沈東新

（大慶油田牡丹江新能源有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163411）

固定層造氣爐在運(yùn)行中的主要影響因素及改進(jìn)措施

沈東新

（大慶油田牡丹江新能源有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163411）

對造氣爐內(nèi)結(jié)塊、結(jié)疤嚴(yán)重、火層上移、爐內(nèi)單點(diǎn)溫度升高等情況的主要影響因素進(jìn)行分析研究，并采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施，取得了較好的效果。

造氣爐；焦炭；水夾套；火層；問題

大慶油田化工有限公司醋酸裝置使用的固定層造氣爐，是以二級冶金焦為原料，以純氧和二氧化碳為氣化劑，經(jīng)過碳的氧化還原反應(yīng)制得含一氧化碳～68%（V）粗原料氣。在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了爐內(nèi)結(jié)塊、結(jié)疤嚴(yán)重，火層上移，爐內(nèi)單點(diǎn)溫度升高等一系列的問題，筆者根據(jù)造氣爐運(yùn)行的實(shí)際情況，通過分析、總結(jié)，找出了問題的主要影響因素。

1　固定層造氣爐運(yùn)行原理

固定層造氣爐底部有爐篦裝置，燃料由上端加入，而氣化劑由下端鼓入，燃料與氣化劑逆向移動，在氣化層內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，燃料自上而下移動時(shí)，發(fā)生一系列物理和化學(xué)變化，共分為5層，分別為干燥層、干餾層、還原層、氧化層及灰渣層，造氣爐簡圖見圖1。（1）干燥層：在燃料層的頂部，新補(bǔ)充的燃料與熱的煤氣接觸，使燃料中的水分蒸發(fā)。（2）干餾層：溫度比干燥層稍高，燃料發(fā)生熱分解，放出揮發(fā)份及其它熱分解產(chǎn)物；（3）還原層：熾熱的原料在還原層中與氣化劑中的二氧化碳?xì)獍l(fā)生還原反應(yīng)，生成CO氣；（4）氧化層：溫度最高的區(qū)域，熾熱的焦炭被氣化劑中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳，并放出大量的熱量，還原層中的熱化學(xué)反應(yīng)所需的熱量以此來維持；（5）灰渣層：氣化后爐渣所形成的灰層，它能預(yù)熱和均勻分布自爐底進(jìn)入的氣化劑、并起著保護(hù)爐條和灰盤的作用。

圖1　造氣爐簡圖

2　原料焦炭性質(zhì)的影響

2.1焦炭的灰融點(diǎn)

造氣爐按原設(shè)計(jì)條件，入爐混合氣量為2 600 m3/h，氧碳比為0.43～0.54，氣化層溫度在1 300℃左右，所使用原料焦的灰融點(diǎn)≥1 420℃，氣化層溫度始終低于灰融點(diǎn)溫度操作。

造氣爐在使用本地焦炭時(shí)，由于本地焦炭灰融點(diǎn)較低，通常為1 350～1 380℃。造氣爐實(shí)際氣化層溫度較高，通常在1 350～1 400℃。造氣爐操作溫度高于焦炭灰融點(diǎn)，導(dǎo)致了造氣爐內(nèi)結(jié)塊、結(jié)疤嚴(yán)重，火層上移，爐內(nèi)單點(diǎn)溫度升高，不易控制，從而造成了以下一系列的問題：排渣困難、局部灰渣層厚、火層偏移，炭層布風(fēng)不均，容易出現(xiàn)爐壁結(jié)疤，爐外壁串氣以至燒壞筒體。即使輔助人工扒渣、扒塊也不能完全扭轉(zhuǎn)造氣爐工部惡化的局面，另外給操作工帶來的困難是每班停爐扒塊頻次高，高時(shí)達(dá)10次之多，勞動強(qiáng)度大，而且增加了人員的操作危險(xiǎn)性。

在控制造氣爐溫度上做了大量的試驗(yàn)。造氣爐剛開始運(yùn)行時(shí)，氧碳比定為0.40～0.42，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)的0.43～0.54，運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)結(jié)塊嚴(yán)重，排渣困難，且爐中部單點(diǎn)溫度高。為降低操作溫度，使氣化層溫度降低至灰融點(diǎn)以下，繼續(xù)降低氧碳比，定為0.36～0.38操作，但仍沒有改變爐下結(jié)塊的情況；而所帶來的另一種新情況是：火層下移、爐條局部受損，嚴(yán)重威脅到爐篦的安全運(yùn)行。

