研究殼牌氣化爐的爐溫調(diào)節(jié)

馬百偉

摘 要：現(xiàn)階段，隨著社會(huì)的發(fā)展，我國的現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展也越來越迅速。殼牌氣化爐在內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形式上采用的是冷壁結(jié)構(gòu)，通過這種結(jié)構(gòu)的設(shè)置讓氣化爐在反應(yīng)過程當(dāng)中對產(chǎn)生的熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)移，同時(shí)生成相應(yīng)的水蒸氣。水冷壁的表面會(huì)粘附著一層耐火的材料、煤渣、氧氣以及水蒸氣，在1600℃的高溫下完成了劇烈反應(yīng)，并且生成了熔渣。在鍋爐內(nèi)部四個(gè)噴嘴的旋鈕對應(yīng)的作用下，產(chǎn)生的熔渣會(huì)直接噴灑到水冷壁的表面上。初始反應(yīng)的過程當(dāng)中，液態(tài)的熔渣在耐火材料的表面上以及在內(nèi)部的金屬熱傳導(dǎo)的作用下，會(huì)形成一種冷卻和固化的反應(yīng)，然后在水冷壁上形成了熔渣的殘留物，在融化的殘留物厚度達(dá)到一定程度的時(shí)候，對于鍋爐的熱傳導(dǎo)功能會(huì)形成一定的影響，冷壁外表面的加成就會(huì)慢慢變成熔融的狀態(tài)，并且慢慢的向爐體的下方流淌，形成一種爐內(nèi)融渣層，渣層會(huì)重新繼續(xù)進(jìn)行積累并且不斷的加厚，通過這種方式有效的維持著一種動(dòng)態(tài)化的轉(zhuǎn)化平衡，實(shí)現(xiàn)了對冷水壁免受高溫侵蝕的作用。

關(guān)鍵詞：殼牌氣化爐;爐溫調(diào)節(jié);措施

煤制氫裝置由于工藝復(fù)雜、設(shè)備技術(shù)前沿、自動(dòng)化程度高，從原始開工至今，氣化爐的長周期運(yùn)行就一直是困擾生產(chǎn)裝置的問題。尤其是對4條燒咀的煤線速度、密度儀表和閥門的測量，控制穩(wěn)定就尤為重要。由于煤粉線的煤量是通過速度、密度的測量值運(yùn)算得到的，如果測量不準(zhǔn)將導(dǎo)致煤線控制不穩(wěn)。而且又在氣化爐高負(fù)荷情況下，各煤線不均勻燃燒，就會(huì)出現(xiàn)燒咀罩“偏燒”，最終會(huì)頻繁地導(dǎo)致各燒咀罩在高溫高壓下磨損燒破，漏的循環(huán)水嚴(yán)重影響了氣化爐生產(chǎn)合成氣的能力，特別嚴(yán)重的情況下還會(huì)導(dǎo)致氣化爐各級(jí)換熱器表面附著一層“石灰塊化”的介質(zhì)，不僅影響流通量，甚至能將氣化爐氣流通道完全堵死，而且一定程度決定了燒咀罩使用壽命，是燒咀跳車和停車搶修的主因。因此，煤線儀表的精準(zhǔn)測量和控制優(yōu)化，對氣化爐的長周期運(yùn)行非常重要。

