煤气发生炉运行故障的分析和处理.ppt

煤气发生炉运行故障的分析与处理 编制人 孙毅 第一章 煤气生产过程中的重要参数 发生炉煤气 发生炉煤气是指以无烟煤 焦炭或烟煤作原料 与空气 水蒸汽混合介质为气化剂在发生器内反应生成的煤气称混合发生炉煤气 以下简称煤气 在既定的原料 设备和工艺流程中 为获得最经济的气化指标 必须选择最佳的工艺条件 燃料层温度 燃料层移动速度 鼓风速度及饱和温度 一 从理论上来讲 气化剂与碳之间可能发生的反应如下 C O2 CO2 408 8MJ2C O2 CO 246 4MJC H2O CO H2 118 8MJC 2H2O CO2 2H2 75 2MJCO H2O CO2 H2 43 6MJ这些反应进行的程度决定于煤气发生炉的条件 即 温度 压力 气化剂组成和流速 气化剂与原料的接触时间以及原料的反应性质等 二 温度对煤气生产的影响炉出温度 炉内温度 反应层温度 温度对还原反应生成物组成的影响 C CO2CO是一个吸热反应 要通过不断得到热量才能提高其正反应的完全性 当在400 时 CO2几乎得不到还原 此时CO为0当在650 时 CO为40 CO2为60 当在950 时 CO上升为96 而CO2为4 此时说明正反应进行得较为完全 温度对还原反应的速度的影响 当温度在1300 左右时 在温度在1300 反应产物基本上CO可接近100 随着温度下降其还原率也在逐步下降 如在900 时 在80秒后 CO的生成只能达到18 左右 灰熔点 灰熔点 煤灰的熔融性 T1又称IT是开始变形温度T2又称ST是软化温度T3又称FT是流动温度 又称为熔化温度在选择气化用煤时 灰熔点的指标是作为一个主要指标 要求ST 1250 因为一般固定床煤气发生炉中最高温度是在氧化层区域内 在氧化层内的温度大约要达到1100 1200 左右 所以选择灰熔点大于氧化层的温度 可以使在氧化层下部生成的灰渣在此区域内不熔化 因此也不会形成大的渣块 而保证炉况的正常 三 气化剂组成和流速在反应中作为气化剂的一是空气 二是蒸汽 空气量可由阀门来控制 调节蝶阀来调节 流量计来指示 而气化剂中的蒸汽含量就是靠到达一定温度时的饱和水分来衡量 所以这个作为衡量水蒸汽含量的温度称为饱和温度 对于不同煤种 其饱和温度使用的大小主要决定于该煤种灰熔点的高低 当煤种灰熔点高时 则饱和温度可相应用小 对于煤种的灰熔点低时 则饱和温度可要用得高 为何使用自产蒸汽 外来蒸汽压力 0 5Mpa外来饱和蒸汽减压后 0 2Mpa水套 蒸汽集气器工作压力 0 049MPa空气总管压力5 0 8 0KPa 四 料层的移动速度和料层高度 气化操作过程中 随着加煤和排灰 料层以一定速度向下移动 整个料层高度是相对稳定的 发生炉气化强度 灰份含量 使用煤种和粒度预热层过薄 炉出温度上升 气化层过薄 气化反应不完全 煤气质量变坏 灰层太低 易烧坏炉蓖和炉裙 灰渣含碳上升 并造成料层波动 其操作和管理都相当困难 预热层过厚 气流不均 造成局部过热 气化层过厚 氧化层过厚 温度过高 易结渣 灰层过高 将使气化层上移 厚度相对减少 影响正常气化 并且由于鼓风气预热充分 进而使氧化层温度上升 结渣可能性增加 预热层 包括干馏 干燥层 300 500mm气化层 包括氧化 还原层 500 800mm灰渣层300 600mm 五 鼓风速度 1 碳的完全氧化反应 其反应速度随气流速度的提高而提高 其碳氧化反应速度的加快 单位时间释放的热量相应增加 