水煤浆气化炉炉温异常原因分析与应对措施分析.pdf

58石油化工引言现阶段，我国煤化工领域的发展，将煤气化作为主导的洁净煤技术作为基础。促进洁净煤相关技术在我国发展，可以发挥出我国煤炭资源具备的优势，提高煤炭能源的利用成效，同时促进我国能源消费结构转型，做到对各种化石能源的清洁利用，最终使“双碳”发展战略真正在我国得到落实。水煤浆气化炉在诞生以后，一直在我国化工生产领域发挥着巨大作用，所以需要妥善解决气化炉在运用过程中，出现的炉温异常问题，积极寻找问题出现的原因，然后利用有效的措施加以应对。一、控制水煤浆气化炉温度的过程水煤浆和氧气会根据一定的比例，被输送至气化炉内部，如果，煤的种类没有出现变化，那么氧煤比与炉内温度之间会呈现出对应关系。如果，氧气达到了一定的数值，煤浆的浓度下降，气化炉的温度上升，反之气化炉的温度就会下降。如果，水煤浆浓度达到了一定的数值，氧气的流量增加，气化炉的温度上升，反之气化炉的温度也会下降。不同的温度会与不同的气体相对应，在所有气体之中，甲烷的敏感性最高，因此，在正常的温度下，需要及时绘制甲烷含量与温度相对应的关系曲线，然后结合不同的工艺指标，对气化炉的温度进行调整。传统的气化炉操作温度，就是将煤灰分的熔点作为基础，然后上调50，然而我国现阶段的原煤供应逐渐减少，因此部分原料煤的供应商，会选择在原料煤之中，添加熔点高的灰分，导致气化炉的稳定运行被制约。为了使水煤浆气化炉可以稳定地操作运行，当前通常将灰分的黏温特性，作为确定气化炉温度的基础，同时考虑到水煤浆内部灰分的熔点。这不仅要求气化炉的温度处于稳定的状态，同时也要求气化炉的温度不宜过高，过高则表示气化炉的温度异常，需要采取一系列措施降低温度。二、影响水煤浆气化炉炉温的原因分析1.水煤浆的质量在衡量水煤浆质量的时候，需要将三个指标作为依据，分别为：煤浆的浓度、黏度以及粒度。在经过研究之后不难看出，决定水煤浆实际质量的重要因素，就是煤浆的浓度以及黏度。煤浆质量会直接决定水煤浆的输送、雾化过程，进而对气化效率、有效气成分、煤炭的转化率等造成影响。粒度分布则是衡量水煤浆之中，煤炭颗粒的粗细成本，这一指标在变化之后，会使水煤浆的浓度与黏度出现变化。水煤浆气化炉在正常运行的过程中，炉内化学反应产生的能量处于平衡状态，但如果煤浆的浓度偏低，而其他条件仍旧保持稳定状态，那么，水煤浆带入的水分，在汽化的时候消耗热量，导致炉内的温度迅速上升，煤浆在炉内发生的化学反应，会造成较大的热量损失。2.煤的质量水煤浆气化炉对于煤的质量提出较高的要求，尽管我国的煤炭类型较为多样化，但是真正适合水煤浆气化炉的煤种较少。煤的质量在出现变化之后，煤浆的浓度必然会下降，或者低位发热量出现显著变化，灰渣的黏温特性也会因此而改变，最终导致炉温出现异常，影响对水煤浆气化炉的优化操作。由此可见，水煤浆气化炉运用的煤，必须在投入运用之前进行初步筛选，判断煤的适用性，以及煤质是否与气化炉的要求相符合。在通常情况下，对气化炉用煤的评价指标，主要分为以下几种：内水分与外水分、固定碳含量、挥发分、热值、灰熔点、哈氏可磨指数、黏温特性、成浆性。3.氧煤比的参数正式应用水煤浆气化炉的过程中，氧煤比参数发生的变化，可以直接反映出气化炉温度的变化，进而使气化炉可以顺利运行，所以这是气化炉操作运行之中的关水煤浆气化炉炉温异常原因分析与应对措施分析朱朋国能榆林化工有限公司【摘要】在我国化工领域之中，水煤浆气化炉的作用十分重要，而且能够在化工生产过程中，发挥出较大的价值。水煤浆气化炉在正式运行的过程中，必须保证其温度处于正常状态，如果气化炉的炉温出现异常，不仅会导致正常的生产过程遭遇障碍，甚至会埋下较大的安全隐患。导致水煤浆气化炉温度异常的原因有很多种，在实际应对过程中，需要做到具体问题具体分析。基于此，通过分析水煤浆气化炉的控制过程以及影响气化炉炉温的原因，进而分析炉温异常的原因，给出一系列应对措施。【关键词】水煤浆气化炉；炉温异常；异常原因；应对措施。【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.15.02059石油化工键点。单位时间内进入气化炉参与化学反应的氧气、水煤浆量的比例，往往成为衡量以及评估气化炉温度的实际变化。在氧煤比增加之后，气化炉内部的氧气会呈现出过量状态，化学反应能够更加充分地进行，在这一过程中放热量变大，气化炉的温度上升，碳的转化、气化效率上升，且可以产出更多的气。