1 溫度控制工藝原理

氣化爐屬于煤氣化工生產(chǎn)過程當(dāng)中非常重要的生產(chǎn)設(shè)備，氣化爐在日常的工作過程當(dāng)中，需要保證氣化爐不會(huì)受到超高溫的損害，同時(shí)還需要最大程度上消除在低氧氣量的環(huán)境下工作，要充分實(shí)現(xiàn)碳的充分轉(zhuǎn)化，所以說氣化爐的溫度控制是非常重要的環(huán)節(jié)。殼牌氣化爐在結(jié)構(gòu)設(shè)置方面的特性直接關(guān)系到計(jì)劃爐的溫度是否可以直接進(jìn)行控制，只有通過一種科學(xué)有效的方法來進(jìn)行控制，在相應(yīng)的氧氣負(fù)荷狀態(tài)下，氧氣量和煤炭量的高低直接決定了反應(yīng)溫度的高低，同時(shí)氧氣量和煤炭量的比值越高則所生成的氣化溫度就越高，在氧氣量負(fù)荷增加的狀態(tài)下，要想有效的保證氣化爐內(nèi)部溫度的穩(wěn)定性，氧氣量和煤炭量的比值要進(jìn)行一定的縮減，氣化爐整體的復(fù)合控制器在控制氧氣的流通量的同時(shí)還需要調(diào)節(jié)煤炭燃燒噴嘴的輸出頻率。從另外一個(gè)方面來看，氣化爐在合成器以及氣化爐的蒸汽量方面，有效的展現(xiàn)出了氣化爐內(nèi)部的實(shí)際工作狀況，在控制合成氣和蒸汽量的同時(shí)，還可以達(dá)到控制氣化爐內(nèi)部的溫度效果，氣化爐內(nèi)部的溫度不斷上升，使得氣化爐整體的水蒸氣含量不斷上升。合成器主要是以二氧化碳為主，二氧化碳的含量不斷上升，合成的甲烷成分含量就越來越低，氣化爐內(nèi)部的控制系統(tǒng)當(dāng)中，氧氣和煤炭的比值并不是完全不變的，與氣化爐內(nèi)部的含氧量呈現(xiàn)出一種正向的關(guān)系，最后在合成器的分組控制器以及蒸汽控制器的輸出調(diào)整當(dāng)中，煤炭量和氧化量比值的大小會(huì)隨著合成器組的控制量產(chǎn)生一定的變化，依照計(jì)劃爐的負(fù)荷轉(zhuǎn)化曲線來進(jìn)行判斷。

2 氣化爐運(yùn)行問題的分析

截至目前，我國針對氣化爐的應(yīng)用已經(jīng)開展了數(shù)年的時(shí)間，雖然已經(jīng)結(jié)合我國的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)研究出了一系列適合我國自身的煤氣化運(yùn)行模式，但是在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)節(jié)仍舊存在或多或少的不足，結(jié)合實(shí)際的研究經(jīng)驗(yàn)，本文認(rèn)為這一環(huán)節(jié)中的不足，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。首先，便是氣化爐在實(shí)際的運(yùn)行過程中合成氣冷卻區(qū)域比較常見的積灰問題。根據(jù)原有的氣化爐運(yùn)行可以發(fā)現(xiàn)，造成這一積灰問題的主要原因是當(dāng)用于煤氣化的蒸汽在經(jīng)過第一個(gè)冷卻裝置中，燃燒所產(chǎn)生的飛灰會(huì)隨著中央冷卻蓋板的方向擴(kuò)散，從而先在飛灰低速運(yùn)行的區(qū)域產(chǎn)生積灰問題之后逐漸向高速運(yùn)行區(qū)域擴(kuò)張，從而造成過熱裝置冷卻裝置入口處的堵塞，從而影響其實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)中換熱的同時(shí)制約后續(xù)氣化爐的運(yùn)行效率。其次，便是常見于除渣系統(tǒng)中的運(yùn)行問題，在這一系統(tǒng)內(nèi)最為常見的就是垮渣和堵渣問題，根據(jù)以往的研究可以發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際的除渣系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)通常情況下會(huì)要求針對爐渣的溫度控制在5℃～（25±0.5）℃之間，并分別根據(jù)爐渣溫度的不同與之相對應(yīng)一個(gè)恒定的溫度，但是如果當(dāng)爐渣的黏性不足時(shí)，就會(huì)在氣化爐中呈現(xiàn)出無法掛壁的問題出現(xiàn)，進(jìn)而影響實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)爐內(nèi)壁溫度的改變和零部件的運(yùn)行安全;與此同時(shí)，在這一狀態(tài)下，爐內(nèi)還極易出現(xiàn)垮渣的現(xiàn)象，大量的高溫液態(tài)爐渣瞬間進(jìn)入渣池使得其內(nèi)部蒸汽含量瞬間增高，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)氣化爐內(nèi)部瞬移，造成不可挽回的蒸汽爆炸，不僅僅影響實(shí)際的除渣系統(tǒng)運(yùn)行同時(shí)也會(huì)在很大程度上制約氣化爐的溫度改變。

3 殼牌氣化爐的爐溫調(diào)節(jié)

