王家鋒

(呼倫貝爾金新化工有限公司生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中心，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021506)

1 BGL氣化爐鼓風(fēng)口簡(jiǎn)介

鼓風(fēng)口是BGL氣化爐核心部件之一，為氣化爐發(fā)生燃燒氣化反應(yīng)提供氧氣和蒸汽。每臺(tái)氣化爐布置有6個(gè)鼓風(fēng)口，呈對(duì)稱(chēng)分布。為使布?xì)饩鶆虮苊馄珶?個(gè)鼓風(fēng)口均勻布置在圍繞氣化爐的環(huán)形緩沖管上。6只鼓風(fēng)口能否正常投用，直接影響B(tài)GL氣化爐粗煤氣的產(chǎn)氣量及運(yùn)行狀態(tài)。

由于鼓風(fēng)口頭部處于燃燒中心，溫度高、易損壞，因此鼓風(fēng)口特設(shè)置冷卻循環(huán)系統(tǒng)，移走鼓風(fēng)口部位的熱量進(jìn)行保護(hù)[1]。鼓風(fēng)口設(shè)計(jì)使用周期60多天就要檢查或修復(fù)，這對(duì)公司整個(gè)裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行帶來(lái)了不利影響。經(jīng)過(guò)公司設(shè)備、工藝兩大部門(mén)的長(zhǎng)期公關(guān)、探索，2019年5月，3#BGL氣化爐首次將原設(shè)計(jì)的單盤(pán)管冷卻鼓風(fēng)口(如圖1)改為雙冷卻盤(pán)管的鼓風(fēng)口(如圖2)。改進(jìn)后運(yùn)行效果非常成功，鼓風(fēng)口平均使用壽命可達(dá)150天，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原始的設(shè)計(jì)周期。

圖1 單盤(pán)管鼓風(fēng)口結(jié)構(gòu)形式

圖2 雙盤(pán)管鼓風(fēng)口盤(pán)管形式

目前，3臺(tái)BGL氣化爐的鼓風(fēng)口均已改為雙排管冷卻。鼓風(fēng)口運(yùn)行效果比較好，但真正實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)口長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行仍是當(dāng)前主要研究的課題之一。

2 鼓風(fēng)口長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行影響因素及優(yōu)化控制

2.1 蒸氧比

蒸氧比是指氣化爐運(yùn)行期間氣化劑蒸汽與氧氣的比值。蒸氧比是調(diào)整、控制氣化過(guò)程溫度、改變煤氣組成，影響副產(chǎn)品產(chǎn)量及質(zhì)量的重要因素。蒸氧比一般隨煤種或者排渣工況作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。BGL氣化爐汽氧比設(shè)計(jì)制范圍設(shè)定在0.7～1.22 kg/m3，目前我公司BGL氣化爐正常運(yùn)行時(shí)蒸氧比控制在0.88～0.92 kg/m3。

氣化爐渣池的溫度主要通過(guò)蒸氧比調(diào)整來(lái)控制。相同負(fù)荷，蒸氧比越高，渣池溫度越低，蒸氧比越低渣池溫度越高。但較低的蒸氧比不利于設(shè)備的安全，氣化爐的碳化硅耐火磚在氧化條件下極易被燒蝕[2]，尤其在開(kāi)車(chē)階段，剛投蒸氧時(shí)爐內(nèi)工況不穩(wěn)定，極易發(fā)生偏燒和回火，容易損壞鼓風(fēng)口和耐火磚，因此公司在投蒸氧時(shí)蒸氧比控制在 0.95 kg/m3。一方面是因?yàn)殚_(kāi)車(chē)原料煤中摻有石油焦，燃燒溫度較高；另一方面，如果蒸氧比太低會(huì)使投氧后爐內(nèi)溫度上升過(guò)快，不利于火層培養(yǎng)，而且也會(huì)損壞鼓風(fēng)口和耐火磚。在投蒸氧后運(yùn)行初期蒸氧比也會(huì)適當(dāng)控制的高一些，隨后根據(jù)渣樣及排渣情況再緩慢將蒸氧比降下來(lái)，這樣既保護(hù)了鼓風(fēng)口也降低了耐火磚被燒蝕的風(fēng)險(xiǎn)[3]。

