向潛 (國能包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014060)

0 引言

多年以來，我國一直在堅(jiān)定地探索新型工業(yè)化道路，在此過程中工業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了很多新技術(shù)與新工藝，為工業(yè)生產(chǎn)提供了技術(shù)支持，大大提高了產(chǎn)能與效益，對(duì)企業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要意義。德士古水煤漿氣化工藝作為一種新技術(shù)，在當(dāng)前的煤氣化領(lǐng)域有著成功的應(yīng)用，很多煤化工企業(yè)日漸意識(shí)到了這一工藝的優(yōu)越性，都在嘗試應(yīng)用該工藝輔助相關(guān)工作。但結(jié)合行業(yè)內(nèi)德士古水煤漿氣化工藝的應(yīng)用情況，堵渣現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這些企業(yè)需繼續(xù)更新工藝，預(yù)防堵渣現(xiàn)象。

1 德士古水煤漿氣化爐堵渣的主要類型

當(dāng)前許多企業(yè)都應(yīng)用了德士古水煤漿氣化工藝，根據(jù)德士古水煤漿氣化爐的運(yùn)行情況，堵渣是較為突出的問題，不利于氣化爐的正常工作。結(jié)合氣化爐工作情況，堵渣現(xiàn)象主要可分為以下三種類型：(1)渣口堵渣，如：氣化爐工作中在渣口部位發(fā)生了堵渣現(xiàn)象，將使渣口變小，壓差明顯增大，燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的灰渣無法經(jīng)由渣口排出，最終導(dǎo)致氣化爐的爐膛壓力、爐壁溫度、合成氣量等存在異常[1]；(2)下降管內(nèi)壁、下降管與上升管之間、上升管與氣化爐爐壁的堵渣現(xiàn)象，氣化爐運(yùn)行時(shí)熔渣、飛灰渣、水、合成氣以膠融狀態(tài)附著在這些特殊位置，影響了氣體流通，氣化爐液位不符合要求；(3)鎖斗收渣閥上部或者排渣閥上部的堵渣現(xiàn)象，激冷后的渣長(zhǎng)時(shí)間堆積，堵塞鎖口，無法經(jīng)過鎖口順利收渣與排渣。

2 德士古水煤漿氣化爐堵渣的原因

2.1 原料煤種灰分及其組成的變化

德士古水煤漿氣化工藝中氣化爐作為關(guān)鍵設(shè)備，在運(yùn)行中對(duì)原料煤質(zhì)量有著嚴(yán)格的要求，若入爐原料煤中的灰分存在異常變化，將直接影響灰渣的熔融性，也就是說確定氣化爐操作溫度時(shí)必須提前測(cè)定入爐煤漿的灰熔點(diǎn)，灰熔點(diǎn)過大或者過小都會(huì)導(dǎo)致氣化爐的溫度異常波動(dòng)，干擾氣化爐的排渣，導(dǎo)致熔渣、灰渣無法順利排出?；以靥匦允苊夯以M成的影響較大，如煤灰渣中的Al2O3、SiO2含量較高，灰渣熔點(diǎn)較高，黏溫特性較差，但Fe2O3、MgO、CaO由于屬于堿性物質(zhì)，能降低灰渣熔點(diǎn)與黏度[2]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一旦煤種的灰分含量較大，但Fe2O3、CaO含量偏低，將對(duì)應(yīng)著較高的灰渣熔點(diǎn)、較差的黏溫特性、較大的黏結(jié)指數(shù)，隨著工藝流程的實(shí)施，易出現(xiàn)大量塊渣，也就會(huì)形成堵渣現(xiàn)象。

2.2 耐火磚的磨損與燒蝕

耐火磚質(zhì)量、砌磚質(zhì)量與耐火磚使用壽命息息相關(guān)，如：在生產(chǎn)作業(yè)中的砌筑磚縫小，氣孔率小、灰漿飽滿度高，將具有更強(qiáng)的抗灰渣侵蝕能力，反之，則更容易結(jié)渣，爐磚出現(xiàn)竄氣、裂縫、脫落等異?，F(xiàn)象的幾率較高。氣化爐爐膛反應(yīng)區(qū)是以渣抗渣區(qū)域，能為排渣創(chuàng)造良好的條件。氣化爐內(nèi)壁形成一層低熔點(diǎn)化合物，在生產(chǎn)作業(yè)持續(xù)進(jìn)行的過程中因?yàn)槊夯曳钟胁▌?dòng)，這些低熔點(diǎn)化合物會(huì)逐步被剝蝕下來，在此過程中灰渣逐步破壞耐火磚，導(dǎo)致磚體上有疤渣，而這些疤渣會(huì)堵塞渣口。氣化爐運(yùn)行中還常常出現(xiàn)投料或操作壓力大浮動(dòng)波動(dòng)的現(xiàn)象，如未及時(shí)控制這一現(xiàn)象將導(dǎo)致耐火磚的剝落嚴(yán)重，形成大量磚渣，鎖斗無法正常排渣。