3.1 氣化爐無法直接測得反應(yīng)溫度

煤粉在在殼牌氣化爐內(nèi)與氧氣、蒸汽混合后一同進(jìn)行反應(yīng)，生成主要為一氧化碳和氫氣的粗合成氣，粗合成氣中還含有少量的二氧化碳和甲烷。氣化爐內(nèi)反應(yīng)溫度高，約為1500℃，為此，不乏通過測量原件對爐膛內(nèi)的溫度進(jìn)行直接測量，通過一些關(guān)鍵指標(biāo)綜合判斷爐溫情況。當(dāng)負(fù)荷保持不變時(shí)，爐溫的高低可通過調(diào)節(jié)氧氣與煤粉的比來調(diào)節(jié)，爐溫的判斷則可借助氣化爐反應(yīng)室的蒸汽產(chǎn)量，合成氣中各種氣體含量的多少及氣化爐的排渣形態(tài)的綜合分析來進(jìn)行判斷。當(dāng)氣化爐內(nèi)的溫度高于正常溫度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱后產(chǎn)生過多的蒸汽。當(dāng)溫度超過灰熔點(diǎn)時(shí)，則會(huì)使氣化爐內(nèi)壁無法掛渣，會(huì)燒壞氣化爐內(nèi)壁。如果氣化爐內(nèi)溫度過低，煤粉受反應(yīng)條件的影響無法反應(yīng)完全，大部分的煤粉將隨渣進(jìn)入排渣系統(tǒng)，導(dǎo)致排渣系統(tǒng)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)甚至出現(xiàn)堵渣現(xiàn)象。

3.2 水冷壁損壞及解決方法

由于溫度過高，氣化爐內(nèi)的溫度只能通過蒸汽產(chǎn)量、合成氣的組分含量和爐渣外觀的綜合分析進(jìn)行判斷，而不能直接測得，同時(shí)，氣化爐爐溫會(huì)受煤種變化而變化，還會(huì)受操作過程中氧碳比的影響。爐溫的高低會(huì)對水冷壁上渣層的形成及厚度造成直接的影響。當(dāng)煤種保持不變時(shí)，若爐溫過高，則形成的渣層會(huì)過于薄，無法對水冷壁形成足夠的保護(hù)，容易導(dǎo)致高溫熔掉襯釘，損壞水冷壁;當(dāng)爐溫過低時(shí)，形成的渣層會(huì)較厚，能很好的保護(hù)好水冷壁。當(dāng)水冷壁的管道出現(xiàn)堵塞或水量不足的情況時(shí)，反應(yīng)熱不能及時(shí)被循環(huán)水帶走，也會(huì)造成水冷壁干燒，損壞水冷壁。目前有效避免水冷損壞的方法如下：當(dāng)煤種比較穩(wěn)定時(shí)，可選用配煤，將氣化爐用煤調(diào)到合適的灰熔點(diǎn)，使其適合殼牌氣化爐的操作溫度，保證水冷壁掛渣。

3.3 外部條件保障法

在加入煤炭的品質(zhì)方面需要保證煤炭質(zhì)量的均一性，通過這種方式才可以充分的保證在產(chǎn)生的灰渣熔點(diǎn)以及溫度特性上的穩(wěn)定，并且在此基礎(chǔ)之上添加相應(yīng)的石灰石作為催化劑。在該反應(yīng)當(dāng)中需要建立起配煤基地，有效保證煤材料來源的穩(wěn)定性。通過實(shí)際工作分析得出，在燃燒了幾十種不同的煤炭之后實(shí)施了多種參合配比的實(shí)驗(yàn)方法，最終確定了適合氣化爐粉煤的科學(xué)配方。原本的氣化爐在合成氣冷卻器當(dāng)中形成的結(jié)構(gòu)非常明顯，并且在反應(yīng)過程當(dāng)中溫度長期處于380℃左右的區(qū)域間徘徊，造成了負(fù)荷一再下調(diào)，避免產(chǎn)生跳車的情況。運(yùn)用了改進(jìn)之后的煤炭配比方案之后，氣化爐內(nèi)部的整體負(fù)荷提升了百分之百，出口的溫度卻比之前下降了將近100℃左右，實(shí)際的效果非常明顯。運(yùn)用不同的煤炭反應(yīng)類型的時(shí)候，石灰石的加入量需要產(chǎn)生一定的變化，低熔點(diǎn)的氛圍需要石灰石的摻入量相對較小，比如石灰石的添加過量會(huì)造成氣化爐水冷壁掛渣過薄，造成水冷壁會(huì)由于溫度的過高形成損壞。

4 結(jié)語

在保證充分的氧氣通入量的環(huán)境下，通過調(diào)節(jié)氧氣和煤炭的比值，有效的改變了氣化爐當(dāng)中煤炭的加入量，實(shí)現(xiàn)了對調(diào)節(jié)氣化爐的溫度控制，保證溫度一直控制在合理的范圍之內(nèi)的控制方式上。

參考文獻(xiàn)：

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