德士古气化炉渣堵机理探讨

1、德士古气化炉渣堵机理探讨朱冬梅，聂成元 ( 山东兖矿鲁南化肥厂滕州 277527) 2002-06-161 气化炉渣堵现象根据目前德士古装置运行的实际情况来看，气化炉的渣堵现象可以分为3 类：(1) 熔渣堵塞渣口，使燃烧室的灰渣无法排出，堆满燃烧室的底部。目前国内德士古装置还未出现这种类型的渣堵。(2) 熔渣逐渐积累到下降管内壁上，直至挂满下降管而堵塞气体通道。这种类型的渣堵仅上海焦化厂报道过，其它厂家还未出现此问题。(3) 激冷后的大块灰渣堆积在气化炉锁斗上部 LHV51 阀的上部，锁斗排渣无法顺顷利进行而造成渣堵。这种现象较为普遍，本文主要对这种渣堵现象进行分析。生产中渣堵现象的具体表现如

2、下：(1) 渣堵时，气化炉的渣口压差变大，而且压力波动很大。(2) 锁斗循环泵的流量由正常的 22.0m3 h 锐减至 10.0m3 h 左右，严重时降至零，锁斗系统无法运行。(3) 渣量由正常的 3 5 t d 降至极少，气化炉排出物甚至出现清水。(4) 大量的细灰渣被带入闪蒸系统，闪蒸罐及其管线出现渣堵，沉降槽底部排出的几乎全部为细灰渣。兖矿鲁南化肥厂自1994 年气化炉运行达到设计能力后，至1997 年渣堵现象并不明显。1997 年后，由于B 炉拆除了破渣机，渣堵问题逐渐暴露出来，每年均有数次严重渣堵，影响气化炉的安全运行。特别是在2001 年 1 月至4 月间， B 炉出现20 余次渣

3、堵，致使气化炉被迫减负荷。其中特别严重的渣堵有3 次，锁斗及闪蒸管线均被灰渣：堵死，致使气化炉被迫停车处理。打开人孔检查，灰渣已堆到气化炉的入孔以上，并发现大量直径在200 300 mn 左右的块渣及20 mm左右的渣块，很难处理，严重影响厂生产。2 渣堵的原因分析2.1炉渣的组成与分类根据渣的组成和生成原因，炉渣可以分为4 类。（ 1）灰渣灰渣为直径 0.5 5.0mm的渣粒，主要来源于气化炉内煤浆颗粒在雾化燃烧过程中，微粒间碰撞烧结后，随着气流进入激冷水浴，经过激冷破碎而成。其主要成份见表1。(2) 块渣直径在 5.0mm以上的为块渣，但质地较为疏松，主要来源于沿炉壁流下的熔渣。当温度低时

4、，炉壁积累了厚厚的渣层，当温度突然升高时，大片的熔渣被烧下来，进入激冷室，未能被完全激冷破碎。其主要成份与灰渣相同。(3) 疤渣疤渣为块渣， 但质地较为坚硬且致密。成因是熔渣的组份渗透熔解耐火砖的组份后，形成了低熔点化合物：当熔渣的侵蚀作用加强、生成的低熔点化合物较多时，就进入激冷室。这种熔渣通常难以被激冷破碎，其主要组成包括Ca2SiO 4、Ca2SiO 5、CaAl 2Fe2 O7、CaO·Al2O3，SiO 2、 CaCrO3、CaZrO4 等低熔点化合物，质地较为坚硬，大都呈熔融玻璃状。(4) 砖渣砖渣主要是一些损蚀剥落的耐火砖碎块：熔渣的主要成份逐渐沿着耐火砖的气孔或裂纹侵

5、入耐火砖内，形成共熔物。 开停车过程中，压力、温度巨变时，共熔物发生热应力膨胀，沿着气孔或裂纹使砖分离、剥落，进入激冷室成为砖渣。主要成份和耐火砖略为不同，见表 2。2.2渣堵原因分析(1) 原料煤种变化的影响入炉煤中灰份含量的变化及灰渣组份的变化，也会影响到灰渣的熔融特性( 即确定气化炉操作温度所需要测定的入炉煤浆的灰熔点T3 ) 。灰熔点过高或过低，均会使气化炉温度发生变化，影响气化炉排渣。煤灰渣的组份又是灰渣粘温特性的主要影响因素之一，其中 A12O3、SiO 2 的含量过高均会使灰渣熔点升高，粘度变差，而灰渣中Fe2O3、 CaO的含量也会影响灰渣的熔点和粘度。因而，如果煤种的灰份含量