2.3 氣化爐操作工況

德士古氣化爐操作工況異常也會(huì)引發(fā)堵渣現(xiàn)象。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，德士古氣化爐操作工況與諸多因素有關(guān)，爐溫為比較常見的因素，要保障德士古氣化爐溫度的合理性，一般需在滿足液態(tài)排渣的需求下保持低溫狀態(tài)。但長(zhǎng)時(shí)間保持低溫操作也會(huì)造成不利影響，即爐渣無法正常流動(dòng)，其流動(dòng)性降低，可能在爐壁或燃燒室錐底積聚，持續(xù)的重力與氣體沖擊作用下爐渣將在燃燒室渣口堆積，渣口變小無法排渣。

外界工況異常變化的情況下堵渣現(xiàn)象無法避免，如：氧壓持續(xù)變化，爐溫從高溫變?yōu)榈蜏厍易兓容^大，此時(shí)，原先在耐火磚表面的爐渣、低熔物將逐步被熔落，最終在激冷室產(chǎn)生大量塊渣、疤渣；較高的爐溫條件下，爐渣中的許多侵蝕性金屬元素相對(duì)活躍，可能會(huì)進(jìn)入到耐火磚內(nèi)部，引起其損蝕，爐磚的機(jī)械強(qiáng)度減小，抗侵蝕能力不足，持續(xù)作用下也會(huì)出現(xiàn)堵渣現(xiàn)象[3]。相關(guān)企業(yè)的試驗(yàn)分析表明，氣化爐操作溫度與爐渣對(duì)爐磚的損蝕有關(guān)，操作溫度每升高100 ℃，其損蝕速率是原先的2倍。操作壓力雖對(duì)堵渣現(xiàn)象有一定影響，但其影響程度較小，在實(shí)際的工作中應(yīng)將操作壓力維持在穩(wěn)定狀態(tài)下，避免不規(guī)律、大范圍變化。但一些操作人員未重視操作壓力的管理與控制，導(dǎo)致操作壓力急劇變化，也會(huì)引起堵渣問題。

2.4 燒嘴壓差波動(dòng)

為提高德士古水煤漿氣化爐的運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性，實(shí)際的生產(chǎn)中相關(guān)人員也需要控制燒嘴壓差，如未控制這一參數(shù)，氣化爐的堵渣現(xiàn)象將無法避免。以某企業(yè)問題為例，氣化爐采用低壓差燒嘴，當(dāng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)燒嘴壓差保持在400 kPa上下，但燒嘴壓差在短時(shí)間內(nèi)有大幅度的波動(dòng)，最低時(shí)為0，燒嘴難以發(fā)揮其霧化功能，霧化效果難以達(dá)到預(yù)期。在此情況下，煤漿在氣化爐燃燒室與氧氣的接觸面積大大減小，部分煤漿未參與到反應(yīng)過程，后續(xù)粗煤氣、粗渣進(jìn)入激冷室后執(zhí)行冷卻與洗滌流程，激冷室水質(zhì)較差，粗煤氣與水汽會(huì)夾帶細(xì)灰到達(dá)合成氣管線。氣化爐持續(xù)運(yùn)行中這些細(xì)灰會(huì)在上升管、下降管環(huán)隙部位積聚，最終造成環(huán)隙堵塞問題。如果在生產(chǎn)作業(yè)中氣化爐上升管與下降管環(huán)隙被堵塞，粗煤氣在上升管外圍區(qū)合成氣管線量增多，許多灰渣包裹于支撐板底部位置，高溫氣體長(zhǎng)時(shí)間在上升管外圍停留，支撐板熱電偶無法正常散熱，導(dǎo)致氣化爐支撐板溫度高于正常值[4]。

