張飛飛

【摘?要】生物質(zhì)氣化-有機(jī)載體爐應(yīng)用于精細(xì)化工裝置單元，以導(dǎo)熱油為中間循環(huán)介質(zhì)供應(yīng)裝置精餾單元取熱，導(dǎo)熱油供熱控制指標(biāo)275℃-285℃，在工藝指標(biāo)滿足的條件下，有機(jī)載體爐爐膛溫度偏高，超出工藝指標(biāo)（600℃-700℃）范圍，針對(duì)當(dāng)前工藝情況，系統(tǒng)排查可能存在原因，并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)對(duì)生物質(zhì)氣原料質(zhì)量把控、更換燃燒噴嘴、調(diào)整鼓風(fēng)和引風(fēng)比例、增加氧化鋯氧含量分析儀等措施，有機(jī)載體爐爐膛溫度明顯下降。

【關(guān)鍵詞】生物質(zhì)氣化;導(dǎo)熱油;焦油;殘?zhí)?燃燒噴嘴

生物質(zhì)氣化-有機(jī)載體爐是一種新型應(yīng)用于中小型生產(chǎn)裝置組合工藝，是以生物質(zhì)為原料，通過(guò)復(fù)雜的熱化學(xué)反應(yīng)生成一氧化碳、甲烷、氫氣等可燃?xì)怏w，送入鍋爐燃燒器在有機(jī)載體爐中點(diǎn)燃后燃燒，有機(jī)載體爐通過(guò)熱輻射和熱對(duì)流將熱量傳遞導(dǎo)熱油作為中間循環(huán)介質(zhì)供熱供暖。

生物質(zhì)氣化原理

生物質(zhì)氣化是以生物質(zhì)顆粒為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等作為氣化劑（或稱氣化介質(zhì)），在高溫條件下通過(guò)熱化學(xué)反映將生物質(zhì)中可燃的部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)獾倪^(guò)程。生物質(zhì)氣化時(shí)產(chǎn)生的氣體，主要有效成分為CO、H2和CH4 等，稱為生物質(zhì)燃?xì)狻饣腿紵^(guò)程是密不可分的，燃燒是氣化的基礎(chǔ)，氣化是部分燃燒或缺氧燃燒。實(shí)際上，氣化是為了增加可燃?xì)獾漠a(chǎn)量而在高溫狀態(tài)下發(fā)生的熱解過(guò)程。生物質(zhì)氣化反應(yīng)過(guò)程包含有燃料的干燥、裂解反應(yīng)、氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。

生物質(zhì)氣化-有機(jī)載體爐主要工藝流程

1、工藝流程圖

2、工藝流程圖簡(jiǎn)介

簡(jiǎn)單破碎后的生物質(zhì)原料（水份高的需經(jīng)過(guò)干燥處理），用上料機(jī)輸送至氣化爐頂，再由螺旋給料機(jī)輸送入爐內(nèi)。氣化爐設(shè)有自動(dòng)點(diǎn)火裝置和緊急排空裝置，在生產(chǎn)啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)自動(dòng)點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃?xì)饣癄t內(nèi)燃料，產(chǎn)生高溫?zé)煔鈱?duì)爐內(nèi)生物質(zhì)原料進(jìn)行加熱升溫，原料在爐內(nèi)分別經(jīng)過(guò)氧化、裂解和還原反應(yīng)，生產(chǎn)的可燃?xì)怏w經(jīng)過(guò)氣化爐引風(fēng)機(jī)送入鍋爐燃燒器點(diǎn)燃后燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔夤┥镔|(zhì)氣化爐產(chǎn)生蒸汽。

當(dāng)前工藝存在問(wèn)題

該生物質(zhì)氣化爐為中低溫常壓操作，以生物質(zhì)木片為原料，氣化效率為72%，消耗生物原料3.75t/h，產(chǎn)氣量輸出功率1080×104Kcal/h（1080萬(wàn)大卡），額定產(chǎn)氣量8250m?/h，與生物質(zhì)氣化系統(tǒng)配套的有機(jī)載體爐設(shè)計(jì)熱負(fù)荷800萬(wàn)大卡，爐膛溫度指標(biāo)600℃-700℃，有機(jī)載體爐有效利用熱量根據(jù)導(dǎo)熱油熱量檢測(cè)儀計(jì)算，每小時(shí)熱值約20-22GJ/h，有機(jī)載體爐爐膛溫度偏高，存在安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

從以上兩個(gè)表中明顯看出，當(dāng)有機(jī)載體爐熱值基本穩(wěn)定的情況下，運(yùn)行后期爐膛溫度明顯高于運(yùn)行初期，運(yùn)行后期爐膛溫度接近指標(biāo)上限，排煙溫度較高，爐膛中熱量未被循環(huán)導(dǎo)熱油取走，導(dǎo)致?tīng)t膛溫度偏高，針對(duì)當(dāng)前工況主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

