德士古气化炉的提温操作.doc

德士古气化炉的提温操作金 刚，张 涛(山东省兖矿鲁南化肥厂 滕州 277527) 2002-02-16 兖矿鲁南化肥厂的德士古气化装置自1993年4月试车以来进行了较多的技术改造，生产能力由年产8万t合成氨提高到年产10.7t，生产用煤由原来的单一“七五”煤发展成多矿点混煤。随着生产产量的提高、使用煤种的增多，灰渣呵习可燃物含量也有所升高(表1)。分析其原因，认为操作炉温过低是主要因素，因此在2000年4月进行了提高炉温的试验工作。1 试验方案的制定 本次系统运行从2000年3月11日开始，试验时系统运行稳定，各项指标已得到优化，试验结果应是具有代表性的。 德士古气化炉高温热电偶的使用寿命一般不超过1周。本次试验选在非初始开车阶段，热电偶已不能指示，只能以气体成份为参考来标定炉温。尽管甲烷含量能较快地反映炉温，但变化较快，受系统其它因素影响较大。 CO+H2的百分含量随炉温的升高而降低，虽变化慢一些，但受其它因素干扰小，炉温与CO+H2含量的对应关系较为确定，再现性较好，所以选定以CO+H2的含量标定炉温。 1.1 试验目的 本次试验的主要目的是考察渣中可燃物随炉温的变化关系，同时考核刁二同渣中可燃物含量下的氧耗、煤耗。 1.2 试验原则及注意事项 (1)本次试验氧气流量不变、压力保持稳定在(3.80，05)MPa，氧气纯度在99.6以上，通过逐渐降低煤浆泵转速以提高OC值，最终达到提温之目的。 (2)以合成气中CO+H2的百分含量每降低1为一个阶段，每个阶段稳定运行24 h，每个阶段从800开始，气体分析又增加了900和1100 2次(原是每个双点分析1次)。 (3)炉温提升应缓慢，煤浆泵转速应缓慢降低。 (4)试验时应严格监视合成气温度(218)、合成气成份、支撑板温度(25)、炉壁温度(260)、甲烷含量、排渣情况等，在上述参数不出现异常时才能进行下一步的试验，否则试验终止。 (5)仪表车间应保持在线甲烷表的准确性，并每天校验1次。 (6)试验期间灰渣取样每班2次(原每班1次)，分别在接班后的第三、第六小时取样；煤质分析室分白班、中班随时分析，分析结果及时上报至相关部门。 (7)试验期间操作人员应真实地记录工艺参数，认真巡回检查，气化炉壁温每2小时用红外测温仪实测1次。 1.3 试验步骤 (1)从目前运行状况开始(CO+H2=83.85)，逐步降低煤浆泵转速，提高OC值，使合成气中CO+H2的含量为8283。 (2)第二阶段再降低煤浆泵的转速，使合成气中CO+H2的含量为8182。 (3)第三阶段再降低煤浆泵的转速，使合成气中CO+H2的含量为8081。 (4)第四阶段再降低煤浆泵的转速，使合成气中CO+H2的含量为7980。(5)分析渣中可燃物，如果含量降至20，试验结束并恢复原工况。2 试验情况介绍 2.1 试验过程 (1)第一阶段4月5日800开始提炉温至1000基本调整完毕，目标值是CO+H2的含量为 8283并维持2h稳定运行。 (2)第二阶段4月6日800开始提炉温至1000调整完毕，目标值CO+H2含量为81 82，但因6日1500跳车而停止试验。 2.2 数据对比 试验前后数据对比见表2。 3 试验结果 (1)操作炉温的确定依据是煤的灰熔点，一般在煤的灰熔点FT以上50左右。由于所使用的煤的灰熔点较低，所以炉温也较低，试验过程中高出正常炉温约100，具有较大的风险性。 (2)本次试验虽然只进行了2个阶段即被终止，但从数据上看已显示出趋向性。 (3)从表2可以看出，在其它条件不变的情况下(氧气流量、煤浆浓度、产氨量)，提高炉温，比氧耗增加，比煤耗降低，灰渣可燃物降低。 1 000m3(CO+H2)多耗氧分别为2.3m3(标态)和7.5 m3(标态)，1 000m3(CO+H2)少耗煤分别为11.3kg和24.3 kg。由此可见，提高炉温能提高煤的利用率，降低生产成本，但还要综合考虑比氧耗的增加和耐火砖的寿命等一系列因素。