，炉渣可以分为4类。(1) 灰渣灰渣为直径0.55.0mm的渣粒，主要来源于气化炉内煤浆颗粒在雾化燃烧过程中，微粒间碰撞烧结后，随着气流进入激冷水浴， 经过激冷破碎而成。其主要成份见表 1。耒3w证FcOiCil，真61吗Ti11 IQE-塔1.43f.T?(2) 块渣直径在5.0mm以上的为块渣，但质地较为疏松，主
4、要来源于沿炉壁流下的熔渣。当温度低时，炉壁积累了厚厚的渣层，当温度突然 升高时，大片的熔渣被烧下来，进入激冷室，未能被完全激冷破碎。其主要成份与灰渣相同。(3) 疤渣 疤渣为块渣，但质地较为坚硬且致密。成因是熔渣的组份渗透熔解耐火砖的组份后，形成了低熔点化合物：当熔渣的侵蚀作用加强、生成的低熔点化合物较多时，就进入激冷室。这种熔渣通常难以被激冷破碎，其主要组成包括CaSiO、CaSiO、CaAl Fe O、CaOAl O，242522 72 3SiO 、CaCrO 、CaZrO 等低熔点化合物，质地较为坚硬，大都呈熔融玻璃状。234(4) 砖渣 砖渣主要是一些损蚀剥落的耐火砖碎块：熔渣的主要成
5、份逐渐沿着耐火砖的气孔或裂纹侵入耐火砖内，形成共熔物。开停车过程中压力、温度巨变时，共熔物发生热应力膨胀，沿着气孔或裂纹使砖分离、剥落，进入激冷室成为砖渣。主要成份和耐火砖略为不同，见表2。 舉：陆置及従耳体叨主梵S3成 I昴】55r OiAl：n：3*50- 4656. SO2-抄II.jIi112 442.2 渣堵原因分析(1) 原料煤种变化的影响 入炉煤中灰份含量的变化及灰渣组份的变化，也会影响到灰渣的熔融特性(即确定气化炉操作温度所需要测定的入炉煤浆的灰熔点T)。灰熔点过高或过低，均会使气化炉温度发生变化，影响气化炉排渣。煤灰渣的组份又是灰渣粘温特性的主要影响因素之一，其中A1O、3
6、2 3 SiO的含量过高均会使灰渣熔点升高，粘度变差，而灰渣中FeO、CaO的含量也会影响灰渣的熔点和粘度。2 2 3因而，如果煤种的灰份含量增高，灰渣中的FeO、CaO含量过高，将会导致灰渣的熔点过高，粘温特性变差，灰渣的焦渣特性(即灰23 渣的粘结指数)变大，容易形成质地坚硬、体积较大的块渣，造成渣堵。(2) 耐火砖的损蚀过程发生变化 在气化炉的反应区，熔渣会与耐火砖形成一层低熔点化合物。随着外界因素如气化炉操作工况、煤灰组份等的变化，会加剧灰渣对耐火砖的损蚀，使低熔点化合物逐层被剥蚀下来，形成大块的疤渣。当投料或压力波动较大时，也会使耐火砖沿裂纹剥落，形成大块的砖 渣，使锁斗排渣困难，造
7、成渣堵。这种渣堵一般较难处理，需停车处理。另外，耐火砖的自身质量及砌砖的整体质量也是决定结渣快慢的一个因素。若耐火砖的含铬量，高、气孔率小、砌筑砖缝小、且灰 浆饱满，其相应抵抗灰渣的侵蚀性也强，不易结渣。(3) 气化炉操作工况的影响气化炉的操作工况较为复杂，其中操作炉温是影响气化炉渣堵的一个主要因素。由于外界工况如氧压的变化，炉温由高到低变化幅度较大时，炉温低时挂在耐火砖表面的厚厚熔渣及低熔物脱落，在激冷室形成 块渣和疤渣。另外，炉温高时，熔渣中的各侵蚀性金属元素活跃，极易渗透进入耐火砖本体，加快砖的损蚀。高炉温也会使砖的抗侵蚀能 力和机械强度下降，加快耐火砖的烧损，这就不可避免地造成气化炉的