一、生物質(zhì)氣化原料問(wèn)題。

燃料規(guī)格要求：燃料為木片形式，長(zhǎng)度30mm-80mm，含水率為15～20%，灰分≤5%。

生物質(zhì)原料以木柴為主，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣、外觀觀察，水含量≥30%，灰分>5%，因原料中水含量較大勢(shì)必造成氣化氣中組分水蒸氣含量偏高，較多的水蒸氣進(jìn)入有機(jī)載體爐膛中，在輻射室和對(duì)流室中與爐管接觸，將部分爐管熱量（中間介質(zhì)導(dǎo)熱油）帶走，進(jìn)而以提高爐膛溫度來(lái)滿足供熱量，造成爐膛溫度偏高，供熱熱值偏低。

原料中灰分含量較高，進(jìn)入有機(jī)載體爐內(nèi)，在水蒸氣作用下，灰分沉積在爐管（中間介質(zhì)導(dǎo)熱油）表面，影響了傳熱系數(shù)，同樣以提高爐膛溫度來(lái)滿足供熱量，造成爐膛溫度偏高，供熱熱值偏低。

二、有機(jī)載體爐燃燒器燃?xì)馄骰蛉紵鹧娌环€(wěn)定。

本系統(tǒng)有機(jī)載體爐火嘴采用直流式通氣燃燒方式，火焰在爐膛底部呈分散形狀，從現(xiàn)場(chǎng)看窗觀察火焰呈傾斜狀，較爐膛北側(cè)墻面噴射，進(jìn)而在局部形成渦流，造成輻射段爐管取熱面不均造成熱量損失。下圖為爐膛兩側(cè)處測(cè)溫分布表，從數(shù)據(jù)觀察，爐膛北側(cè)溫度較高，該爐膛墻面設(shè)計(jì)溫度不超60℃。

三、有機(jī)載體爐中間循環(huán)介質(zhì)導(dǎo)熱油性質(zhì)變差。

與生物質(zhì)配套選用YLW9300MA型導(dǎo)熱油爐，選用320#BD型導(dǎo)熱油。主要用于芳構(gòu)化裝置供熱和產(chǎn)生低壓蒸汽，供罐區(qū)和裝置區(qū)伴熱及吹掃用。以氣化氣為燃料，以導(dǎo)熱油為熱載體，利用熱油循環(huán)泵強(qiáng)制液相循環(huán)，將熱能輸送給用熱設(shè)備后，繼而返回重新加熱的載體爐。起初判斷爐管內(nèi)部結(jié)焦或者油質(zhì)變化引起取熱不佳，從導(dǎo)熱油循環(huán)泵供油、回油壓力觀察，無(wú)明顯變化，然后對(duì)其取樣分析，四項(xiàng)指標(biāo)都滿足性能要求，故導(dǎo)熱油性質(zhì)變差的原因予以排除。

粘度：指在規(guī)定的條件下，有機(jī)載體的粘稠度及流動(dòng)性。粘度越大，流動(dòng)性越差，導(dǎo)熱系數(shù)越小，管道傳輸所需的循環(huán)泵功率也就越大。當(dāng)粘度增大較多時(shí)，循環(huán)流速變慢，雷諾系數(shù)降低，爐管中的導(dǎo)熱油流體逐漸由湍流變?yōu)閷恿鳎瑢?dǎo)致靠近管壁的邊界層厚度不斷增大，進(jìn)而加速導(dǎo)熱油分解成粘度更大的膠質(zhì)物，結(jié)果形成殘?zhí)砍练e于管壁，從而影響傳熱，嚴(yán)重時(shí)易造成管壁過(guò)熱，引發(fā)事故。

閃點(diǎn)：指在加熱條件下，當(dāng)火焰接近導(dǎo)熱油蒸氣與空氣組成的混合性氣體時(shí)，發(fā)生短促閃燃的最低溫度。閃點(diǎn)越低，運(yùn)行時(shí)導(dǎo)熱油的蒸發(fā)率就越大，安全性也就越差，且在使用過(guò)程中損耗也越大。

殘?zhí)浚菏侵冈诔瑴貤l件下導(dǎo)熱油受熱分解或聚合而形成沉淀的殘?zhí)苛?。殘?zhí)康闹饕煞质菍?dǎo)熱油中的膠質(zhì)、瀝青及多環(huán)芳香烴。由殘?zhí)恐档拇笮】膳袛鄬?dǎo)熱油結(jié)焦的傾向性，在一定的使用時(shí)間內(nèi)，殘?zhí)恐翟隽吭酱?，說(shuō)明該導(dǎo)熱油的熱穩(wěn)定性和抗氧化性越差，越易在受熱面上積焦，直接影響傳熱效率。

酸值：是指導(dǎo)熱油中有機(jī)酸的總含量。因油品氧化變質(zhì)所產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，與金屬作用生產(chǎn)皂類沉淀或其他氧化物，易堵塞加熱系統(tǒng)管路、散熱器及閥門(mén)，造成取熱效率下降。

