航天炉渣口压差高的原因分析及应对措施

郑鹏辉

（河南能源化工集团新疆投资控股有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

航天炉粉煤加压气化装置是国内拥有自主知识产权的粉煤加压气化装置，由于其自动化程度高、连续运行周期长、资源利用率高、合成气有效气体成分高，已在煤化工领域广泛应用。航天炉作为煤制合成气的核心设备，其安全稳定运行决定着整个生产系统能否连续运行。

河南某航天炉粉煤加压气化装置配套年产20万t甲醇，10万t二甲醚，在航天炉实际运行过程中，由于原料煤的供应多变、气化炉操作温度控制不好、设备设计不合理等造成气化炉化学反应的变化和炉况的波动，进而引起航天炉渣口压差高，制约着气化炉的安全运行。本文分析了航天炉渣口压差高的原因，并给出了相应的解决措施和事故预防措施，以保证气化炉的安全稳定长期运行。

1 气化炉结构及工作原理

气化炉由上部的燃烧室和下部的激冷室组成，其结构示意图如图1所示。加压后的粉煤采用CO2或N2输送至气化炉烧嘴，与O2、蒸汽一同被烧嘴喷入燃烧室，在高温、高压下反应生成粗合成气。粗合成气主要由H2O、H2和CO，少量其他组分(包括CO2、氯化物、硫化物、氮、氩和甲烷)以及液态炉渣和细固体颗粒组成。这些物质离开燃烧室后，在重力及气流的作用下向下经过渣口及均布激冷水的激冷环后，沿下降管进入激冷室水浴，炉渣在水中固化并沉到气化炉的底部，经破渣机破碎后进入渣锁斗，通过渣锁斗间断排至捞渣机后送出；粗合成气经水洗涤后，携带的大多数细颗粒留在了水里，同时粗合成气也被水冷却、饱和。冷却后的粗合成气向上通过下降管周围的环形空间离开气化炉，进入文丘里及合成气洗涤系统进一步处理。

图1 气化炉结构示意图

燃烧室采用表面覆盖耐火材料的盘管式水冷壁结构，在水冷壁和气化炉压力容器之间的环隙连续通入保护气（高压CO2或N2），气化炉承压外壳的温度保持在200℃左右。水冷壁向火侧有密集的抓钉，用来固定碳化硅耐火层，由于水冷壁具有冷却作用，因此耐火层表面温度低于灰渣的凝固温度，且耐火层表面会形成稳定的凝固渣层，对耐火层起到保护作用，达到以渣抗渣的目的；同时固化的渣层提供的保温作用可将热损失降到最低，因此冷煤气效率较高，且合成气中CO2的含量较低。

2 渣口压差高的表现及影响

渣口压差测点测的是气化炉火检测压点和气化炉合成气出口管测压点之间的压差。正常渣口压差在10 kPa～50 kPa，堵渣情况下会高于50 kPa。渣口压差是渣口处压差、下降管至出激冷室液面压差、上升管环隙压差、折流板至合成气出口管线压差之和，任意一处压差增大，渣口压差随之增大，但正常生产中主要表现为渣口处压差升高。

当气化炉渣口压差高时，渣口压差显示仪表数值偏高并频繁波动，且有升高趋势；提高氧煤比时，气体成分异常，即CO2含量偏低、CO含量偏高；渣样偏少并带玻璃丝；长时间压差高还会导致气化炉激冷室液位异常，即升高至50%以上，气化炉激冷室去高压闪蒸系统的黑水管线流量减少甚至管线被堵塞。

渣口压差高时若及时调整处理，如降低气化炉运行负荷，则可保证气化炉的正常运行。若渣口压差持续波动升高（合成气出口堵塞影响除外），则渣口变小，气流速度增快，夹带的渣块及渣丝会附着在下降管上，导致下降管水膜分布不均，致使下降管局部温度过高进而变形，严重时还会被烧穿，此时大量高温气体不经冷却排出，会引起气化炉合成气出口温度高高报警（240℃）并造成连锁停车；有时未经冷却的少量高温气体和经过激冷室冷却的气体混合后，温度变化不大，达不到连锁值，不会引起连锁停车，但这些带压高温气体会不断冲击激冷室的外壁，如不及时发现处理最终会导致激冷室部分外壁鼓包变形，造成很大的经济损失。

3 渣口压差高的原因分析及解决措施

3.1气化炉操作温度偏低

气化炉的操作原则是在保证液态排渣的前提下，维持较低的操作温度，一般高于灰熔点50℃～100℃。若灰熔点高、操作温度偏低，则渣的流动性变差，在渣口处的黏度增大，并逐渐在渣口处凝结，长时间会造成渣口变小。正常运行时，渣口直径大于合成气出口管道直径，但由于渣口逐渐变小，导致节流效应增加，压差逐渐变大。