给还原反应提供充足的热量 提高了气化强度 2 CO2的还原反应和水蒸汽分解反应在通常炉温下 其反应速率较慢 需要一定反应时间 随着鼓风速度的提高 气化剂在燃料层中停留时间缩短 则不利于碳的充分气化 气流速度的提高 燃料层的阻力随之增大 炉出煤气中的带出物数量也相应增加 这些都是对气化不利的 鼓风速度过低 将使发生炉的生产能力降低 鼓风速度适当提高 可提高发生炉的生产能力和煤气质量 鼓风速度过低 对发生炉气化不利 发生炉工对风量的调节有两种形式 1 由司炉工对炉况判断后进行手工调节 2 根据炉出压力变化来进行自动调节 发生炉的自动调节有其优点 就是首先确定及调整好每个炉炉出压力的定值 当炉出压力低于此值时就自动调节蝶阀 加大通风量 反之也然 但在长系列排列的发生炉中 往往至排送机距离最近的发生炉它的炉出压力下降或上升也比其它远离排送机的发生炉反应来得快 因此与排送机距离近的发生炉就处于调节次数多 调节辐度大的状态 而远离排送机的发生炉则反应较为迟钝 这实则是第二次调节 在此之前应当有第一级的调节 那就是调节空气总管的风量 根椐半净总管压力处于稳定范围内进行调节 当半净总管低于或高于此值范围内就能提高排风量及降低送风量来达到半净总管压力的稳定 第一级是空气总管风量的自动调节 第二级是发生炉司炉工的单台发生炉的手工调节 1 调节风量必须结合炉况 这点作为发生炉组长应当有个统筹的安排 即健炉重挑 病炉轻挑 不使炉况已恶化的发生炉平均增加负荷 使炉况更趋恶化 2 增大风量应结合料层的处理 在偏运行及冒火时风量加大 也就加剧了不正常炉况的发展 3 风量调节最好是处于一次少量的调节状态 如从3000 6000米3 时的调节 若能做到每次以1000米3 时量增加 分三次达到全量调节 而且每次之间有半小时的间隔 这将有利于层次的渐渐适应 4 风量调节应当做到三同时 即调节风量时 同时调节饱和温度 维持火层长度及火层温度稳定 同时调节加煤量 维持料层高度 即空层状态 同时调整出渣量 维持灰渣层高度稳定 第二节煤气成分及其影响因素 一 煤气成分的组成 发生炉煤气成份的控制指标如下 其中 可燃成份有H2 CO CH4 CnHm H2S 不可燃成份有CO2 O2 N2 二 煤气的组成与热值 1 在粗煤气组分中 发热量较高的是CH4 CnHm和焦油雾 这类物质的存在大大提高煤气的热值 它们主要来自气化的干馏阶段 高挥发份的烟煤 无烟煤2 发生炉煤气的主要可燃成分是CO和H2 主要来自的CO2还原反应和蒸汽分解反应 这两个反应需要一定的反应温度和还原层厚度 因而需控制适当低的饱和温度 以减少入炉的蒸汽量 维持足够的炉温 适当增加料层厚度 延长反应时间 使反应的表面积充分接触 3 煤气中的水分主要来自 原料带入的水分 煤干馏产生的热解水以及作为气化剂而未分解的蒸汽 当炉出气体中含有大量蒸汽时 煤气单位体积的发热量减少 因此 煤气需要冷却净化 随着煤气温度的降低 其中的水分冷凝而分离 使煤气的实际发热量得到提高 三 煤气成分的高低对炉况的影响 煤气可燃成分中 其中一氧化碳和氢气是其主要成分 因为其含量和是在40 左右 甲烷和碳氢化合物的含量和为2 左右 是可燃成分中的次要成分 一氧化碳和氢气这两个可燃成分 只有当正常炉况时 一氧化碳含量才会高 而氢气则在许多不正常炉况时也会出现较多的含量 所以发生炉煤气质量主要着眼於一氧化碳的含量 判断发生炉煤气质量一定是要根据一氧化碳含量的高低 1 一氧化炭的高低 