(中海油大同SNG項(xiàng)目組，山西 大同 037000)

碎煤加壓氣化爐是煤化工的關(guān)鍵設(shè)備，也被看作是煤氣化爐中的發(fā)生器。這種產(chǎn)自德國的工藝技術(shù)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛地應(yīng)用。上世紀(jì)70年代末期，山西化肥廠氣化裝置成套引進(jìn)了德國魯奇第三代碎煤加壓氣化工藝技術(shù)，同時(shí)也開始了針對(duì)魯奇工藝生產(chǎn)的探索和研究。本文以國內(nèi)采用該氣化技術(shù)的某化工企業(yè)對(duì)魯奇碎煤爐的運(yùn)行狀況作為研究對(duì)象，總結(jié)了國內(nèi)魯奇工藝加壓氣化爐的運(yùn)行和改造現(xiàn)狀，提出了氣化爐空氣點(diǎn)火的注意事項(xiàng)和操作方式。

1 碎煤加壓氣化技術(shù)來源

魯奇加壓氣化爐是最早的一種碎煤加壓氣化工藝，也是工業(yè)化最早的一種加壓氣化工藝。以固態(tài)排渣的魯奇碎煤加壓氣化技術(shù)于1927年開始研發(fā)，經(jīng)過70多年的不斷發(fā)展和改進(jìn)，魯奇碎煤氣化爐處理煤種的適應(yīng)性由原先的褐煤逐漸擴(kuò)展到弱黏結(jié)煤的所有煤種，該氣化技術(shù)的單爐產(chǎn)氣量也不斷增加，由原先的第一代爐型8 000Nm3/h到現(xiàn)在的第4代爐型120 000Nm3/h。由于工藝技術(shù)的不斷完善和成熟，魯奇公司的氣化技術(shù)已經(jīng)被很多國家采用。到目前為止，魯奇公司先后開發(fā)出了4代氣化技術(shù)，尤其是魯奇Mark4型第3代氣化技術(shù)，在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的應(yīng)用。世界范圍內(nèi)，由魯奇公司提供成套技術(shù)并且正在運(yùn)行的氣化爐有100多臺(tái)，其中80 臺(tái)在南非，14臺(tái)在美國，7臺(tái)在印度金達(dá)，7臺(tái)在中國(其中4臺(tái)在天脊集團(tuán)，3臺(tái)在河南義馬集團(tuán))。目前，該氣化爐運(yùn)行狀況良好。早期國內(nèi)采用的是魯奇Mark4型氣化爐，氣化爐壓力2.95～3.05MPa(g)，單爐產(chǎn)氣量3.5萬～5.5萬Nm3/h，氣化爐運(yùn)行基本穩(wěn)定，也基本實(shí)現(xiàn)了污水達(dá)標(biāo)排放。

2 碎煤加壓氣化技術(shù)在國內(nèi)的開發(fā)與應(yīng)用

在中國，為了開發(fā)這項(xiàng)煤氣化技術(shù)，上世紀(jì)60年代初到70年代末，我國也相繼在云南、沈陽、山西、哈爾濱、蘭州等地建起了魯奇碎煤加壓氣化工廠。國內(nèi)的賽鼎工程有限公司主要承擔(dān)設(shè)計(jì)了φ2.8碎煤加壓氣化爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，賽鼎工程公司完成了天脊第5臺(tái)爐Mark4氣化爐設(shè)計(jì)和義馬煤氣廠5臺(tái)Mark4氣化爐的設(shè)計(jì)，并順利建成投產(chǎn)。

近年來，賽鼎工程有限公司又在Mark4型氣化爐運(yùn)行操作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了新一代碎煤加壓氣化爐——賽鼎4.0氣化爐。大唐克什克騰煤制天然氣公司氣化裝置就采用該公司設(shè)計(jì)的4.0MPa(g)的碎煤加壓氣化爐，該碎煤加壓氣化爐實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行。

3 碎煤加壓氣化爐工藝特點(diǎn)

碎煤加壓氣化工藝技術(shù)是以煤和氣化劑中的氧氣燃燒提供熱量，由底部旋轉(zhuǎn)的爐箅來分布?xì)饣瘎?，并與上部下降的燃料煤逆向接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后的煤將剩余的灰渣以固態(tài)形式排出氣化爐的生產(chǎn)工藝。氣化爐爐體是由雙層鋼板制成的壓力容器，內(nèi)外筒體之間形成一夾套，夾套內(nèi)充有鍋爐水作為補(bǔ)給水，操作期間，夾套吸收氣化爐內(nèi)的熱量，產(chǎn)生飽和蒸汽，壓力稍高于氣化爐壓力，此蒸汽并入到氣化劑管線后返回至氣化爐內(nèi)，這樣可合理利用了自產(chǎn)蒸汽，外供的過熱蒸汽供給量就減少了。