2.2 氣化爐負(fù)荷

氣化爐的負(fù)荷決定了鼓風(fēng)口的流速的大小，負(fù)荷過(guò)低，鼓風(fēng)口流速自然降低，鼓風(fēng)口流速過(guò)低容易造成回火，燒壞鼓風(fēng)口頭部及其附近的耐火磚[4]。對(duì)于鼓風(fēng)口流速問(wèn)題，我公司也反復(fù)對(duì)鼓風(fēng)口口徑進(jìn)行了改造，目前鼓風(fēng)口口徑已改至 17.3 mm，針對(duì)公司目前所用的褐煤煤質(zhì)特點(diǎn)，氣化爐鼓風(fēng)口流速控制在 131～146 m/s 范圍內(nèi)運(yùn)行效果比較理想。當(dāng)鼓風(fēng)口流速小于 120 m/s 時(shí)，若氣化爐負(fù)荷無(wú)法增加，則氣化爐必須切除1支鼓風(fēng)口運(yùn)行，保證運(yùn)行鼓風(fēng)口流速大于 120 m/s，這樣才能避免氣化爐鼓風(fēng)口回火現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)也能很好地保護(hù)鼓風(fēng)口周?chē)哪突鸫u不被大面積燒蝕。

2.3 渣池液位

渣池壓差(PDI2140/2150/2160)反映了渣池中的液態(tài)渣量。正常運(yùn)行時(shí)，BGL氣化爐最關(guān)鍵的就是保持渣池液位隨時(shí)處于可控范圍內(nèi)，并且排渣控制能夠達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)渣池液位的功能。如果渣池液位控制過(guò)高，就會(huì)導(dǎo)致鼓風(fēng)口頻繁超溫，嚴(yán)重時(shí)損壞鼓風(fēng)口。由于公司原料褐煤灰分波動(dòng)較大(如圖3所示)，對(duì)氣化爐排渣影響較大，石灰石添加量、渣粘度、渣樣組成是平時(shí)控制的關(guān)鍵。

圖3 氣化某兩周煤灰分變化趨勢(shì)

氣化爐設(shè)計(jì)渣池壓差控制在 49 kPa 為最優(yōu)控制點(diǎn)，最低為 40 kPa，最高不能高于 55 kPa，如圖4所示。

圖4 氣化爐不同渣池壓差對(duì)應(yīng)的渣池高度

根據(jù)公司氣化爐多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，如果渣池壓差低于 40 kPa，排渣過(guò)程中排渣口會(huì)頻繁堵塞，不利于穩(wěn)定排渣；如果渣池壓差達(dá)到 55 kPa 且長(zhǎng)時(shí)間控制不下來(lái)，就會(huì)對(duì)氣化爐產(chǎn)生2種不利影響：1)鼓風(fēng)口壁溫(TI2310/2320/2330/2340/2350/2360)會(huì)緩慢上漲，嚴(yán)重時(shí)會(huì)超溫聯(lián)鎖切除相應(yīng)鼓風(fēng)口；2)氣化爐床層壓差逐漸上漲，氣化爐發(fā)生偏燒現(xiàn)象，爐子工況逐步惡化。

以上情況一旦發(fā)生，必將使鼓風(fēng)口頻繁發(fā)生超溫切除，對(duì)鼓風(fēng)口長(zhǎng)周期運(yùn)行極為不利。因此，針對(duì)目前公司原料煤灰分波動(dòng)大這一特點(diǎn)，氣化爐排渣壓差控制在40～45 kPa，鼓風(fēng)口壁溫控制在300～400 ℃。這樣即使煤質(zhì)發(fā)生變化或者氣化爐發(fā)生排渣不暢等情況，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)對(duì)渣池液位及氣化爐工況造成太大沖擊，操作人員可通過(guò)優(yōu)化排渣參數(shù)、蒸氧比、石灰石配比等逐步將渣池液位降下來(lái)。

2.4 氣化爐偏燒

BGL氣化爐的6只鼓風(fēng)口呈對(duì)稱(chēng)分布，一旦氣化爐發(fā)生偏燒回火，氣化劑與原料煤的反應(yīng)就會(huì)不均勻，最終氣化爐內(nèi)氣流發(fā)生短路，反應(yīng)區(qū)紊亂，導(dǎo)致氣化爐鼓風(fēng)口壁溫大幅波動(dòng)甚至超溫切除，床層壓差上升且波動(dòng)較大(如圖5)。1#氣化爐在某一周因煤質(zhì)變化大，氣化爐運(yùn)行非常不穩(wěn)定，頻繁發(fā)生偏燒，床層壓差PDI2130與6#鼓風(fēng)口壁溫TI2310波動(dòng)非常大。偏燒期間，6#鼓風(fēng)口因超溫或者溫升過(guò)快聯(lián)鎖切除共3次，通過(guò)氣化爐降負(fù)荷，優(yōu)化排渣操作，調(diào)整石灰石配比等措施，最終1#氣化爐偏燒逐漸消除，切除的6#鼓風(fēng)口才正常投運(yùn)。