2.5 系統(tǒng)水質(zhì)問題

德士古水煤漿氣化爐工作中對(duì)水質(zhì)也有嚴(yán)格規(guī)定，在其他條件均正常但水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的情況下出現(xiàn)堵渣問題的幾率也相對(duì)較高。以某企業(yè)為例，在生產(chǎn)中使用的原料煤灰分高且頻繁變動(dòng)，組織專人在現(xiàn)場(chǎng)開展了沉降實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比與分析，發(fā)現(xiàn)煤質(zhì)變化引起水質(zhì)變化的情況下使用的絮凝劑絮凝效果不佳，灰水濁度、硬度較大且上下變化明顯，水質(zhì)不佳。通過與相關(guān)技術(shù)人員協(xié)商，在現(xiàn)場(chǎng)配置了三種不同分子量的絮凝劑。此外，現(xiàn)場(chǎng)所應(yīng)用的分散劑雖有一定的阻垢作用，但效果并不理想，管線內(nèi)的水垢分布較多，在氣化爐系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的過程中受到結(jié)垢現(xiàn)象的影響，激冷水量持續(xù)降低，到后期僅為180 m3/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常值，系統(tǒng)水循環(huán)不佳，水質(zhì)進(jìn)一步惡化。

3 德士古水煤漿氣化爐堵渣問題的預(yù)防措施

3.1 控制原料煤質(zhì)量

原料煤質(zhì)量不佳可能引起氣化爐堵渣現(xiàn)象，為避免這一方面的問題，企業(yè)需結(jié)合德士古水煤漿氣化爐的運(yùn)行特點(diǎn)與工況優(yōu)選高質(zhì)量原料煤，保障所選擇原料煤的各方面指標(biāo)均符合規(guī)定。從企業(yè)角度，其在日常的工作中必須安排專人負(fù)責(zé)原煤選擇與煤質(zhì)分析，需在原有工作基礎(chǔ)上增大煤質(zhì)分析頻次，并引進(jìn)現(xiàn)代化分析技術(shù)，由專業(yè)技術(shù)人員每日分析水煤漿灰分、灰熔融性溫度，依據(jù)分析結(jié)果增加或減少助溶劑用量。如：灰熔融性溫度符合相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，一般需減少助溶劑用量，特別是在助溶劑為石灰石粉且原料煤灰分較高的情況下，一旦使用的石灰石材料過多，將導(dǎo)致水煤漿的水分過高，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，進(jìn)入水系統(tǒng)中的細(xì)灰持續(xù)增多，能加速氣化爐上升管、下降管環(huán)隙的堵塞速率。

3.2 保障氣化爐耐火磚質(zhì)量

德士古水煤漿氣化爐運(yùn)行中堵渣為一個(gè)相對(duì)常見的現(xiàn)象，在一些企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)中氣化爐堵渣是因?yàn)槟突鸫u質(zhì)量不佳所引起。對(duì)于這一原因所引發(fā)的堵渣現(xiàn)象，要實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)防，企業(yè)需保障耐火磚質(zhì)量合格。在準(zhǔn)備砌筑耐火磚階段，相關(guān)人員必須在正式砌筑之前了解有關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范，參考理化性能標(biāo)準(zhǔn)，從源頭控制耐火磚的入廠質(zhì)量，嚴(yán)禁質(zhì)量不合格耐火磚進(jìn)廠和使用。其次，企業(yè)內(nèi)需針對(duì)耐火磚開展一系列的質(zhì)量檢查與監(jiān)管，如成立專門的質(zhì)量監(jiān)督小組，由該小組在耐火磚的采購、入廠和使用等階段實(shí)施嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)管與檢查，一旦發(fā)現(xiàn)耐火磚存在質(zhì)量問題，及時(shí)與有關(guān)部門協(xié)商，快速制定對(duì)應(yīng)的解決措施。

