兩種水煤漿氣化爐運(yùn)行工藝比較

1、兩種水煤漿加壓氣化爐設(shè)備特點(diǎn)比較作者/來源：周夏，王吉順(山東華魯恒升化工股份有限公司，德州 253024) 日期：2009-1-16在新型煤氣化技術(shù)中，水煤漿氣流床加壓氣化由于其具有單爐產(chǎn)氣能力大、氣化爐結(jié)構(gòu)簡單、合成氣質(zhì)量好、煤種適應(yīng)性較廣等技術(shù)優(yōu)勢，在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。在水煤漿氣流床加壓氣化技術(shù)方面，我國經(jīng)過技術(shù)引進(jìn)和10多年的消化吸收、技術(shù)改造、技術(shù)創(chuàng)新，形成了西北化工研究院開發(fā)的多元料漿單燒嘴氣化專有技術(shù)和水煤漿氣化及煤化工國家工程中心、華東理工大學(xué)等單位開發(fā)的四燒嘴對置式水煤漿氣化專利技術(shù)。    在山東華魯恒升化工股份有限公司國產(chǎn)化的1000 t

2、d合成氨大氮肥項(xiàng)目水煤漿氣化裝置中，由中國華陸工程公司對多元料漿單燒嘴氣化專有技術(shù)和多燒嘴對置式水煤漿氣化專利技術(shù)進(jìn)行了揉合，以煤為原料進(jìn)行多元料漿（以下簡稱煤漿）氣化，其中建設(shè)的氣化爐a為四燒嘴側(cè)面對置式氣化爐（以下簡稱氣化爐a），氣化爐bc為單燒嘴頂置式氣化爐（以下簡稱氣化爐bc）。兩種氣化爐的理論操作壓力均為6.5 mpa，日處理煤能力均為750 t。自2004年10月建成投料試車以來，兩種氣化爐顯現(xiàn)出了不同的技術(shù)特點(diǎn)。1  工藝流程與基本結(jié)構(gòu)    兩種氣化爐共用煤漿制備和灰水處理設(shè)備，其局部工藝流程分別見圖1及圖2。1.1  氣化爐a

3、    水煤漿經(jīng)兩臺隔膜泵加壓，通過4個(gè)對稱布置在氣化爐中上部同一水平面上的預(yù)膜式工藝燒嘴，與o2一起對噴進(jìn)入氣化爐，每臺隔膜泵分別為軸線上相對的兩個(gè)燒嘴供料。氣化爐燃燒室內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)由射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)和管流區(qū)所組成。氣化爐激冷室內(nèi)只有下降管，沒有上升管和折流裙板；下降管下端有4個(gè)切向排氣口；下降管與激冷室內(nèi)壁之間有4層鋸齒形破泡分隔板。工藝氣出氣化爐后，經(jīng)文丘里洗滌器、分離器和水洗塔后送變換工段。分離器內(nèi)有破泡板和導(dǎo)氣管；水洗塔工藝氣進(jìn)口無導(dǎo)氣管和升氣管，上部有固閥塔盤和旋流塔盤。氣化爐激冷室下部液、固相出口未設(shè)置破渣機(jī)。1.2

4、0; 氣化爐bc    按文獻(xiàn)介紹，氣化爐bc燃燒室內(nèi)流場按流動(dòng)過程可分為射流區(qū)、回流區(qū)和管流區(qū)（圖3）。激冷室內(nèi)設(shè)置有下降管、上升管和折流裙板。工藝燒嘴為內(nèi)外混式燒嘴。工藝氣出氣化爐后，經(jīng)文丘里洗滌器和水洗塔后送變換工段。水洗塔工藝氣進(jìn)口有導(dǎo)氣管和升氣管，上部設(shè)有與四燒嘴氣化爐一樣的固閥塔盤和旋流塔盤。氣化爐激冷室下部液、固相出口設(shè)置有破渣機(jī)。1.3  兩種氣化爐的工藝配置    就單臺氣化爐而言，四燒嘴氣化爐比單燒嘴氣化爐工藝配置要復(fù)雜，兩種氣化爐的工藝配置對比見表1。2  技術(shù)比較2.1  流場，溫