一是决定氧化反应是否完全 即是否能产生足够的二氧化碳 二是决定于二氧化碳的还原反应是否完全 否则就不能较多的转变为一氧化碳 三是生成的一氧化碳是否二次燃烧 这次燃烧应该在用户加热炉中进行 而现在提前在发生炉中进行了 若料层有风洞存在 氧气直达炉面与生成的一氧化碳产生氧化反应 又燃烧生成了二氧化碳 冒火 所以只有稳定的料层 各层次分明 才能使氧化 还原反应得以充分的进行 才能得到较高的一氧化碳 相反 处于冷运行 热运行 偏运行 冒火 漏水等不正常炉况 其一氧化碳含量必然下降 2 二氧化碳含量 一氧化碳与二氧化碳含量之间存在着负相关关系 所以当二氧化碳含量降低时 说明炉内层次分明 还原完全 是正常的炉况 当二氧化碳含量上升时 如超过6 则说明还原层太薄 还原不完全 或者是在料层上部或空间又发生了二次燃烧 如冒火 使二氧化碳又因重新产生而增加 全料层处于冷运行状态下 氧化不足 还原也不足 此时也可产生二氧化碳含量过高 抑止二氧化碳的增加 是煤气发生炉操作的关键 CO a CO2 b 3 氢气的含量煤气中氢气的来源一是通过水蒸汽反应而得 即由饱和空气中的水蒸汽和灼热的碳起反应得到一氧化碳和氢气 这是氢气来源的最大部分 同时通过干馏中煤干馏过程中 煤的大分子裂解产生氢气 正常炉况都是通过上列二个渠道得到氢气 此时氢气成分适中 如12 15 当正常建立的火层中突然加大饱温度 此时水蒸汽还原反应突然强烈 可以产生较多的氢气 于是煤气中氢含量就增加 可以到达16 18 杀鸡取卵的办法同时炉内长时期处于冷运行 料层温度下降 也会使氢气低 出现炉面烧穿时氢气由于和氧气再次结合而失去 在炉体出现漏水时 往往也会造成氢气含量增加 这是由于漏出的水与煤气中的一氧化碳反应产生二氧化碳和氢气的结果 但这是氢气含量增高是不正常的 一则量设备有了故障 再则是损失了一氧化碳 一氧化碳的发热值比氢气来得高 所以这是得不偿失的 4 煤气中的甲烷含量 甲烷主要是在干馏层中产生 在一般正常的料层中 对于烟煤为原料的发生炉煤气 其甲烷含量就不会超过2 6 但我们也发现个别炉以及外单位出现3 的现象分析起来大致由下列原因造成 一是由于过厚的燃料层 所以干馏作用完成比较好 这样甲烷含量就增高 火层过热情况 二是由于在化学分析上的缘故 爆炸法的煤气分析的操作和计算方法使甲烷长期处于高含量 这并不是煤气成分的真实反映 在常压煤气发生炉中不太可能产生甲烷的合成反应 即C H2 CH4 所以这是不可能的 当料层较薄时 甲烷也会因再次与氧反应而产生二氧化碳和水 这些对于用户加热是无用之物 5 煤气中的氧气含量 氧气在煤气生成的过程 其作用是很大的 如果没有最基本的碳和氧的完全燃烧的反应 就不可能有以后的还原反应 但要求是氧化反应进行得彻底 也即将饱和空气中的氧在火层中全部耗用完 在炉内料层处于冷运行状态时 氧含量就会升高 在出现炉层各点松紧不一致时情况下 大量饱和空气可能会从较松处流过 此时氧可能不能完全反应而带入煤气之中 尤其是局部地区不气化 全是生煤时 产生风洞 这种情况更严重 有时甚至炉内空层部分产生爆炸现象 即具有氧 煤气和火这三个条件 在点火过程中 料层逐渐建立 开始时氧含量虽然较高 随着料层的增厚 氧含量就逐步的降低 所以何时可以并入半净总管要视氧气的含量是否降下为依据 第三节煤气发生炉运行故障分析 一 发生炉不正常炉况及处理 运行中的发生炉 有时会出现异常现象 如炉出温度过高或过低 灰渣含碳量增高 炉内出现结渣 冒火等现象 