3.3 嚴(yán)格加強(qiáng)操作管理

為避免氣化爐操作不當(dāng)引起的堵渣現(xiàn)象，在德士古水煤漿氣化爐投入使用后，企業(yè)需分配專業(yè)的管理人員來實(shí)施操作管理，滲透精細(xì)化管理思想，強(qiáng)化每一個(gè)操作流程的管理，保障操作規(guī)范性，將各項(xiàng)參數(shù)控制在合理的范圍內(nèi)。首先，當(dāng)氣化爐處于正常工作狀態(tài)時(shí)需將爐溫控制在合理范圍內(nèi)，如氣化爐的熱偶被燒壞，有關(guān)人員需依據(jù)DCS碳洗塔出口的氣體成分波動(dòng)情況，判定氣化爐燃燒室操作溫度情況；利用氧煤比這一關(guān)鍵指標(biāo)實(shí)施動(dòng)態(tài)化調(diào)節(jié)與控制，保持爐溫的合理性，避免其他因素引起爐溫的異常變化；在停爐換燒嘴時(shí)間段更換全新的高溫?zé)崤糩5]。其次，保障投料爐溫的科學(xué)性，隨著投料工作的開展，氣化爐系統(tǒng)內(nèi)的個(gè)別參數(shù)往往會(huì)出現(xiàn)一定的變化，如當(dāng)投料溫度超出限值，將同步引起爐膛溫度的急劇增大，進(jìn)而加劇對(duì)耐火磚的磨損、燒蝕，產(chǎn)生疤渣、磚渣，出現(xiàn)較為嚴(yán)重的堵渣現(xiàn)象，出于這些因素的分析，氣化爐投料階段一般需將氣化爐保持在半負(fù)荷狀態(tài)，控制爐溫；如投料時(shí)的溫度偏低，加負(fù)荷過慢，同樣也會(huì)出現(xiàn)堵渣問題，在操作過程中也需要注意考慮這一問題。第三，密切監(jiān)測(cè)氣化爐壓差情況，雖在氣化爐工作中這是需要重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)，但不能過度依賴該指標(biāo)，還應(yīng)該考慮合成氣出口與燃燒室的壓力情況，準(zhǔn)確計(jì)算壓差。熔渣階段的爐溫波動(dòng)范圍要小，提高氧煤比時(shí)要少量多次。

3.4 解決燒嘴壓差波動(dòng)問題

根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的行業(yè)操作經(jīng)驗(yàn)，預(yù)防德士古水煤漿氣化爐堵渣問題時(shí)也需要從解決燒嘴壓差波動(dòng)方面著手。企業(yè)可針對(duì)其氣化爐系統(tǒng)，分析原有氣化爐燒嘴所存在的問題，采取一系列改造與優(yōu)化措施，使改造后的燒嘴壓差符合要求。以某企業(yè)為例，有關(guān)技術(shù)人員在改造了原有燒嘴后，燒嘴壓差明顯增大，正常運(yùn)行狀態(tài)下燒嘴壓差為550 kPa，且具有極強(qiáng)的抗干擾能力，在一些情況下燒嘴壓差雖有一定的波動(dòng)，但整體波動(dòng)幅度較小，且波動(dòng)持續(xù)時(shí)間非常短，短時(shí)間波動(dòng)后即可恢復(fù)正常，說明改造燒嘴對(duì)控制燒嘴壓差波動(dòng)問題、預(yù)防堵渣問題較為有效。企業(yè)可立足自身情況，改造燒嘴設(shè)計(jì)方式或者調(diào)節(jié)有關(guān)參數(shù)。

3.5 改善系統(tǒng)水質(zhì)

氣化爐運(yùn)行中對(duì)水質(zhì)有較高的要求，為避免水質(zhì)問題引起堵渣現(xiàn)象，企業(yè)在實(shí)際的工作中應(yīng)重視水質(zhì)管理，分配專人負(fù)責(zé)水質(zhì)檢測(cè)，結(jié)合水質(zhì)分析結(jié)果采取措施改善水質(zhì)。為提高水質(zhì)，一般可采取添加分散劑或絮凝劑的方式，但在利用這些方式時(shí)需注意控制用量，有關(guān)人員需嚴(yán)格根據(jù)德士古水煤漿氣化爐的水循環(huán)特點(diǎn)與循環(huán)量、系統(tǒng)運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算分散劑、絮凝劑的使用量，確定最為科學(xué)的添加量。某企業(yè)的氣化爐運(yùn)行中，系統(tǒng)低壓灰水循環(huán)量為300 m3/h，每日需添加1 t分散劑、29 t絮凝劑，在添加過程中，還需結(jié)合煤質(zhì)特點(diǎn)來選擇恰當(dāng)分子量的絮凝劑，以發(fā)揮絮凝劑的絮凝作用，使水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)。此外，改善水質(zhì)時(shí)有關(guān)人員也需要在原有工作基礎(chǔ)上優(yōu)化分散劑選型工作，選擇高性能分散劑，使分散劑可在水循環(huán)過程中及時(shí)除垢，避免出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。

4 結(jié)語

德士古水煤漿氣化爐運(yùn)行中的堵渣現(xiàn)象也會(huì)影響正常的生產(chǎn)工作，為提高氣化爐工作水平，保障生產(chǎn)效率與效益，企業(yè)需重視德士古水煤漿氣化爐堵渣現(xiàn)象的處理，根據(jù)引起堵渣問題的原因，立足自身的生產(chǎn)特性采取一系列的優(yōu)化與改進(jìn)措施。