圖5 氣化爐偏燒時(shí)鼓風(fēng)口壁溫與床層壓差趨勢(shì)

由此可見(jiàn)，氣化爐偏燒對(duì)鼓風(fēng)口運(yùn)行也是極為不利的。為了減少氣化爐在正常運(yùn)行期間因偏燒問(wèn)題而影響鼓風(fēng)口正常運(yùn)行，應(yīng)該從以下幾方面進(jìn)行優(yōu)化：①氣化爐運(yùn)行期間加負(fù)荷過(guò)不易過(guò)快，否則會(huì)破壞爐內(nèi)反應(yīng)床層，從而導(dǎo)致偏燒；②原料煤粒度要求均勻且煤中煤粉量要嚴(yán)格控制，盡量減少或者消除煤粉煤粉進(jìn)入爐內(nèi)；③氣化爐渣池液位控制在40～45 kPa，避免過(guò)高的渣池液位破壞爐內(nèi)反應(yīng)床層，使床層上移，導(dǎo)致反應(yīng)區(qū)域偏離而發(fā)生偏燒；④禁止單煤鎖長(zhǎng)時(shí)間加煤，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)塊煤向一側(cè)傾斜。

2.5 鼓風(fēng)口冷卻水溫差控制

自氣化爐鼓風(fēng)口改為雙盤(pán)管冷卻水以來(lái)，為提高鼓風(fēng)口使用壽命，公司對(duì)鼓風(fēng)口冷卻水量持續(xù)優(yōu)化，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，取消原設(shè)計(jì)的鼓風(fēng)口冷卻水回水調(diào)節(jié)閥門(mén)，增大鼓風(fēng)口冷卻水流量，使鼓風(fēng)口上回水溫差嚴(yán)格控制在小于 5 ℃，極大地改善了鼓風(fēng)口的換熱效果，為鼓風(fēng)口長(zhǎng)周期運(yùn)行增加了有力保障。

3 鼓風(fēng)口泄漏后的維護(hù)

鼓風(fēng)口經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后必然會(huì)發(fā)生泄漏。目前鼓風(fēng)口采用雙盤(pán)管冷卻，較單盤(pán)管冷卻水鼓風(fēng)口使用壽命增加明顯。當(dāng)鼓風(fēng)口前段冷卻水發(fā)生泄漏后，只要后端冷卻水沒(méi)有泄漏，將前段冷卻水隔離后，該鼓風(fēng)口仍然可以繼續(xù)使用，不影響氣化爐的產(chǎn)氣量。只有當(dāng)后端冷卻水發(fā)生泄漏后，該鼓風(fēng)口才停止使用。若前段冷卻水發(fā)生泄漏后，為了保證氣化爐以當(dāng)前負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，首先必須確保后端冷卻水量足夠，其上回水溫度不會(huì)發(fā)生超溫現(xiàn)象；其次，隔離的前段冷卻水，為了防止切斷閥內(nèi)漏而導(dǎo)致粗煤氣反竄引發(fā)事故，必須將前段冷卻水上回水旁路微開(kāi)，確保冷卻水正向流動(dòng)；同時(shí)監(jiān)控該鼓風(fēng)口法蘭溫度和前段上回水溫度有無(wú)異常變化。這樣一來(lái)，氣化爐便可繼續(xù)高負(fù)荷長(zhǎng)周期運(yùn)行。如果鼓風(fēng)口后端冷卻水發(fā)生泄漏，則該鼓風(fēng)口必須立即停止使用，避免因鼓風(fēng)口泄漏而發(fā)生次生事故；同時(shí)，也要加強(qiáng)監(jiān)控后端冷卻水上回水管線溫度及大法蘭溫度。最重要的是，當(dāng)鼓風(fēng)口發(fā)生切除后，進(jìn)入氣化爐內(nèi)的氣化劑就存在分布不均的現(xiàn)象，爐子工況會(huì)受到一定影響，操作者必須通過(guò)加煤、排渣等措施來(lái)優(yōu)化氣化爐的工況，以免氣化爐發(fā)生工況惡化導(dǎo)致偏燒發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

BGL氣化爐鼓風(fēng)口經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行總結(jié)和不斷改進(jìn)，運(yùn)行周期較設(shè)計(jì)大幅度提升，但面對(duì)煤質(zhì)的波動(dòng)以及氣化爐高負(fù)荷易偏燒的特征，延長(zhǎng)鼓風(fēng)口使用壽命仍然是我們繼續(xù)研究的課題。