均称为不正常炉况 主要原因 1 原料不符合要求 如煤的灰份 矸石多 含粉率高 块度不均匀 2 发生炉本身存在缺陷 如加煤 排灰系统出现故障 加煤 出灰不均匀 3 司炉工操作失误 如饱和温度未控制好 炉内层次变化情况未及时监测和调整 一 煤气发生炉的热运行 1 煤气发生炉热运行的特征及判断1 煤气炉出温度超过工艺规定值 2 探火孔观察 可见炉面呈红亮或亮黄色 有局部冒火现象 3 探火有结渣现象 钎子插不下去 火层温度高 4 煤气取样化验 CO2超过规定值 热值低 2 热运行形成原因及处理方法1 饱和温度过低 即入炉蒸汽量少 氧化层温度过高 灰渣熔化 结成块状 炉内布风遭到破坏 二氧化碳和水蒸气未与碳充分反应就通过还原层 降低负荷 适当提高饱和温度 降低氧化层温度 处理结渣 调整加煤 出灰量 2 煤气产量变化时 未及时调整加煤 出灰量 造成 造成灰层过高 总料层过低 炉内干燥干馏层没有 还原层也太薄 二 煤气发生炉冷运行 1 煤气发生炉冷运行的特征及判断1 煤气炉出温度低于工艺规定值 2 探火孔观察 可见炉面呈暗红色或黑色 3 探火按规定时间 钎子上火层呈暗红色 甚至看不到火层 4 煤气取样化验 一氧化碳和氢气都较低 炉渣取样分析 含碳量高 2 冷运行形成原因及处理方法1 饱和温度太高 即入炉蒸汽量多 火层温度低 炉渣含碳量高 由于炉温低 不能充分供应二氧化碳还原和水蒸气分解所需热量 适当降低饱和温度 降低氧化层温度 2 生产过程中 未及时调整加煤 出灰量 造成煤层过高 灰层太薄甚至没有灰层 气化剂未能预热 炉内温度下降 减少出灰 把灰层培养起来 减少加煤 使炉内层次恢复正常 严格控制灰盘水位 3 煤气发生炉生产量低 炉内气化速度慢 炉温低 退炉调整负荷 计划生产 三 偏炉 1 偏炉的特征及判断1 探火孔观察 炉面局部呈红亮色 甚至有烧穿冒火现象 另一部分呈黑色 2 插钎检查 有的钎子火层烧成黄亮色 有熔渣 而有的钎子火层烧成暗红 甚至分不出火层 3 综合作用结果 煤气炉出温度增高 4 煤气取样化验 煤气质量下降 灰渣中含碳量增加 2 偏炉形成原因及预防处理 1 供风不均匀 一种是炉蓖之间的间隙大小不一致 间隙大则供风量多 气化速度就快 另一种是炉内出现小渣块 未及时处理 影响整个炉子横截面的均匀供风 2 点炉时装渣不均匀 或点火过程沿整个炉子横截面燃烧不均匀 一部分先燃烧 而另一部分迟迟燃烧不好 一开始就相成偏炉状态 3 加煤不均匀 由于洒煤锥 调煤挡板 位置不当 未能及时调整 形成加煤不均 另外 煤的块度相差太大 也是造成加煤不均匀的重要因素 运行中经常检查加煤情况 及时调整 必要时人工拨煤 4 出灰不均匀 主要是大灰刀前后灰渣松紧 多少不一致 造成炉内气化不均匀 特别新建煤气站缺少经验 而老煤气站摸索其规律 用调整灰刀的长 宽 位置的办法 基本解决出灰不均匀问题 二 炉体水套和蒸汽汇集器 汽包 重度关系 水 水蒸汽混合物 蒸汽 在炉体水套和汽包组成的系统中 进水 温度较低的水 进入汽包 然后由下降管流到炉体水套的下部 在水套内的水由于受到炉膛内料层传过来的热量而升温 变成蒸汽 所以在水套内产生了蒸汽和水的混合物 因为进汽包的水比重大 而水套内的汽水混合物比重小 重的向下 轻的向上 因而就组成了汽水的自然循环 进水不断的通过下降管进入水套 水套产生的蒸汽与水的混合物不断的通过上升管 到达汽包的上部 在汽包内经过汽水分离 蒸汽排出 一 蒸汽汇集器 汽包 工作原理 