德士古气化炉炉壁超温的对策杜永法(镇海炼化股份有限公司，浙江宁波，315207) 2006-10-12 德士古渣油气化炉分上下两部分，上半部为燃烧室，下半部为激冷室。燃烧室的操作温度为1350，操作压力为8.53MPa。为防止气化炉壳体失强，燃烧室内衬耐火衬里。燃烧室壳体材质为SCMV3，壳体的设计温度为400。在燃烧室壳体外表面设置有表面热电偶，对炉体外表温度进行监测，当壁温超过302时，就会发出报警信号。自1983年底试车投用，气化炉炉壁超温现象时有发生，造成装置减负荷生产，甚至停车抢修。1 烧嘴原因造成的壁温异常 1.1 氧气喷嘴内有异物 1990年12月28日15：45，在装置停工检修中，2#气化炉更换锥底和炉口全部耐火衬里，投料后不久，炉拱顶和颈部超温报警，实测温度达到330。经检查各项工艺操作参数正常，耐火衬里是新的，烧嘴是新修复的。停炉后吊出烧嘴检查，发现烧嘴氧气喷嘴内有1个直径27mm、高度12mm不锈钢衬环，是氧气喷嘴端面堆焊高温合金时衬上的，在喷嘴端面金加工后，忘记取掉而遗留下来。更换烧嘴后投料运行，一切正常。1.2 低负荷运行造成氧气喷嘴烧损 3#气化炉大修后，于2002年4月12日9：55投料，为配合变换炉催化剂硫化，在低负荷下运行。当天多次对气化炉壁温进行检测，未发现异常。4月13日4：00开始加负荷，9：00左右对气化炉壁温进行检测，简体壁温正常，但炉颈部壁温最高达433，且四周温度均高，高点温差不大。降负荷后，炉颈温度逐渐下降，16：00左右，炉颈温度下降到285左右。14日0：38停3#炉，9：00左右吊出烧嘴，发现氧气喷嘴烧损较大，缩进量由原始的1.851.97mm增加到 3.724.95mm。氧气喷嘴烧损问题以往也曾发生，但这次使用时间更短。 2004年12月上旬，因尿素装置处理汽提塔问题，合成氨装置低负荷运行3d，恢复正常负荷时，2台气化炉都出现炉颈部壁温高报警，烧嘴冷却水回水温度上升，炉顶部发出异常声音。倒炉处理后检查发现，2台气化炉氧气烧嘴都已烧损。 超温原因：低负荷时，入炉的物料体积流量大幅减少，出烧嘴物料的流速急剧降低，火焰黑区大大缩短，雾化角度扩大，回流区缩小，燃烧区上移，向火面温度升高，气化炉上部炉壁温度随之升高。同时，烧嘴部位温度升高，低负荷下雾化不好，造成烧嘴部位局部过氧，使氧气喷嘴烧损。喷嘴烧损后，雾化状况进一步恶化，火焰形态发生变化，在局部区域产生过氧超温。1.3 原料油质量差，造成喷嘴烧损或结垢 从2003年下半年开始，气化炉因烧嘴损坏、壁温超温等实施的倒炉操作大幅增加，尤其是2004年，仅1月，同原因的倒炉就达4次，给油气化及合成氨、尿素装置的生产带来极大的困难，影响到全公司的溶剂脱油沥青(DOA)平衡和向炼油装置的供风、供氢、供氮。 几次烧嘴解体，均发现氧气喷嘴头部烧损，燃油通道从头至尾基本被结垢物所堵，烧嘴头内侧清除结垢物后表面光滑，而外侧离端部60110mm处，局部区域烧损减薄严重，甚至穿孔。 主要原因：气化炉使用的原料DOA中灰分过高，引起烧嘴油通道局部结垢堵塞，出烧嘴DOA偏流，造成氧气喷嘴局部过氧损坏；火焰偏向燃烧甚至返舔烧嘴，而燃油通道距烧嘴头部60110mm范围是冷却水管保护不到的区域，容易被烧坏；火焰返舔烧嘴和炉膛内高温气体的返混加剧，使烧嘴冷却水温升高，也使炉壁温度升高。1.4 处理对策 1)加强烧嘴投用前的检查，确保烧嘴的质量，避免有问题的烧嘴投入使用。 2)尽量避免低负荷工况运行。必要时，适当增加蒸汽量，提高物料出烧嘴的流速，尽量使高温火焰远离喷嘴，以提高喷嘴的使用寿命。 3)对溶脱装置的DOA产量和掺入溶脱装置的催化油浆量进行限制，以降低DOA中的灰分，改善气化炉的原料，避免烧嘴燃油通道结垢，从而保持烧嘴火焰的正常形态，避免烧嘴损坏。 4)将烧嘴冷却盘管连同燃油通道外筒用高密度耐火浇注料浇成一体，由耐高温的无机耐火材料来保护烧嘴外喷嘴和冷却盘管，避免火焰对烧嘴燃油通道头部的烧损。