固定层造气炉在运行中的主要影响因素及改进措施

沈东新

（大庆油田牡丹江新能源有限责任公司，黑龙江 大庆 163411）

固定层造气炉在运行中的主要影响因素及改进措施

沈东新

（大庆油田牡丹江新能源有限责任公司，黑龙江 大庆 163411）

对造气炉内结块、结疤严重、火层上移、炉内单点温度升高等情况的主要影响因素进行分析研究，并采取了相应的改进措施，取得了较好的效果。

造气炉；焦炭；水夹套；火层；问题

大庆油田化工有限公司醋酸装置使用的固定层造气炉，是以二级冶金焦为原料，以纯氧和二氧化碳为气化剂，经过碳的氧化还原反应制得含一氧化碳～68%（V）粗原料气。在运行过程中出现了炉内结块、结疤严重，火层上移，炉内单点温度升高等一系列的问题，笔者根据造气炉运行的实际情况，通过分析、总结，找出了问题的主要影响因素。

1　固定层造气炉运行原理

固定层造气炉底部有炉篦装置，燃料由上端加入，而气化剂由下端鼓入，燃料与气化剂逆向移动，在气化层内进行反应，燃料自上而下移动时，发生一系列物理和化学变化，共分为5层，分别为干燥层、干馏层、还原层、氧化层及灰渣层，造气炉简图见图1。（1）干燥层：在燃料层的顶部，新补充的燃料与热的煤气接触，使燃料中的水分蒸发。（2）干馏层：温度比干燥层稍高，燃料发生热分解，放出挥发份及其它热分解产物；（3）还原层：炽热的原料在还原层中与气化剂中的二氧化碳气发生还原反应，生成CO气；（4）氧化层：温度最高的区域，炽热的焦炭被气化剂中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳，并放出大量的热量，还原层中的热化学反应所需的热量以此来维持；（5）灰渣层：气化后炉渣所形成的灰层，它能预热和均匀分布自炉底进入的气化剂、并起着保护炉条和灰盘的作用。

图1　造气炉简图

2　原料焦炭性质的影响

2.1焦炭的灰融点

造气炉按原设计条件，入炉混合气量为2 600 m3/h，氧碳比为0.43～0.54，气化层温度在1 300℃左右，所使用原料焦的灰融点≥1 420℃，气化层温度始终低于灰融点温度操作。

造气炉在使用本地焦炭时，由于本地焦炭灰融点较低，通常为1 350～1 380℃。造气炉实际气化层温度较高，通常在1 350～1 400℃。造气炉操作温度高于焦炭灰融点，导致了造气炉内结块、结疤严重，火层上移，炉内单点温度升高，不易控制，从而造成了以下一系列的问题：排渣困难、局部灰渣层厚、火层偏移，炭层布风不均，容易出现炉壁结疤，炉外壁串气以至烧坏筒体。即使辅助人工扒渣、扒块也不能完全扭转造气炉工部恶化的局面，另外给操作工带来的困难是每班停炉扒块频次高，高时达10次之多，劳动强度大，而且增加了人员的操作危险性。

在控制造气炉温度上做了大量的试验。造气炉刚开始运行时，氧碳比定为0.40～0.42，远低于设计的0.43～0.54，运行后发现结块严重，排渣困难，且炉中部单点温度高。为降低操作温度，使气化层温度降低至灰融点以下，继续降低氧碳比，定为0.36～0.38操作，但仍没有改变炉下结块的情况；而所带来的另一种新情况是：火层下移、炉条局部受损，严重威胁到炉篦的安全运行。

为了解决灰熔点低的问题，造气炉正式使用山西焦炭。使用山西焦炭后，造气炉工艺状况出现了巨大的变化：炉中部温度由最高1 300℃以上降至900℃，不再出现单点温度高的情况，炉下部温度由600～700℃降至200～400℃，气化层较为集中；炉下不易结块，排渣顺畅；氧碳比由0.42提至0.48，粗煤气中CO成份由55%提高至67%；更为显著的变化是单炉产气量大，而且炉况稳定。山西焦炭特点：（1）焦炭灰融点高，通常大于1 500℃，使造气炉温度可以低于灰融点操作，炉况更稳定。（2）灰份少、固定碳含量高、挥发分少，产出的粗煤气有效气体成份高，杂质气体成份少。

2.2焦炭的水份

焦炭水份高会对造气炉系统设备和精制气中氢气含量产生影响。

（1）焦炭水份含量高，使炉子出来的粗煤气中含有大量的水蒸汽。粗煤气在经过翅片式热管换热器后，温度降至120～160℃。粗煤气在热管换热器中温度经过水蒸汽露点，约为160℃，存在大量H2S和水蒸汽的情况下，热管换热器中热管产生明显的露点腐蚀，带来的危害有两点：一是使热管腐蚀穿孔，造成热管串气，富氧混合气串入煤气系统，煤气氧高，氧高的危害是非常明显的；二是易使热管翅片积灰，热管换热面积减少，换热能力下降。停炉时，粗煤气由烟囱放空，在有大量水蒸汽的情况下同样会对烟囱造成露点腐蚀。（2）焦炭水份高会导致精制气中氢气含量升高。焦炭水份超过指标，特别是达到10%后，精制气中氢气含量升高约0.6%，排放掉此部分氢气，需要排放10倍的CO气，从而造成有效气体成份的损失。

2.3焦炭的粒度

粒度不均匀，造成料层阻力不均匀，产生局部过热，造成结疤、结块。且燃料层容易被吹翻。（1）粒度大的焦烧不透，返焦率高。粒度过大，虽有利于提高气化剂量，但由于气化剂与焦的接触面积小，气化反应不完全，还容易火层上移导致结疤，气化质量下降热损失增大。（2）粒度过小，增加了气化反应面积，有利于气化反应，但燃料层阻力增大，吹风量受到限制，影响了炉子生产能力。

3　造气炉水夹套高度的影响

造气炉水夹套距火面的高度较低，致使火层波动弹性小，当运行过程中发生加料不均、布风不均匀、火层不均匀等现象时，则会出现造气炉内局部火层偏高，局部火层偏低，炉上温度和炉下温度均高的等不正常情况，而由于部分火层已高出水夹套的高度范围，极易造成造气炉筒体温度过高，甚至发生烧穿筒体的事故。可通过增加水夹套高度或改为全水夹套型炉子，来增加火层的控制弹性，防止火层波动时，造气炉筒体温度过高。

4　结语

通过对以上影响因素的有效控制，基本解决了炉内结块、结疤严重，火层上移，炉内单点温度升高等一系列的问题，造气炉能够平稳的运行。

TQ054

B

1671-0711（2016）08（下）-0036-02