在正常生产时水位表应维持在水位表可见部分的1 2至1 3处 那么为什么不是1 2至2 3处呢 这是因为若水位维持过高 会造成水面距集汽管过近 不能达到很好的汽水分离 大量水分带至集汽管 最后进入炉底 造成炉底压力波动 因此水位应尽量维持低些 但过低又会容易造成水位表脱水现象 所以正常操作时 水位表的水位 应维持在可见部分的l 2 1 3处 蒸汽汇集器 汽包 进不了水 在运行中有时个别发生炉会产生汽包进水管进不了水的现象 这时虽然当时其它发生炉是在正常进水 有下列几个原因所造成 1 进水自动调节阀失灵 处于关闭状态 2 手工调节的进水管道出现堵塞现象 3 汽包内的蒸汽没有及时的使用或放散 造成压力升高 而进水压力较低 蒸汽压力大于进水压力 水就进不了水 4 在进水总管的前端几台发生炉进水量很大 造成进水总管末端的发生炉汽包进不了水 蒸汽汇集器高水位和满水位的原因 这可能由下列情况下造成 1 进水阀门或进水自动控制装置失灵 造成过量进水 2 在手动控制的情况下 当气化强度下降时 还维持原来的进水量 3 下降管有堵塞现象 水不能及时流向水套 4 水位表的管路堵塞 造成虚假的高水位 5 点火升炉时出现高水位 在出现上列几种高水位现象 必须分别根据不同造成的原因加以排除 在1 2 5三种情况时可以通过蒸汽汇集器底部的排放阀放水排放以降低水位 而不宜以打开水套排污管来进行排放 二 炉体水套 当使用的水质不好 就容易在炉体水套内圈的水侧结垢 结垢后就形成传热不良 接触火层的那一部位的钢板就会过热 造成此部位区域钢板的强度下降 由于炉体水套内是有一定压力 0 07MPa 0 3MPa之间 所以在强度低时就会出现凸起鼓包现象 水中造成结垢的物质主要是钙 镁离子的化合物 它们在水中为不溶性固体物质 其比重大于1 所以除部位积于炉壁上以外 大部分都沉积于水套的底部 在进行排污作业前 必须在汽包处维持高水套 在排污过程中一定要注意水位的变化在下部开启排污阀后 人不能离开排污点 当排污完毕 确认排污阀已全部关严时才算排污完毕 三 仪表参数 一 炉出温度在正常生产时 炉出温度出现升高现象 1 流量增加 加煤未能及时相应调整 2由于空气支管的调节机构失电或失灵 蝶阀全开 使流量虽然突然增大 造成炉出温度突然增高 3 加煤机构突然故障而未被察觉造成一个时间未能加煤入炉 造成炉出温度升高 4 局部区域出现较大风洞烧穿 也会造成炉出温度升高 5严重结渣 造成炉料挂空 当出现一旦塌陷时 也会造成炉出温度升高的现象 在正常生产时 炉出温度出现下降现象 1 流量减少 而加煤量又没有相应的减少 所以造成料层内煤灰增多 吸热量大 炉出温度就下降 2出现炉体某一部位漏水 水汽化吸热造成炉出温度下降 3 由于双竖管给水量加大 水喷到测量元件 也是造成炉出温度显示下降的原因 但这是一个假象 而井非煤气本身的温度下降 二 炉出压力 炉出压力突然下降 这多出现于有突破的现象时 当竖管水封冲破 最大放散阀水封被冲破 就在该炉会出现炉出压力下降的现象 在系统中 由于净化系统时设备水封出现突破时也会产生炉出压力下降的现象 在发生上列情况时 由于空气支管仍有空气进行顶压 所以不会出现炉底压力同时下降的现象 出现此类现象 不应加大风量来增压 这将会使泄漏量增大 而需要立即采取加补给水的措施 使其保持到 定水封位置才能使炉出压力渐渐上升 直至正常 三 炉底压力 炉底压力升高的原因 1 料层过厚 料层厚了 阻力就大 炉底压力就会上升 2流量大了 流量越大 则产