5、度場的分布    氣化爐a的4個(gè)工藝燒嘴在同一水平面上兩兩對置安裝，燒嘴噴出的物料在爐膛內(nèi)相互撞擊折流，使?fàn)t內(nèi)的反應(yīng)物呈曲線狀態(tài)向前移動(dòng)，流場呈梅花狀，這樣就大大延長了煤粒在氣化爐內(nèi)的停留時(shí)間，從而促使氣化反應(yīng)向更深層次發(fā)展，對于提高有效氣體成分和碳的轉(zhuǎn)化率都具有十分重要的意義，這是新型氣化爐專利技術(shù)的一項(xiàng)重大突破。實(shí)踐證明，采用撞擊流，加強(qiáng)了o2與水煤漿的混合，強(qiáng)化了熱質(zhì)傳遞。高溫區(qū)在燒嘴位置以下500 mm及燒嘴位置以上一直到拱頂，是耐火襯里蝕損最嚴(yán)重的部位，如燒嘴周圍及以下500 mm和以上筒體熱面磚累計(jì)使用3425 h就因蝕損過快而更換，而拱頂磚則在342

6、5 h的時(shí)間內(nèi)損蝕130 mm。由于兩兩對置的工藝燒嘴噴出的物料相互撞擊折流后以曲線向渣口運(yùn)動(dòng)，這樣氣化爐燃燒室內(nèi)的高溫區(qū)分布就會相對集中，使得渣口處的溫度相對較低（氣化爐a的爐膛設(shè)計(jì)得比氣化爐bc高，也是造成渣口溫度低的原因之一）。為了保證渣口順利以液態(tài)排渣，氣化爐a操作溫度相對較高，氧煤比較大。    氣化爐bc的燒嘴與煤氣、灰渣出口在同一軸線上，流場呈噴射狀，停留時(shí)間分布寬，射流以較大速率沖刷筒體下部及錐底耐火磚，下部熱電偶處爐溫最高。由于噴出速率較高，可能會有部分物料短路。氣化爐拱頂使用壽命較長，如氣化爐b第1爐拱頂磚在使用8892 h后蝕損60 mm，氣

7、化爐c第1爐拱頂磚在使用8412 h后蝕損132 mm，均比氣化爐a拱頂磚壽命要長。2.2  工藝指標(biāo)    用相同磨煤機(jī)磨出的煤漿，在相同煤漿流量和氣化爐壓力下，兩種氣化爐生產(chǎn)的有效氣體（coh2）含量、碳轉(zhuǎn)化率等工藝指標(biāo)對比見表2。由表2可以看出，氣化爐a生產(chǎn)的粗煤氣中有效氣體（coh2）含量和碳轉(zhuǎn)化率比氣化爐bc要高。    激冷室及水洗塔前分離器內(nèi)的破泡板對粗煤氣的除灰效果較好，但在一個(gè)運(yùn)行周期的后半段時(shí)間，這些破泡板造成的阻力也較大。氣化爐bc激冷室內(nèi)的下降管、上升管結(jié)構(gòu)易使粗煤氣帶灰、帶水。2.3  工

8、藝操作    相對氣化爐bc，由于氣化爐a涉及的閥門及聯(lián)鎖較多，操作復(fù)雜。由于未設(shè)置破渣機(jī)，從氣化爐a下來的灰渣經(jīng)常發(fā)生“架橋”現(xiàn)象。操作上很難將供給兩兩對置的工藝燒嘴的煤漿、o2流量、壓力控制得完全一致，以致難以形成理想中的撞擊流，從而對燒嘴及周圍的爐磚產(chǎn)生不利的影響。氣化爐a使用的預(yù)膜式燒嘴煤漿環(huán)隙較小，煤漿中出現(xiàn)大顆粒時(shí)容易阻塞燒嘴，從而影響燒嘴的霧化效果甚至出現(xiàn)偏噴，因此對磨煤粒度要求較嚴(yán)，對磨煤崗位操作技術(shù)要求高。高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，氣化爐a頂部堵頭燒蝕很快，為防止拱頂、頂部堵頭等高溫部位發(fā)生意外事故，不得不加強(qiáng)中控工藝人員的監(jiān)視和現(xiàn)場工藝人員的巡檢。由于氣化

9、爐a的工藝燒嘴為水平式安裝，意外跳車時(shí)，不容易把燒嘴內(nèi)的煤漿吹掃干凈，連投成功率較氣化爐bc低。總體上來說，氣化爐a比氣化爐bc操作難度大。2.4  設(shè)備檢修與維護(hù)    氣化爐bc更換1次工藝燒嘴所用時(shí)間不到0.5 h；而氣化爐a因燒嘴多達(dá)4個(gè)，且為橫置，燒嘴安裝時(shí)不易就位，安裝一次工藝燒嘴則需要45 h。    氣化爐a盲板比氣化爐bc多15塊，需要拆口、連口的位置比氣化爐bc多18個(gè)，每次開停車倒盲板等準(zhǔn)備工作量相當(dāng)大；氣化爐a纏繞墊等易損件消耗多，每次投料比氣化爐bc多消耗66片。   