2 炉颈部位的炉壁超温 气化炉炉颈部是超温发生最多的部位，3台气化炉投用以来，炉颈部发生的超温现象在100次以上，除了因烧嘴损坏和操作原因造成的超温外，炉口耐火衬里损坏是炉颈部超温的主要原因。2.1 炉口耐火衬里损坏 1990年7月18日，1#气化炉炉颈部位开始频繁报警，炉壁温度在280390波动。1990年8月1日，利用渣油泵跳车的机会，对1#气化炉进行抢修。吊出烧嘴，打开上封头进行检查，炉顶部陶纤毡已经跑光，炉口耐火砖和拱顶耐火砖完好，但炉口浇注料上方的刚玉封盖层在东、西两个方向上各出现1个空洞，刚玉封盖层下的浇注料已经掏空，深度约300mm。空洞的位置正好与平时检测到的炉外壁超温位置相对应，说明正是炉U浇注料的掏空，造成炉颈部位窜气，使炉壁超温。1990年8月11日，2#气化炉炉颈部超温，靠北侧实测温度达到426，其他方向温度也达到320左右。1990年8月13日，对2#气化炉进行抢修，打开上封头进行检查，炉口陶纤毡还在，靠北侧刚玉封盖层有一30mm60mm左右的小孔，深度约330mm。拆除刚玉封盖层，发现北侧和西侧炉口浇注料均已跑空，剩余的浇注料强度很低，有的像灰一样，根本没有粘接，有的虽然粘接成块，但用脚一踩就粉碎。这次2台气化炉相继出现炉颈部超温现象，原因都是炉口浇注料跑空。从现场炉口浇注料拆除的情况分析，浇注料跑空的原因则是浇注料的粘接剂纯铝酸钙水泥失效造成的。 1996年5月6日，停炉拆装3#炉烧嘴，在拆除所有螺母后进行吊装烧嘴时，炉口内发生小闪爆，烧嘴弹出，造成炉砖表面剥落10mm左右，引起炉口砖松动。5月12日开车，5月17日炉颈部壁温高报警，最高曾达410。5月20日因氮压机原因停工小修，检查发现炉口砖松动，封口砖下沉约1020mm，浇注料部分掏空。超温原因是闪爆造成炉口砖松动和浇注料碎裂，运行一段时间后，浇注料跑损，产生高温窜气。2.2 处理对策 1)加强气化炉耐火衬里的砌筑管理，提高衬里的砌筑质量，特别应重视对浇注料粘接剂的管理，避免使用过期、失效或接近失效的粘接剂。在浇注料施工之前，应做浇注料试块试验，确保浇注料的质量。 2)对炉口耐火衬里进行改进，设置封口砖对耐火浇注料进行封闭，避免浇注料跑损。 3)拆装烧嘴前，炉内充氮置换干净，开启吸引器，保持炉内负压状态。在至少保留2颗螺母前提下，先撬动烧嘴法兰，然后再吊离烧嘴。3 拱顶部耐火衬里损坏造成的炉壁超温 拱顶部耐火衬里主要由一层刚玉砖和一层隔热浇注料构成。除了因低负荷、烧嘴损坏、火焰偏烧造成该部位超温外，因该部位耐火衬里损坏造成的超温情况并不多见，但以下两种特殊情况会造成该部位耐火衬里损坏并超温。3.1 操作不当造成拱顶砖损坏 1990年5月8日，国内某同类型厂的1#气化炉正在止压升温，发现炉内温度无指示，现场检查有爆燃声，并有震感，操作人员认为是液化气与空气配比不合适造成，立即上炉进行调整。调整后炉内温度上升，爆燃声消失，燃烧正常。当炉内温度升至900时，1#炉拱顶外壁测温区灯亮，仪表人员到现场误测了平时出现报警的1#炉筒体外壁测温区温度为130，属正常，并把测量结果告诉操作人员，操作人员对仪表的测量结果未确认和分析，误认为是误报警，没有引起重视。8日14：30气化炉投料，9日3：45 1#气化炉顶部瞬间爆鸣，气体着火喷出，当即紧急停车，停车时炉内1350、7.5MPa。该事故造成设备严重损坏。主要原因：在1#炉升温过程中，没有严格执行操作规程，在低于1050；时，液化气和空气配比不当的条件下，采用正压升温，造成炉内爆燃震动，使气化炉内衬炉砖局部产生松动、裂缝甚至脱落，炉内高温气体直射炉壁超温，炉壁材质强度下降。随炉内压力升高，炉壁凸起破裂。3.2 使用过度，刚玉砖衬里下滑 1989年3月20日，对2#气化炉清渣处理时，发现炉口20号砖全部、拱顶部分18、19号砖掉落在激冷室底封头上。拆卸上封头检查，炉口最上面一环22A号砖与炉口法兰间距从40mm增大到100mm左右，并向西北方向倾斜。将镜子伸进炉膛，利用反光对拱顶进行检查，发现18、19号砖全部脱落，17号砖也有部分脱落。