四、供熱用戶調(diào)整波動(dòng)。

導(dǎo)熱油在循環(huán)泵作用下，依次進(jìn)入有機(jī)載體爐，吸收熱量，分別至裝置單元各個(gè)用戶，當(dāng)用戶需求熱量有波動(dòng)時(shí)，進(jìn)而影響導(dǎo)熱油循環(huán)料波動(dòng)，爐膛溫度隨之波動(dòng)，出現(xiàn)取熱不匹配、熱量損失等情況。圖中，蒸汽發(fā)生器利用導(dǎo)熱油回油溫度加熱脫鹽水產(chǎn)蒸汽，蒸汽作為用戶使用波動(dòng)情況下，也影響取熱負(fù)荷的變化。

五、有機(jī)載體爐燃?xì)馀浔?、鼓引風(fēng)配比不合理。

正常調(diào)整時(shí)，有機(jī)載體爐若增加負(fù)荷，在生物質(zhì)氣化爐運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，首先加大原料進(jìn)料量，緩慢加大鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)頻率，同時(shí)注意燃?xì)鉁囟龋a(chǎn)負(fù)荷達(dá)到有機(jī)載體爐生產(chǎn)要求。有機(jī)載體爐若降低負(fù)荷，反之亦然。在生產(chǎn)調(diào)節(jié)過(guò)程中，下面這幾種情況將可能導(dǎo)致?tīng)t膛溫度偏高。

1、燃?xì)鈮毫Ω呋蛘呷細(xì)釩O含量較高時(shí)，鼓風(fēng)量不變或者增加較小的情況下，爐膛溫度升高，燃?xì)馕赐耆紵?，煙氣出口氧含量明顯下降，嚴(yán)重時(shí)煙囪出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象。鼓風(fēng)量增加較多情況下，爐膛溫度增加較快甚至出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。

2、引風(fēng)量相對(duì)較小，爐膛中熱量未及時(shí)被煙氣帶走，爐膛溫度升高。

六、有機(jī)載體爐中間介質(zhì)取熱管附著積灰。

燃?xì)馕赐耆紵a(chǎn)生的炭黑集聚在爐管表面或者燃?xì)庵蓄w粒物附著爐管表面影響傳熱效率，在裝置取熱負(fù)荷不變的情況下，爐膛溫度升高。

改進(jìn)措施

在確保裝置取熱不變的情況下，對(duì)有機(jī)載體爐爐膛溫度升高的原因分析與確認(rèn)的基礎(chǔ)上，提出并制定了降低爐膛溫度的措施，主要從以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)。

1、把控原料質(zhì)量，提高產(chǎn)氣效率

通過(guò)加大原料取樣頻次，堅(jiān)決制止不合格原料入廠，確保原料中水含量和灰分在指標(biāo)范圍內(nèi)。增加除焦油凈化系統(tǒng)，燃?xì)馔ㄟ^(guò)凈化裝置經(jīng)自降除塵后，使燃?xì)庵薪^大部分的灰塵、焦油沉降，系統(tǒng)凈化后的燃?xì)夤╁仩t使用，沉降后的焦油經(jīng)過(guò)焦油循環(huán)打到氣化爐本體內(nèi)進(jìn)行重復(fù)氣化，大大降低了燃?xì)庵薪褂图盎覊m含量。

2、選型合理的燃燒噴嘴

停工后更換新型噴嘴后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爐膛中火焰觀察，燃燒穩(wěn)定，均衡有力，爐膛壁溫度測(cè)點(diǎn)基本都維持50℃左右，達(dá)到預(yù)期目的。

3、穩(wěn)定調(diào)整供熱用戶

在正常調(diào)整操作中，通過(guò)微調(diào)節(jié)、勤調(diào)整，事前做好預(yù)判。因裝置在結(jié)晶單元生產(chǎn)中，蒸汽調(diào)整幅度較大，增加或降低用量過(guò)程中，做好計(jì)劃調(diào)整，避免大幅度波動(dòng)。

4、調(diào)整鼓引風(fēng)配比

1）在正常調(diào)整的基礎(chǔ)上，爐膛內(nèi)部增加氧化鋯氧分析儀，時(shí)時(shí)在線檢測(cè)煙氣中氧含量。

2）通過(guò)摸索對(duì)比，燃?xì)鈮毫刂?30Pa～-40Pa，有機(jī)載體爐膛壓力-20Pa～-30Pa，鼓風(fēng)機(jī)頻率19HZ-22HZ，引風(fēng)機(jī)頻率25HZ-27HZ，導(dǎo)熱油出口油溫283℃以上，排煙溫度相對(duì)較低，爐膛溫度已達(dá)到指標(biāo)之內(nèi)，達(dá)到預(yù)期要求。

5、增加手動(dòng)吹灰設(shè)施。

定期對(duì)爐膛通過(guò)工廠風(fēng)進(jìn)行爐膛爐管表面吹灰，通過(guò)吹灰前后對(duì)比，吹灰后爐膛溫度及出口煙氣溫度明顯下降。

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（作者單位：中陜核陜西華浩軒新能源科技開(kāi)發(fā)有限公司）