10、 由于氣化爐a燃燒室內(nèi)高溫區(qū)靠近上部，除了該部位的爐磚蝕損過快外，頂部堵頭因?qū)ψ残纬傻幕鹧嬷苯訜g，每次停車都要重新制作，且必須待溫度降下來并檢查拱頂蝕損情況后才能確定堵頭的長度，因此頂部堵頭是影響氣化爐a高負(fù)荷長周期運(yùn)行的隱患。在裝置開車初期，頂部堵頭僅運(yùn)行86h就燒蝕近50?，F(xiàn)雖經(jīng)改造，但運(yùn)行12 d就燒蝕140 mm，給安全生產(chǎn)造成極大隱患。    在激冷室內(nèi)，氣化爐a用破泡板代替氣化爐bc的上升管。由于破泡板與相應(yīng)支架為焊接成形，停車時(shí)若不破壞局部破泡板，檢修人員無法從下部人孔進(jìn)入到激冷環(huán)進(jìn)水管處檢修、沖洗，因此每次沖洗激冷環(huán)，氣化爐a比氣化爐bc多用時(shí)2

11、0 h。    由于氣化爐a燃燒室的高溫區(qū)位于工藝燒嘴所在的上部，在高溫環(huán)境的輻射、烘烤之下，工藝燒嘴外噴頭端面比氣化爐bc所用工藝燒嘴更容易產(chǎn)生龜裂。    氣化爐a所用的預(yù)膜式工藝在煤漿沖刷下，燒嘴的小噴頭外錐和中噴頭內(nèi)錐產(chǎn)生磨損，中、小噴頭均需維修；而氣化爐bc所用的內(nèi)外混式工藝燒嘴在煤漿沖刷下只是中噴頭內(nèi)錐產(chǎn)生磨損，小噴頭一般不用維修。由于使用的是內(nèi)外混燒嘴，氣化爐bc有時(shí)會產(chǎn)生回火，將中、小噴頭及與之連接的燒嘴套管燒壞；而氣化爐a因使用的是預(yù)膜式燒嘴，就不容易產(chǎn)生回火。就工藝燒嘴維修費(fèi)用來看，如果不換噴頭和盤管等易損件，氣化

12、爐a工藝燒嘴維修一次需花費(fèi)7.2萬元，氣化爐bc則僅需1.8萬元。2.5  設(shè)備制造    為了保證工藝燒嘴噴出物料燃燒后形成良好的對撞效果，對氣化爐a燃燒室筒體的成型、四側(cè)壁燒嘴安裝法蘭組件的加工、組焊和二次加工及測量、檢查要求非常嚴(yán)格，制造難度大，必須采取特殊的工藝保證措施。由于在氣化爐a側(cè)壁上砌筑4個(gè)橫向燒嘴安裝洞口，也增加了氣化爐a燃燒室襯里砌筑的難度。氣化爐bc設(shè)備制造、耐火襯里砌筑相對來說都要比氣化爐a容易。2.6  設(shè)備大型化    由于氣化爐a采用四燒嘴供料，加大爐膛直徑后能夠減輕燒嘴偏噴造成的對面燒嘴周圍爐磚的損蝕，同時(shí)隨著燒嘴料漿環(huán)隙的加大更不容易因堵塞造成偏噴，在確定好合適的燒嘴中心線與氣化爐拱頂距離及拱頂結(jié)構(gòu)后比較適合于大型化。氣化爐bc采用頂置單燒嘴技術(shù)，由于單獨(dú)1個(gè)燒嘴的供料能力較大時(shí)不容易實(shí)現(xiàn)霧化，并且爐膛直徑加大后，因物料呈噴射狀離開燒嘴進(jìn)入氣化爐，氣化爐上部未被有效利用的“盲區(qū)”太大，在實(shí)現(xiàn)大型化方面有難度。3  結(jié)  語（1）兩種氣化爐的拱頂結(jié)構(gòu)不應(yīng)該完全相同。因?yàn)榫湍突鹨r里來說，