為了解決灰熔點(diǎn)低的問題，造氣爐正式使用山西焦炭。使用山西焦炭后，造氣爐工藝狀況出現(xiàn)了巨大的變化：爐中部溫度由最高1 300℃以上降至900℃，不再出現(xiàn)單點(diǎn)溫度高的情況，爐下部溫度由600～700℃降至200～400℃，氣化層較為集中；爐下不易結(jié)塊，排渣順暢；氧碳比由0.42提至0.48，粗煤氣中CO成份由55%提高至67%；更為顯著的變化是單爐產(chǎn)氣量大，而且爐況穩(wěn)定。山西焦炭特點(diǎn)：（1）焦炭灰融點(diǎn)高，通常大于1 500℃，使造氣爐溫度可以低于灰融點(diǎn)操作，爐況更穩(wěn)定。（2）灰份少、固定碳含量高、揮發(fā)分少，產(chǎn)出的粗煤氣有效氣體成份高，雜質(zhì)氣體成份少。

2.2焦炭的水份

焦炭水份高會對造氣爐系統(tǒng)設(shè)備和精制氣中氫氣含量產(chǎn)生影響。

（1）焦炭水份含量高，使?fàn)t子出來的粗煤氣中含有大量的水蒸汽。粗煤氣在經(jīng)過翅片式熱管換熱器后，溫度降至120～160℃。粗煤氣在熱管換熱器中溫度經(jīng)過水蒸汽露點(diǎn)，約為160℃，存在大量H2S和水蒸汽的情況下，熱管換熱器中熱管產(chǎn)生明顯的露點(diǎn)腐蝕，帶來的危害有兩點(diǎn)：一是使熱管腐蝕穿孔，造成熱管串氣，富氧混合氣串入煤氣系統(tǒng)，煤氣氧高，氧高的危害是非常明顯的；二是易使熱管翅片積灰，熱管換熱面積減少，換熱能力下降。停爐時(shí)，粗煤氣由煙囪放空，在有大量水蒸汽的情況下同樣會對煙囪造成露點(diǎn)腐蝕。（2）焦炭水份高會導(dǎo)致精制氣中氫氣含量升高。焦炭水份超過指標(biāo)，特別是達(dá)到10%后，精制氣中氫氣含量升高約0.6%，排放掉此部分氫氣，需要排放10倍的CO氣，從而造成有效氣體成份的損失。

2.3焦炭的粒度

粒度不均勻，造成料層阻力不均勻，產(chǎn)生局部過熱，造成結(jié)疤、結(jié)塊。且燃料層容易被吹翻。（1）粒度大的焦燒不透，返焦率高。粒度過大，雖有利于提高氣化劑量，但由于氣化劑與焦的接觸面積小，氣化反應(yīng)不完全，還容易火層上移導(dǎo)致結(jié)疤，氣化質(zhì)量下降熱損失增大。（2）粒度過小，增加了氣化反應(yīng)面積，有利于氣化反應(yīng)，但燃料層阻力增大，吹風(fēng)量受到限制，影響了爐子生產(chǎn)能力。

3　造氣爐水夾套高度的影響

造氣爐水夾套距火面的高度較低，致使火層波動彈性小，當(dāng)運(yùn)行過程中發(fā)生加料不均、布風(fēng)不均勻、火層不均勻等現(xiàn)象時(shí)，則會出現(xiàn)造氣爐內(nèi)局部火層偏高，局部火層偏低，爐上溫度和爐下溫度均高的等不正常情況，而由于部分火層已高出水夾套的高度范圍，極易造成造氣爐筒體溫度過高，甚至發(fā)生燒穿筒體的事故?？赏ㄟ^增加水夾套高度或改為全水夾套型爐子，來增加火層的控制彈性，防止火層波動時(shí)，造氣爐筒體溫度過高。

4　結(jié)語

通過對以上影響因素的有效控制，基本解決了爐內(nèi)結(jié)塊、結(jié)疤嚴(yán)重，火層上移，爐內(nèi)單點(diǎn)溫度升高等一系列的問題，造氣爐能夠平穩(wěn)的運(yùn)行。

TQ054

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1671-0711（2016）08（下）-0036-02