2#气化炉继续投料生产后，拱顶部温度持续上升，6h后达到420，32h后因炉壁发红而作停炉处理。主要原因是当时耐火砖质量较差，加上工艺操作状况不佳，耐火砖使用寿命较短。在当时的条件下，该炉耐火砖已经使用过度(8304h)，使热电偶下方刚玉砖减薄严重，局部地方甚至已完全烧损，中间曾更换过一次的锥底刚玉砖已全部烧损。在经过开停车的温度和压力波动后，减薄严重的刚玉砖脱落较多，上部刚玉砖衬里因无支撑而下滑，在炉顶部形成空档，造成拱顶部超温。3.3 处理对策 1)加强人员的素质培训教育，严格执行工艺操作规程。 2)总结使用经验，利用各次停炉机会，对耐火砖的使用情况进行检查，在刚玉砖减薄至 50mm左右时，考虑予以更换。 3)将减薄速率最快的热电偶孔以下部位刚玉砖从114mm加厚到164mltl，增加刚玉砖的允许减薄量，延长其使用寿命。4 气化炉筒体部位的炉壁超温 气化炉简体部位炉壁超温大部分发生在筒体的热电偶孔部位，除了因烧嘴损坏、火焰偏烧和锥底山口堵塞原因外，超温主要是该部位耐火砖松动、耐火纤维保护套碎裂造成的高温窜气引起的。而简体其他部位发生的炉壁超温则主要是烧嘴损坏、火焰偏烧或者锥底出口大量结渣引起的。4.1 热电偶孔损伤造成的炉壁超温 1990年7月15日20：15，2#气化炉T-11高温热电偶上方有约300mm2范围发红，紧急停车，吊出烧嘴检查发现，炉口砖完好，筒体砖表面完好，加厚砖台阶清析可见。继续投料运行后，T-11高温热电偶附近壁温度在250320波动，7月26日开始增加T-11的吹氮量，温度降低40左右。9月13日，利用处理主蒸汽系统故障的机会，对2#气化炉高温热电偶进行处理。拆除热电偶连接法兰，掏出硅酸铝纤维套和已损坏的多晶氧化铝纤维，将热电偶孔内碎料和灰尘清理干净。刚玉砖层热电偶孔用高炉修补料和AA-22刚玉浇注料堵实，氧化铝空心球砖层和泡沫粘土砖层用高温硅酸铝纤维堵死。开车运行后，2#气化炉T-11高温热电偶附近炉壁温度基本保持在200以下。4.2 处理对策 1)规范高温热电偶的更换、拆装工作，尽量避免热电偶更换过程中对该部位耐火砖和耐火纤维保护套的损坏。 2)超温时，首先调节工艺参数，适当降低负荷、降低氧油比，降低炉内温度，并增加热电偶高压保护氮的充氮量。 3)停车时，对热电偶孔进行检查，根据具体情况，选择更换耐火纤维保护套或用耐火浇注料堵塞热电偶孔。5 锥底部位的炉壁超温5.1燃烧室底部损坏 2003年10月，1#气化炉压差波动较频繁，10月27日系统负荷由95加到105，运行基本正常。但至30日3：20，工艺气出口温度突然上升，且发现LCA-4液位必须控制在80以上才能稳住工艺气出口温度，同时发现1#炉靠工艺气出口管线上方(气化炉二楼平台下)壁温上升，其他部位壁温正常。在采取提高LCA-4液位和降低气化炉负荷等措施后，气化炉壁温仍上升，至9：50壁温最高达440。10：36手动停1#炉，13：30吊出烧嘴，没发现烧嘴有明显缺陷，气化炉内挂渣不是很严重，但燃烧室出气口较小。急冷室内积渣较多，与以往相比，渣的形态有所变化，片状渣较以往明显减少，大块渣增多。初步检查未发现急冷环降液管有问题，后进炉检查，发现气化炉燃烧室底部锥体反向法兰处烧穿，急冷环连接法兰也有烧损。超温原因：在运行期间，燃烧室出气口结渣，造成部分堵塞，多次出现压差在高位(1.23MPa)反复波动，结渣的不均匀引起高温工艺气偏流，导致激冷环和锥底出口砖损坏而烧穿裸露出来的锥底反向法兰。部分未冷却的工艺气从被烧穿处走短路，导致出口工艺气体和出口管周围温度高。5.2 原料质量差造成锥底出口堵塞 2000年至2001年期间，由于使用催化剂含量高的催化油浆作气化炉的原料，炉内结渣严重，炉底出口缩小，气化炉压差持续上升，且频繁波动，炉壁经常超温报警，最高曾达470。以往炉内结渣，一般是筒体中部以上结渣厚，而热电偶孔以下部位由于受烧嘴火焰气流的冲刷，结渣很薄，耐火砖减薄量很大，该部位直径最大。而这段时间的情况是，热电偶以下部位