需要注意一点，如果单纯地为了化学反应而盲目选择增加氧煤比，会使气化炉的温度过高，埋下较大的安全隐患。但如果氧煤比下降，也就是出现了氧气含量较少，或者煤浆量较大的情况，气化炉内部雾化的水煤浆难以充分地燃烧，也无法完全实现化学反应，这时候气化炉的温度就会下降，导致气化炉的液态排渣作业无法顺利开展，然而炉内有效气的成分含量会上升。所以在操作水煤浆气化炉的过程中，气化炉的温度必须保持在平稳的状态，在生产标准的范围内，合理控制气化炉的温度，避免温度过高或者过低的现象产生，从而使气化生产工作圆满完成。4.合成气的成分氧气与水煤浆在进入气化炉之后，由于受到高温、高压条件带来的作用，必然会产生化学反应，进而生成一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氢气等气体，其中一氧化碳和氢气为有效气成分。上述气体的生成与水煤浆气化炉的温度直接，有着十分紧密的联系。如果，气化炉的温度在正常的操作范围内，那么有效气成分的含量会上升，二氧化碳含量降低，甲烷含量也会上升。气化炉的温度无论过高还是过低，都会导致合成气的成分出现较大变化。由此可见，气化炉内部的温度，能够决定反应生成的合成气不同组分的含量。三、水煤浆气化炉炉温出现异常的原因分析1.烧嘴压差与渣口压差出现了剧烈波动煤浆的压力与气化炉压力之间存在的差异，就是烧嘴压差，可以反映出气化炉烧嘴的磨损量，以及气化炉的雾化效果，会直接决定气化炉是否能够稳定地运行。在一般情况下，烧嘴压差最小不低于0.23MPa，最大不高于0.25MPa，如果其波动的范围处于0.010.03MPa之间，属于正常现象。烧嘴的质量与间隙磨损需要得到合理设计，其位置必须超出燃烧室10cm。如果烧嘴的长度少于10cm，那么烧嘴会直接烧蚀气化炉的炉壁，进而使气化炉的温度异常。与此同时，渣口压差为合成气出口压力与气化炉压力之间的差异，如果渣口压差保持正常，气化炉可以顺利进行排渣，排出渣质量为玻璃状，其压差则保持在0.10.15MPa之间。如果原料的煤灰分含量较大，那么灰成分中的化学物质含量必然出现变化，导致黏温特性出现变化，熔融状态的灰渣会在烧嘴的头部凝固，形成厚度和硬度较大的渣层，使气化炉内部的对撞式流场形态出现紊乱，引发烧嘴回火的问题。在烧嘴压差高于0.5MPa的情况下，炉内煤流的喷射角度、流量均衡性都出现了较大变化，打破了炉内原本平稳的流场，煤浆形成的剪切力也出现变化，导致炉内受热出现不均衡问题，造成气化炉部分区域炉温异常。2.使用质量不佳的原料煤在对我国某地的化工园区使用原料煤的情况进行溯源之后，发现原料煤的基灰分含量较高。对其中灰成分内所含的物质进行分析，发现硅元素的含量上升较为明显，从2021年底的38%，上升至2022年冬季的45%；钙元素含量则有所下降，从2021年底的21%，下降至2022年冬季的16%。在基灰分含量明显较高、灰成分中硅元素含量持续上升的情况下，原料煤的酸碱比例出现严重失调的问题，且硅元素与钙元素的比例失调。为了保证原料煤可以充分发挥出作用，化工园区不得不增加水煤浆气化炉的操作温度，使得炉内温度长期居高不下，进而出现炉温异常情况。3.气化炉操作过程中出现指标异常造成气化炉温度异常的原因较多，除上文提到的两个重要因素，还需要重视各种指标的异常情况。例如，在操作水煤浆气化炉的过程中，要想明确炉温是否处于正常范围，应当对甲烷的浓度进行监测。气化炉之中的甲烷浓度，通常保持于11001200ppm之间，如果气化炉内部的甲烷浓度降低，那么甲烷的浓度就会下降，导致气化炉壁的温度出现异常。再例如，水煤浆的浓度需要符合相关标准，其浓度标准最小为59%，最大为62%，如果水煤浆的浓度大于62%，那么气化炉内部的温度会出现较大的波动。四、应对水煤浆气化炉炉温出现异常的措施1.根据渣样判断气化炉内部的温度情况如果，气化炉排出的渣样为正常渣样，那么，其粒径大约为5mm，表面光滑且体积均匀，灰量始终，占据50%及以上的总渣量。