6、增高，灰渣中的Fe2O3 、 CaO含量过高，将会导致灰渣的熔点过高，粘温特性变差，灰渣的焦渣特性( 即灰渣的粘结指数 ) 变大，容易形成质地坚硬、体积较大的块渣，造成渣堵。(2) 耐火砖的损蚀过程发生变化在气化炉的反应区，熔渣会与耐火砖形成一层低熔点化合物。随着外界因素如气化炉操作工况、煤灰组份等的变化，会加剧灰渣对耐火砖的损蚀，使低熔点化合物逐层被剥蚀下来，形成大块的疤渣。当投料或压力波动较大时，也会使耐火砖沿裂纹剥落，形成大块的砖渣，使锁斗排渣困难，造成渣堵。这种渣堵一般较难处理，需停车处理。另外，耐火砖的自身质量及砌砖的整体质量也是决定结渣快慢的一个因素。若耐火砖的含铬量，高、气孔率小

7、、砌筑砖缝小、且灰浆饱满，其相应抵抗灰渣的侵蚀性也强，不易结渣。(3) 气化炉操作工况的影响气化炉的操作工况较为复杂，其中操作炉温是影响气化炉渣堵的一个主要因素。由于外界工况如氧压的变化，炉温由高到低变化幅度较大时，炉温低时挂在耐火砖表面的厚厚熔渣及低熔物脱落，在激冷室形成块渣和疤渣。另外，炉温高时，熔渣中的各侵蚀性金属元素活跃，极易渗透进入耐火砖本体，加快砖的损蚀。高炉温也会使砖的抗侵蚀能力和机械强度下降，加快耐火砖的烧损，这就不可避免地造成气化炉的渣堵。工业试验证明，炉温每升高100，熔渣对砖的损蚀就会加快1 倍。压力的影响较炉温而言相对较弱，但其影响也不容忽视，因而气化炉操作压力应尽可能

8、保持稳定。(4) 设备因素设置破渣机的目的是为防止大块的熔渣和砖渣所造成的渣堵。但从装置投用至矍997 年底，并未暴露出特别严重的渣堵现象，相反由于破渣机轴封泄漏原因，严重影响了气化炉的安全运行，因而将破渣机拆除，并与 A 炉作对比试验。 这也是由于存在设备缺陷而造成2000年初 B 炉渣堵特别严重的又重要因素。(5) 其它影响因素由于烧嘴装配尺寸不匹配或烧嘴使用后期磨损较为严重而形成偏喷，发生反应区偏流现象，使煤浆与氧的反应过程变化而导致渣的生成状态也发生变化，形成大块渣，造成渣堵。另外，由于气化炉的不稳定运行，也会导致块渣的生成。3预防气化炉渣堵的措施3.1稳定煤源，优化配煤技术水煤浆加压

9、气化要求煤种在反应性、成浆性、灰熔融特性方面均应达到一定的指标：热值在25.12MJ kg以上，灰熔点(T3)在重300以下 ( 但不可过低) ，原料煤中的灰份含量不得高于12 15 ( 越低越好) 。为防止气化炉渣堵，并充分考虑到运行的经济性，我们采用精煤掺配技术。所选用的精煤品种均符合指标，并对采购煤种严格把关，特别控制煤种的灰份含量绝对要小于10。通过采用定的掺配比例达到降低入炉煤的灰熔点、改变煤灰渣的组份，以减缓对耐火砖的损蚀，改善熔渣的形成状态，最大限度地减少疤渣、砖渣的生成，从而尽可能地防止气化炉渣堵现象的发生。3.2把好耐火砖的质量耐火砖要严格按照其理化性能标准选用，严把质量关。