8、渣堵。工业试验证明，炉温每升高100C，熔渣对砖的损蚀就会加快 1倍。压力的影响较炉温而言相对较弱，但其影响也不容忽视，因而气化炉操作压力应尽可能保持稳定。(4) 设备因素设置破渣机的目的是为防止大块的熔渣和砖渣所造成的渣堵。但从装置投用至矍997 年底，并未暴露出特别严重的渣堵现象，相反 由于破渣机轴封泄漏原因，严重影响了气化炉的安全运行，因而将破渣机拆除，并与A炉作对比试验。这也是由于存在设备缺陷而造成2000 年初 B 炉渣堵特别严重的又重要因素。(5) 其它影响因素 由于烧嘴装配尺寸不匹配或烧嘴使用后期磨损较为严重而形成偏喷，发生反应区偏流现象，使煤浆与氧的反应过程变化而导致渣的生成状
9、态也发生变化，形成大块渣，造成渣堵。另外，由于气化炉的不稳定运行，也会导致块渣的生成。3 预防气化炉渣堵的措施3.1 稳定煤源，优化配煤技术水煤浆加压气化要求煤种在反应性、成浆性、灰熔融特性方面均应达到一定的指标：热值在25.12MJ/ kg以上，灰熔点(T3)在重300C以下(但不可过低)，原料煤中的灰份含量不得高于12%15%(越低越好)。为防止气化炉渣堵，并充分考 虑到运行的经济性，我们采用精煤掺配技术。所选用的精煤品种均符合指标，并对采购煤种严格把关，特别控制煤种的灰份含量绝对要小于10。通过采用定的掺配比例达 到降低入炉煤的灰熔点、改变煤灰渣的组份，以减缓对耐火砖的损蚀，改善熔渣的形
10、成状态，最大限度地减少疤渣、砖渣的生成，从而尽 可能地防止气化炉渣堵现象的发生。3.2 把好耐火砖的质量耐火砖要严格按照其理化性能标准选用，严把质量关。还应加强砌筑质量管理，严格执行筑炉技术要求：控制横向灰缝Wl mm、纵 向灰缝W1.8 mm,灰缝耐火泥浆要饱满，垂直度偏差5 mm / m,水平度偏差为土4mm/m,最大同心度为5mm。另外，严格按照烘炉曲线 烘炉升温，控制升温速率为25C/h。3.3 严格控制操作温度(1) 正常运行时，要严格执行工艺指标，控制炉温在1 350C以下，这对防止气化炉的渣堵十分重要。若高温热电偶烧坏后，可根据 在线质谱仪测得的气体成份含量及甲烷含量综合判断炉温
11、的高低，严禁超温操作。并且采用氧煤比自动跟踪技术，可以避免炉温的大幅度 波动。采用新的高温热电偶装配技术，延长高温热电偶的使用寿命，对稳定炉温同样重要。(2) 投料时炉温不可过高。投料是系统一个突变的过程，炉温会瞬间猛升，加快耐火砖的损蚀，加速疤渣、砖渣形成，易造成气化 炉的渣堵。 因而在投料时，要将投料的氧煤比调低，控制炉温在合适的范围内。(3) 加强入炉煤浆灰熔点的检测，每天都应准时、快速地将灰熔点(T3检测出来并将结果报给控制室，由操作人员参照灰渣的粘温特 性变化情况，随时调整气化炉的操作温度。(4) 通常以灰渣流动时其粘度在2535Pas时的温度作为气化炉的操作温度，此时气化炉的排渣较