粒度為6～50mm的煤，從常壓的煤倉通過煤鎖加泄壓間斷地加入到帶壓的氣化爐內(nèi)。煤進(jìn)入氣化爐后，經(jīng)過煤的干燥、干餾進(jìn)入到氣化層，與來自底部爐箅的氣化劑(經(jīng)過灰渣層吸熱和燃燒層燃燒)逆流接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成含有一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷等成分的合成粗煤氣，生成的粗煤氣將熱量傳遞給逐步下降的煤層，以500～600℃的溫度離開氣化爐進(jìn)入到氣化裝置的洗滌冷卻系統(tǒng)，進(jìn)行處理后送出界區(qū)，洗滌冷液混合物被送入煤氣水分離裝置進(jìn)一步分離。反應(yīng)完的燃料煤所產(chǎn)生的灰渣被連續(xù)排入到底部的灰鎖中，通過加泄壓間斷地排入到底部的豎灰管中，進(jìn)入到排渣溝中用循環(huán)灰水沖至灰渣池。

4 碎煤加壓氣化爐點(diǎn)火原理

4.1 煤自燃的原理

碎煤加壓氣化爐開車過程共5步，主要包括蒸汽升溫、空氣點(diǎn)火、徹氧、提壓和并網(wǎng)。其中，空氣點(diǎn)火是氣化爐開車過程中重要的步驟之一，是氣化爐順利開車的關(guān)鍵步驟。

碎煤加壓氣化爐用空氣點(diǎn)火的設(shè)計(jì)是結(jié)合了煤的自燃原理，煤在空氣中長時(shí)間堆積就會(huì)出現(xiàn)自燃現(xiàn)象。暴露在空氣中的煤會(huì)逐漸被氧化，由于其氧化過程放出熱量，但煤屬于非均相物質(zhì)，所產(chǎn)生的熱量不易被傳導(dǎo)出去，就會(huì)使煤的溫度越來越高，受熱的煤就會(huì)熱解，溫度就會(huì)進(jìn)一步升高，最終發(fā)生自燃。根據(jù)燃燒的三要素，當(dāng)可燃物、助燃物、溫度三者并存時(shí)，物質(zhì)就會(huì)燃燒。因此，碎煤加壓氣化爐用空氣點(diǎn)火就是利用煤是可燃物的原理，通入蒸汽對(duì)其加熱，使其加速達(dá)到自身的燃點(diǎn)，再通入空氣將其點(diǎn)燃，從而完成對(duì)氣化爐的點(diǎn)火。

4.2 碎煤加壓氣化點(diǎn)火的過程及原理

過去，碎煤加壓氣化采用明火點(diǎn)火開車操作，在氣化爐的頂部設(shè)置2～3個(gè)直徑為100mm的點(diǎn)火孔，其點(diǎn)火前需預(yù)先準(zhǔn)備在爐內(nèi)鋪設(shè)易燃的木柴、油布等，然后將點(diǎn)燃的火把由頂部的點(diǎn)火孔投入到氣化爐內(nèi)引燃開車，隨后逐步加入燃料煤來完成氣化爐點(diǎn)火。

現(xiàn)在，碎煤加壓氣化爐點(diǎn)火的方式是基于煤的自燃和氧化原理，采用空氣或氧氣點(diǎn)火(目前考慮的煤種及安全的原因主要采用空氣點(diǎn)火)。首先，通過爐箅將高壓蒸汽從氣化爐底部的氣化劑管線通入到氣化爐內(nèi)，對(duì)氣化爐內(nèi)燃料煤升溫，根據(jù)升溫的情況再通入空氣將燃料煤點(diǎn)燃。由煤的自燃原理可知，原料煤溫度越高越利于煤自燃，煤層散熱越慢越有利于煤的點(diǎn)火?？梢姡瑸榱隧樌c(diǎn)火，對(duì)煤層加熱和防止其散熱是氣化爐點(diǎn)火成功的關(guān)鍵。

5 氣化爐空氣點(diǎn)火的一般操作步驟

5.1 蒸汽升溫

緩慢將高壓蒸汽經(jīng)氣化劑管線通入到氣化爐內(nèi)，穩(wěn)定蒸汽流量，逐漸調(diào)整氣化爐壓力，將其設(shè)定在0.3或0.4MPa(g)，將壓力控制閥投入自動(dòng)運(yùn)行，保持壓力穩(wěn)定。氣化爐蒸汽升溫時(shí)，使氣化爐的壓力保持在0.4MPa(g)，對(duì)于氣化爐燃料煤的升溫有很好的作用。因?yàn)樵O(shè)定穩(wěn)定壓力時(shí)，可以避免由于壓力的波動(dòng)導(dǎo)致氣化爐內(nèi)的小顆粒被攜帶出去，使床層平穩(wěn)，熱效提高，也使床層受熱均勻，但也要及時(shí)排放與煤換熱后高溫蒸汽的冷凝液。