10、还应加强砌筑质量管理，严格执行筑炉技术要求：控制横向灰缝1mm、纵向灰缝 1.8 mm，灰缝耐火泥浆要饱满，垂直度偏差±5 mmm，水平度偏差为± 4mm m，最大同心度为± 5mm。另外，严格按照烘炉曲线烘炉升温，控制升温速率为25/h 。3.3严格控制操作温度(1) 正常运行时，要严格执行工艺指标，控制炉温在 1 350以下，这对防止气化炉的渣堵十分重要。若高温热电偶烧坏后，可根据在线质谱仪测得的气体成份含量及甲烷含量综合判断炉温的高低，严禁超温操作。并且采用氧煤比自动跟踪技术，可以避免炉温的大幅度波动。采用新的高温热电偶装配技术，延长高温热电偶的使用寿命，对

11、稳定炉温同样重要。(2) 投料时炉温不可过高。投料是系统一个突变的过程，炉温会瞬间猛升，加快耐火砖的损蚀，加速疤渣、砖渣形成，易造成气化炉的渣堵。因而在投料时，要将投料的氧煤比调低，控制炉温在合适的范围内。(3) 加强入炉煤浆灰熔点的检测，每天都应准时、 快速地将灰熔点 (T 3) 检测出来并将结果报给控制室，由操作人员参照灰渣的粘温特性变化情况，随时调整气化炉的操作温度。(4) 通常以灰渣流动时其粘度在 2535Pa·s 时的温度作为气化炉的操作温度，此时气化炉的排渣较为顺利。3.4稳定气化炉运行，加强气化炉安全生产管理(1) 对德士古气化炉的安全联锁系统及高压通过 B 炉与未拆除

12、破渣机的A 炉的对比试验后，决定于2001 年 11 月回装破渣机，以消除严重渣堵的影响。4 结语(1) 引起气化炉渣堵的原因是多方面的，诸如煤种灰份含量及组成变化、熔渣对耐火砖损蚀。的加剧以及炉温的大幅度波动，均能改变渣的状态，造成排渣不正常，容易导致渣堵。(2) 对德士古气化炉采取了正确的预防措施，基本上已杜绝了渣堵现象的发生。即便发生了渣堵，操作人员也会采取不同的措施进行处理，使系统尽快恢复正常。(3) 每年可避免因气化炉渣堵而造成合成氨系统停车至少2 次，每次开停车中相关工序设备的运行费用、放空的合成气及检修费用累计可达 20 万元。仅此一项，年节约费用40 余万元左右，经济效益十分显

13、著。德士古气化装置闪蒸系统改造总结聂成元，朱冬梅 ( 兖矿鲁南化肥厂，山东滕州 277527) 2002-03-16我厂德士古水煤浆加压气化装置采用三级黑水闪蒸流程，闪蒸气和灰水经两级逆流换热，进行余热回收，充分体现了这套装置在节能降耗和环境保护方面的优越性。但在运行中，存在着闪蒸罐垢堵和管道磨蚀穿孔现象，严重影响了气化装置的运行。我厂组织力量不断攻关，大胆探索，使闪蒸流程更趋完善，现将近几年来的技改总结如下。1 闪蒸系统现状和存在的问题1.1闪蒸系统流程简介气化炉和洗涤塔排出的黑水由节流减压阀依次进入高压闪蒸罐和中压闪蒸罐，高温液体在罐内降压膨胀，闪蒸气经两级换热后进入火炬，闪蒸后的含固黑水

14、自流进负压控制的真空闪蒸罐，真空闪蒸后的底流物由沉降槽给料泵泵入沉降槽，黑水逐步被浓缩，含固量越来越高，在沉降槽内和絮凝剂充分接触。固体颗粒沉降到底部排出，过滤、较清的灰水溢流进入灰水罐，通过高压灰水泵泵入系统循环利用。其中高压灰水和高中压闪蒸罐闪蒸出的汽气混合物( 温度大约为70和 144) 逆向接触换热，灰水温度经两级换热后由70升至150左右，余热得到极大程度的回收。1.2闪蒸系统存在的问题德士古气化装置的闪蒸系统虽然有很多优越性，但试车以来， 每年均有数次因闪蒸系统的问题导致气化装置无法运行而停车或减量，还因疏通系统堵塞，发生数起人身烫伤事故。运行中发现闪蒸系统主要存在以下问题。(1)

