多喷嘴对置式废锅-激冷流程气化炉运行分析

吕 斌

（兖州煤业榆林能化公司，陕西榆林 719000）

兖州煤业榆林能化公司二期年产50万t煤制DMMn项目，煤气化技术选用具有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术，开展单台日处理煤2 000t级的多喷嘴对置式废锅-激冷流程水煤浆气化技术工业示范。2020年12月10日，半废锅气化炉一次性投料成功，副产9.8MPa蒸汽量达设计指标 100t/h，成功拖动10MW余热发电机组运行。至2021年11月底共运行4次，运行周期分别为12d、27d、71d、69d，年累积运行时间达4 300h。

1 废锅-激冷流程气化炉流程简介

1.1 废锅-激冷流程气化炉流程

废锅-激冷流程气化炉在燃烧室和激冷室之间设置了辐射废锅段，通过辐射传热为合成气和熔渣降温并副产高压饱和蒸汽。出燃烧室的高温合成气及熔渣，先进入辐射废锅，通过辐射传热产生高温高压饱和蒸汽，使合成气温度降低，熔渣凝固，温度降低，然后合成气进入洗涤冷却室进一步降温、水洗。辐射废锅的工质采用自然循环，配套设置1台废锅汽包。出辐射废锅的粗合成气与灰渣并流向下，穿过洗涤冷却水分布环，沿洗涤冷却管进入洗涤冷却室的水浴中。

1.2 废锅-汽包流程

高压锅炉给水泵送来的高压锅炉给水一路分两支分别进入辐射废锅段上部水冷器及下部冷却器作为冷却水，回水直接进入汽包中部。另一路经液位控制阀控制流量，进入汽包，经四路下降管，锅炉水每路分出一支共四支进入主体水冷壁，四路锅炉水每路再分出两支共八支进入鳍片辐射屏，与高温水煤气进行充分换热，锅炉水换热后形成的高温高压汽水混合物再汇合成四路进入汽包中部汇流箱。副产高压饱和蒸汽送至蒸汽过热单元。在蒸汽不合格期间，蒸汽经蒸汽排放阀放空。

2 主要运行指标

主要运行指标见表1。

表1 半废锅气化炉主要运行指标

3 气化炉操作

3.1 操作温度控制

半废锅气化炉温度测点除气化炉炉膛温度、气化炉托砖板温度等，另外新增气化炉废锅段炉壁表面温度、辐射废锅环隙温度、气化炉废锅段炉壁表面温度、辐射废锅汽包气相温度等。

（1）气化炉上、下安装两支新高温热偶，确保热偶指示准确性，正常运行重点参考下部热偶指示，控制该点温度高于煤浆灰熔点100～120℃，通过氧煤比、煤气CH4含量变化调整气化炉炉温。

（2）气化炉原始投料后，升压升温期间，汽包的升温速率低于1.5℃/min，控制汽包上下温差＜50℃，如温差接近50℃应暂停升压，并进行定期排污，增大水循环，待温差稳定后再继续升压。

（3）不同于激冷流程气化炉，半废锅气化炉燃烧室支撑板处无喷淋水，因此支撑板温度测点达370℃。运行期间需关注水冷壁环隙温度变化，温度出现上涨时适当增大新鲜气量，增加上水冷器锅炉水流量。支撑板温度上涨至390℃或水冷壁环隙温度到330℃呈持续上涨趋势时，气化炉紧急停车。

3.2 操作压力控制

半废锅气化炉有燃烧室及水冷壁下渣口两个渣口，两个渣口均存在堵渣风险。水冷壁为非承压设备，因此半废锅气化炉设有多处压力及压差测点。后期运行期间，为了更直观地反映渣口运行情况，又新增计算压差（见表2）。

表2 半废锅气化炉主要压力测点

3.3 激冷水量控制

半废锅气化炉水冷壁段拿走了水煤气中显热，设计出废锅段煤气温度为800℃，激冷水量设计较激冷流程气化炉低。运行期间发现气化炉煤气出口压力与旋风分离器煤气出口压力差值逐渐增大，运行一个周期后半废锅气化炉停炉检修期间，煤气管道进旋风分离器前混合器堵塞较严重。判断运行期间激冷水量低，导致水煤气带灰所致。

黑水循环泵正常流量255m3/h，额定流量300m3/h，电机额定电流322.8A。为减少水煤气带灰，保证运行黑水循环泵电流在300A以上，通过控制气化炉黑水排放量，保持气化炉轻微带水操作。备用黑水循环泵挂自启动，事故激冷水联锁正常投用，气化炉液位联锁正常投用。

3.4 热电高加退出后气化炉操作

对两次高加退出前后进行数据收集，从表3看出：高压锅炉水水温降幅达40℃；汽包副产蒸汽量，前期降幅大，后期运行水冷壁及辐射屏积灰积渣，降幅小；上下水冷器回水温度降幅达40℃。

表3 高加退出后气化炉汽包补水及副产蒸汽变化

（1）正常运行期间，上渣口水冷器流量约为22m³/h，下渣口水冷器流量约为20m³/h，热电高加退出检修前，适当降低上渣口水冷器流量至18m³/h，下渣口水冷器流量约为15m³/h，调整期间注意回水温度及气化炉支撑板及环隙温度变化，流量控制以上述温度测点不超正常值为准。

（2）控制汽包操作压力在9.0MPa以上，以汽包压力调节阀开度不小于6%为准。

（3）锅炉给水温度调整应缓慢。高加恢复后，注意汽包副产蒸汽量、上下渣口水冷器回水温度等指标变化情况。

（4）当指标出现异常时，关注锁斗排渣。锁斗循环泵流量按指标上限进行控制，出现堵渣时加大循环量，开启备用泵同时运行。

4 气化炉检修总结

1）气化炉累积4次运行，其中三次停炉是因为密封窜气所致。导致密封窜气原因为下渣口堵造成燃烧室压力瞬间增大，上下渣口水冷器密封面破坏。通过加大甲醇合成新鲜气量及降低负荷调整均无效，高温水煤气在环隙形成通道，低温合成新鲜气无法满足密封保护作用。随着运行后期，水冷壁及辐射屏积灰挂渣，水冷壁换热效果变差，高温合成气经换热后温降变低，即渣口处煤气温度越来越高，煤气中熔渣随温度升高出现黏性，在下渣口坡段出现堆积，当出现压力大幅波动或者堆积达到极限时出现“滑坡”现象造成渣口堵塞。

2）表4为水冷壁及辐射屏积灰层测量数据。此次内部检查总结如下：①水冷壁及辐射屏先积灰后积渣。②水冷壁东、南两侧积渣严重，出现渣层大面积脱落现象。③辐射屏中上部10～20m积渣最厚。④19m高度开始，灰层中出现硬渣。

5 结束语

作为第一套多喷嘴对置式废锅-激冷流程气化炉，运行一年期间，达到了设计本要求，实现了安全、稳定、满负荷、优质运行。但是，水冷的积灰和挂渣，影响换热效率，副产蒸汽衰减；随着水冷壁积灰和挂渣，水煤气换热效率降低，熔渣经过水冷壁换热后无法固化，在水冷壁下渣口出现积渣，极易造成下渣口堵塞；气化炉设计激冷水流量低，水煤气带灰现象较严重，运行期间混合器前后压差偏高等问题仍需在今后的实际生产中摸索解决。