5.2 空氣點(diǎn)火

氣化爐空氣點(diǎn)火指的是將煤加熱到自燃點(diǎn)，然后通入空氣將煤點(diǎn)燃。

(1)首先，確認(rèn)空氣點(diǎn)火的重要條件，當(dāng)氣化爐的高壓過熱蒸汽連續(xù)對(duì)氣化爐內(nèi)的煤層升溫加熱達(dá)到或超過3h，氣化爐出口溫度大于100℃以上時(shí)，就具備空氣點(diǎn)火的條件。

(2)關(guān)閉進(jìn)入氣化爐的過熱蒸汽，緩慢將開工空氣通入到氣化爐內(nèi)，空氣流量控制在1 500～2 000Nm3/h之間并保持穩(wěn)定。用氣體分析儀連續(xù)分析氣化爐出口氣體的成分，主要是CO2和O2的含量。若連續(xù)幾個(gè)分析樣中CO2>3%且逐漸在增加，O2<16%且在下降，則就可判斷氣化爐內(nèi)煤已點(diǎn)燃。繼續(xù)通入空氣，適當(dāng)配入過熱蒸汽調(diào)整進(jìn)氣化爐氣化劑的溫度在120～140℃，半小時(shí)后增加空氣流量至3 000Nm3/h，此時(shí)相應(yīng)地調(diào)整蒸汽流量，以維持氣化劑的溫度處于穩(wěn)定。

6 空氣點(diǎn)火后存在的問題

按照以上步驟進(jìn)行空氣點(diǎn)火后，化驗(yàn)分析空氣點(diǎn)火成功，但當(dāng)通入蒸汽后仍出現(xiàn)氣化爐熄火或者指標(biāo)長時(shí)間不合格的情況。在實(shí)踐中出現(xiàn)多次氣化爐點(diǎn)火熄滅的情況，氣化爐點(diǎn)火失敗就需要重新開始蒸汽升溫等一系列的操作步驟，嚴(yán)重影響了氣化爐的開車時(shí)間和安全運(yùn)行。

7 解決辦法

經(jīng)過分析氣化爐內(nèi)煤點(diǎn)火熄滅的情況，認(rèn)為在點(diǎn)火初期已經(jīng)確認(rèn)點(diǎn)火成功，通入蒸汽時(shí)反而熄火，造成爐內(nèi)熄火的根本原因就是蒸汽量的配入過早、過大，使熱量被帶走，致使煤層溫度降低而滅火。因?yàn)辄c(diǎn)火完成初期，著火的床層溫度并不算太高，整個(gè)床層未能全部點(diǎn)燃，此時(shí)只有部分燃料煤被點(diǎn)燃，燃燒反應(yīng)比較弱。若此時(shí)過早地大量增加蒸汽來調(diào)節(jié)氣化劑溫度，雖然進(jìn)入氣化爐的氣化劑溫度是提高了，但是也會(huì)由于氣流量太大，將氣化爐內(nèi)的熱量帶出，即氣化爐燃燒所產(chǎn)生的熱量低于氣流帶走的熱量，使?fàn)t內(nèi)反應(yīng)熱量與損失不平衡，反而將氣化爐內(nèi)煤吹滅，最終導(dǎo)致熄火。即使按照氣化劑120～140℃溫度來調(diào)節(jié)，也會(huì)出現(xiàn)熄滅的情況。因此，決定在空氣點(diǎn)火后再不急于投入蒸汽來調(diào)整氣化劑溫度，而是繼續(xù)通入空氣讓其繼續(xù)燃燒并緩慢增加空氣量，讓床層溫度平穩(wěn)升高，并且觀察氣化爐出口氧氣的指標(biāo)，直至氣化爐出口氧氣指標(biāo)合格，即氧含量≤0.1%后，再配入蒸汽，這樣就可以避免由于蒸汽量過大，導(dǎo)致氣化爐煤層熄火，也可以避免氧氣指標(biāo)長時(shí)間不合格。某化工企業(yè)進(jìn)行多次實(shí)踐，都取得了圓滿的成功。

在中煤朔州某新建的碎煤加壓氣化裝置氣化開車過程中，按照原先的操作步驟，在點(diǎn)火后配入蒸汽，也多次出現(xiàn)點(diǎn)火不成功或氧氣指標(biāo)合格緩慢的情況，嚴(yán)重影響了開車的時(shí)間及安全。在改進(jìn)操作方法后，沒有出現(xiàn)過點(diǎn)火不成功的情況，并且氣化爐在運(yùn)行中更安全。在實(shí)踐中采用這種方式，點(diǎn)火成功率達(dá)到了100%，提高了氣化爐開車運(yùn)行的穩(wěn)定性。

8 結(jié)語

在碎煤加壓氣化爐的點(diǎn)火步驟中，不急于通入蒸汽，待床層溫度升高并且氧氣指標(biāo)合格后再配入蒸汽，這種操作方式既可以提高氣化爐點(diǎn)火成功率，又可以減少污水和廢氣的排放，還可以減少公共工程氮?dú)獾南?。在?shí)踐生產(chǎn)過程中更安全、穩(wěn)定，也使廣大操作人員的操作更加簡便、快捷。