15、 原设计真空闪蒸罐位于框架二楼，出口黑水必须经沉降槽给料泵泵人沉降槽，对液位调节系统要求较高，泵故障率较高，泄漏的黑水四溅，污染环境，整个闪蒸系统管理困难，维护费用高。(2) 闪蒸系统罐内和管道内壁结有大量垢层，极易脱落堆积在罐的底部，堵塞罐的黑水出口和卡住自调阀，清理难度大，而且危险性大，极易发生烫伤事故。另外，还造成系统无法运行而迫使气化装置停车处理。(3) 闪蒸系统黑水含固量大，且固体多为高温玻璃体，随着黑水的流动，冲刷磨蚀弯头、管道。一旦关键部位被磨蚀穿孔，气化装置就须减量或停车处理，影响气化装置长周期运行。(4) 大量的含固黑水夹杂着汽气混合物进入各级闪蒸罐顶换热器，在换热器中易沉积

16、结垢，影响换热效果。1.3闪蒸系统堵塞的原因随着闪蒸的进行，黑水中的Ca2+、CO32 、HCO3 等离子浓度逐渐升高，达到生成CaCO3的条件后， CaCO3及其他不溶性盐类与黑水中的炭黑颗粒吸附在设备内壁上，慢慢形成较厚的垢层，特别是锥体部位，可达20cm左右。当遇到开停车或操作不稳定时，温度变化较大，由于设备和灰垢的膨胀系数差别较大，灰垢较易剥落，堵塞管路和罐体出口。2 闪蒸系统的改造2.1闪蒸系统改造后的流程根据闪蒸系统存在的问题，我厂组织力量对改造方案进行技术论证后，分别于1997 年和 2000 年对闪蒸系统进行了技术改造，改造后的闪蒸流程示意见图1。2.2闪蒸系统的改造项目(1)

17、 真空闪蒸罐由原来的框架二楼移至框架五楼，闪蒸后的黑水靠自流进入重力沉降槽，作进一步处理。(2) 原设计沉降槽给料泵由于存在故障率高、维护费用高、管理复杂等弊端，在真空闪蒸罐移位后，改作他用。(3) 高中压闪蒸罐的黑水管线，改至罐体下部引出，罐出口处设折流挡板，避免大块渣进入。罐底锥部原黑水出口管线改为排污管线，并配置冷凝液冲洗管，定期冲洗，使集结在锥部的灰渣沉积物及时排出。此项改造避免了高中压闪蒸罐和管道的堵塞。(4) 真空闪蒸罐底部的液位自调机构，由原来的一开一备改为单系列自动调节，另一路设置球阀。这样，不仅省掉一套自调机构，节省费用，减少维护，而且避免灰垢堵塞自调阀。(5) 针对真空闪蒸

18、罐黑水出口设于锥体处，无法设置排污管线，我们在真空闪蒸罐底部设计了一台积渣罐。依据真空闪蒸罐在开停车时剥离下来的灰垢量，并结合实际生产情况，将积渣罐设于罐锥体与液位自调阀之间，并在出口设置折流挡板，防止灰垢进入液位自调阀，底部设置一箅子板，箅子板上方设较大的卸料孔，以便清理积渣罐内部灰垢。箅子板下方设置排污阀，在拆卸料孔时，排尽罐内的黑水，以防烫伤人，这样积渣罐可以不定期清理，增加了闪蒸系统运行的可靠性。(6) 由于闪蒸系统黑水中，含有硬度较高粒度不均的玻璃颗粒体，在闪蒸系统流动的过程中，会对一些关键部位产生磨蚀，时间一长就会磨穿这些部位，处理时需气化炉减量或停车。为此，我厂与多家科研单位联合，开发了特殊材料衬里的弯头管道，安装在易出问题的关键部位。(7) 闪蒸系统液位测量仪表均改用双法兰式1511 型仪表，并配置冲洗水系统，定期冲洗。平时操作中，严格控制液位。3 改造后的运行效果闪蒸系统通过改造，运行状况良好。原来曾多次因闪蒸系统而导致停车，现在几年内没有因闪蒸系统原因而停车，说