在判断气化炉温度是否异常方面，可以通过观察渣样进行明确，具体如下：第一，细渣较多，颜色为黄绿色，在分析之后发现铬元素含量较高，说明温度较高，极易出现异常，需要适当降低气化炉内部的温度；第二，细渣较多且包含大量灰分，但是并未出现拉丝，说明炉内温度较高，渣样流动性较好，可根据实际60石油化工情况，降低气化炉内部的温度；第三，渣量适中但是形状不规则，且存在明显拉丝现象，说明渣样流动性较差，需要适当地提高气化炉的温度，避免出现温度过低问题；第四，渣样出现粗粒，其中包括少量小块，形状不规则，说明炉内温度未达到标准，流动性较差，需要适当地提高气化炉的温度，避免出现温度过低问题；第五，渣样数量多、不成形，且呈现出类似岩棉的细丝状，说明渣口或者下降管存在堵塞问题，需要停止当前作业活动，进行全面检查；第六，渣样之中出现大量粗粒，形状不规则，且出现挂渣现象，说明炉内温度较低，需要适当地提高气化炉的温度；第七，渣样之中同时包含块状和细丝，渣量适中，说明渣样的含碳量较高，烧嘴的雾化效果差，或者烧嘴存在偏差，需要对烧嘴进行检查；第八，如果排出的渣样数量过大，说明原料煤之中含有的灰分较多，应当降低气化炉的系统负荷，或者适当提高炉内温度。2.构建出气化炉用煤的全周期预警监测机制水煤浆运用的煤需要从购买、运输、投入使用等多个环节入手，构建全周期的预警监测机制，如果发现煤质存在异常情况，需要第一时间进行预警。相关生产单位应当强化信息的传递，保证煤质的分析结果可以被及时传递。在发现气化炉温度异常问题以后，可以根据炉内气体的监测浓度、烧嘴压差的变化、渣口压差的变化，及时调整生产参数，以及原料煤的配制方案，调整气化炉的实际运行过程，最大限度地避免炉温异常问题产生。不仅如此，还需要重点监测灰分的内部元素含量。例如，氧化钙的含量监测数值，最小不得少于17%，最大不得超过23%，如果氧化钙的含量过高，会导致渣样堵塞、拉丝情况出现。在监测烧嘴压差数值的同时，还需要监测一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等气体的浓度，提前收集黏温参数并且分析，进而及时预警出现的异常情况。3.使用质量较高的原料煤并检测煤质上文提到，如果气化炉运用的原料煤质量较差，那么气化炉温度异常出现的概率也会加大，所以必须严格把关煤的质量，做好对煤质的检测工作。原料煤的基础灰分含量，最大不得超过8%；在灰分之中的硅元素含量不得超过42%；硅元素和钙元素的比例，应当尽量保持在2.4左右，过大或者过小均不适宜；酸碱比例最小为1.2，最大为2.0；流动温度需要控制在1200以下。不同批次进入的原料煤，需要分区域进行堆放，在原料煤投入使用的时候，必须遵循“先进先出”的原则，否则先进入的原料煤会因为长期堆放，变成价值不高的陈旧煤，导致煤资源被浪费。不同批次的原料煤需要运用特殊的堆放方法，常见的堆放方法为“人”字形堆煤。除此之外，新批次的原料煤进入之前，必须保证区域内部堆放的煤已经被彻底清理，以此保证新批次煤的质量。4.强化相关工作人员的水平以及素养部分情况下之所以出现水煤浆气化炉温度异常的问题，例如，甲烷浓度检测异常等，是因为相关人员没有按照规定进行操作，或者在岗位内部敷衍了事，进而导致炉温异常情况出现，严重影响了正常的生产秩序。相关单位应当从以下几个方面入手:（1）制定水煤浆气化炉相关操作规章制度，保证制度在内部能够严格落实，同时落实岗位责任制度，要求所有工作人员按照相关要求，做好控制气化炉温度的工作，在问题出现之后，可以第一时间找到主要责任人并追责；（2）定期对相关人员展开培训工作，使工作人员可以了解最先进的操作与控制方法；（3）落实奖惩措施，及时淘汰掉工作态度消极敷衍的工作人员，奖励在岗位内部认真负责、积极进取的工作人员，激发所有工作人员的工作积极性；（4）必要情况下可以适当吸纳外部的优秀专业人才，对于内部的优秀人才可以派遣其外出学习。五、结论综上所述，温度是决定水煤浆气化炉是否可以顺利运行的关键因素，但是在气化炉运行的过程中，很容易出现炉温异常的问题。要想真正解决问题，就需要对炉温异常的原因进行分析，然后找到相应的措施并且科学运用，真正做到“对症下药”，为正常的化工生产提供可靠保障。参考文献：1杨会萍.煤质变化对水煤浆气化炉稳定运行的影响J.当代化工研究，2023(04):40-42.2张舒航.水煤浆气化异常工况动态模拟D.华东理工大学，2020.3刘超.四喷嘴水煤浆气化炉温度的控制及工艺改进J.中国化工贸易，2019，011(14):66.4陈延栋，方瑞.关于水煤浆气化炉控制方法的探讨J.氮肥技术，2020，41(06):24-26.作者简介：朱朋（1991），男，汉族，辽宁凌源人，本科，助理工程师，研究方向：煤化工水煤浆气化。