12、为顺利。3.4 稳定气化炉运行，加强气化炉安全生产管理(1) 对德士古气化炉的安全联锁系统及高压通过B炉与未拆除破渣机的A炉的对比试验后，决定于2001年11月回装破渣机，以消除严重渣堵的影响。4 结语(1) 引起气化炉渣堵的原因是多方面的，诸如煤种灰份含量及组成变化、熔渣对耐火砖损蚀。的加剧以及炉温的大幅度波动，均能 改变渣的状态，造成排渣不正常，容易导致渣堵。(2) 对德士古气化炉采取了正确的预防措施，基本上已杜绝了渣堵现象的发生。即便发生了渣堵，操作人员也会采取不同的措施进 行处理，使系统尽快恢复正常。(3) 每年可避免因气化炉渣堵而造成合成氨系统停车至少2次，每次开停车中相关工序设备的
13、运行费用、放空的合成气及检修费用 累计可达 20万元。仅此一项，年节约费用40余万元左右，经济效益十分显著。德士古气化装置闪蒸系统改造总结聂成元，朱冬梅(兖矿鲁南化肥厂，山东滕州277527) 2002-03-16我厂德士古水煤浆加压气化装置采用三级黑水闪蒸流程，闪蒸气和灰水经两级逆流换热，进行余热回收，充分体现了这套装置在节 能降耗和环境保护方面的优越性。但在运行中，存在着闪蒸罐垢堵和管道磨蚀穿孔现象，严重影响了气化装置的运行。我厂组织力量不断 攻关，大胆探索，使闪蒸流程更趋完善，现将近几年来的技改总结如下。1 闪蒸系统现状和存在的问题1.1 闪蒸系统流程简介气化炉和洗涤塔排出的黑水由节流减
14、压阀依次进入高压闪蒸罐和中压闪蒸罐，高温液体在罐内降压膨胀，闪蒸气经两级换热后进入 火炬，闪蒸后的含固黑水自流进负压控制的真空闪蒸罐，真空闪蒸后的底流物由沉降槽给料泵泵入沉降槽，黑水逐步被浓缩，含固量越来 越高，在沉降槽内和絮凝剂充分接触。固体颗粒沉降到底部排出，过滤、较清的灰水溢流进入灰水罐，通过高压灰水泵泵入系统循环利用。 其中高压灰水和高中压闪蒸罐闪蒸出的汽气混合物(温度大约为70C和144C)逆向接触换热，灰水温度经两级换热后由70C升至150C左 右，余热得到极大程度的回收。1.2 闪蒸系统存在的问题德士古气化装置的闪蒸系统虽然有很多优越性，但试车以来，每年均有数次因闪蒸系统的问题导
15、致气化装置无法运行而停车或减量， 还因疏通系统堵塞，发生数起人身烫伤事故。运行中发现闪蒸系统主要存在以下问题。(1) 原设计真空闪蒸罐位于框架二楼，出口黑水必须经沉降槽给料泵泵人沉降槽，对液位调节系统要求较高，泵故障率较高，泄漏 的黑水四溅，污染环境，整个闪蒸系统管理困难，维护费用高。(2) 闪蒸系统罐内和管道内壁结有大量垢层，极易脱落堆积在罐的底部，堵塞罐的黑水出口和卡住自调阀，清理难度大，而且危险 性大，极易发生烫伤事故。另外，还造成系统无法运行而迫使气化装置停车处理。(3) 闪蒸系统黑水含固量大，且固体多为高温玻璃体，随着黑水的流动，冲刷磨蚀弯头、管道。一旦关键部位被磨蚀穿孔，气化装 置就须减量或停车处理，影响气化装置长周期运行。(4) 大量的含固黑水夹杂着汽气混合物进入各级闪蒸罐顶换热器，在换热器中易沉积结垢，影响换热效果。1.3 闪蒸系统堵塞的原因随着闪蒸的进行，黑水中的Ca2+、吟-、HCO3-等离子浓度逐渐升高，达到生成CaCO3的条件后，CaCO3及其他不溶性盐类与黑水中的 炭黑颗粒吸附在设备内壁上，慢慢形成较厚的垢层，特别是锥体部位，可达20cm左右。当遇到开停车或操作不稳定时，温度变化较大，由 于设备和灰垢的膨胀系数差别较大，灰垢较易剥落，堵塞管路和罐