处理时首先降低气化炉负荷，减少氧量、煤量，降低气化炉的氧煤比，同时可以降低灰渣量，进而降低渣口负担。然后缓慢提高氧煤比，观察渣口压差和气化炉炉膛温度变化、盘管密度变化、气体成分变化等，之后逐步提高炉温，通过炉温的提高和合成气气流的带动，使渣口的渣熔化脱落，渣口压差逐渐降低至正常。通过打开气化炉放空阀降低气化炉压力，拉长火苗，使渣口处温度升高，渣逐渐熔化脱落。

3.2煤质变化

在实际生产中，因客观原因需要调整煤种，但不同煤种的黏温特性不同。若更换的新煤种的黏温特性曲线弹性区间小，不易调整控制，在炉温波动时，极易造成堵渣。处理时，一方面先降低气化炉负荷，调整渣口压差；另一方面尽快更换黏温特性曲线平缓的煤种，待压差调整至正常后，再逐渐将负荷调整至正常。

3.3渣口盘管损坏

渣口处盘管由于长时间受到磨损、腐蚀、应力、烧蚀等，导致其产生裂纹或泄漏，汽包循环水由于压差喷出，导致渣口处下落的渣急剧降温而聚集，造成渣口堵塞。这时需停车检查补漏或更换盘管。

3.4烧嘴设计制作不合理

烧嘴作为气化炉的核心部件，其设计制作的好坏直接影响气化炉运行的稳定性、经济性和安全性。设计制作不合理，会导致气化炉实际运行过程中气体流场偏流，局部温度偏高或偏低，部分渣脱落或流动性差，进而在渣口处聚集。此种情况需要更换合适的烧嘴。

3.5粉煤烧嘴通道堵塞

粉煤管线中输送的异物会导致粉煤烧嘴通道堵塞，引起气化炉反应区流场的改变，导致局部温度偏高或偏低，进而造成部分渣流动性差并在渣口处聚集。处理时需要停车检查并进行疏通或更换烧嘴。

3.6气化炉氧负荷与炉压不匹配

气化炉的氧负荷和压力有严格的对应关系。在正常生产中，通常将氧流量控制在高于对应气化炉压力的设计流量，以保证一定的氧流速和烧嘴火焰长度。若氧流量偏低、烧嘴火焰偏短，可能造成渣口处渣的流动性不好，进而堵塞渣口。处理时要适当提高氧流量。

3.7下降管堵塞

进入激冷环的水流量不足、激冷水水质不好、激冷环喷水环隙堵塞、激冷环损坏等会导致下降管水膜分布不均，进而可能导致渣在下降管内壁上聚集并将其堵塞，造成渣口压差升高。处理时需要立即停车，对下降管进行清理或更换。

3.8气化炉合成气出口堵塞

当系统水质偏差、气体夹带或合成气出口冲洗水流量不足时，会导致气化炉合成气出口长时间积灰、积渣，进而堵塞，造成渣口压差高。处理时应停车进行检查并疏通。

4 渣口压差高的事故预防措施

4.1在气化炉炉温稳定时，适当减少煤量，缓慢提高氧煤比。当渣口压差高于50 kPa时，应及时降低气化炉负荷、待渣口压差降低后，再缓慢提高炉温。

4.2渣口缩小后，合成气中的CO2含量会降低，因此在正常生产时可以通过合成气中的CO2含量来预见性地判断渣口的变化。

4.3在气化炉满负荷运行时，当激冷室液位异常偏高时要及时分析原因，进一步确定设备是否异常。

4.4要特别注意甲烷含量的在线分析，控制好甲烷含量，保证炉温所对应的渣黏度在20 Pa·s左右。当渣黏度过低时，气化炉挂渣困难，严重时可导致盘管被烧坏；黏度过高时，炉壁挂渣过厚，极有可能导致气化炉垮渣，造成气化炉内件损坏。

4.5监控气化炉去高压闪蒸系统的黑水流量，如果黑水流量减少甚至归零，气化炉就存在积渣的可能，且积渣高度已经接近下降管，为避免下降管堵塞，需要紧急停车处理。

4.6监控气化炉合成气出口温度，如果合成气出口温度较高，就存在激冷环堵塞、激冷水分布不均甚至激冷环损坏的可能；另外下降管损坏、合成气不经冷却排出，也会导致合成气出口温度较高，遇到这种情况要及时停车处理。

4.7保证汽包蒸汽有少量放空，放空阀开度保持在10%以上，主盘管密度尽量控制在750 kg/m3～830 kg/m3，避免汽包压力过低、产汽量过少、渣层过厚而引起垮渣等情况。

4.8监控捞渣机和过滤机的灰渣量，并做好统计工作。如果灰渣量过大，可适当降低气化炉负荷，避免捞渣机和过滤机因超负荷运行而出现故障；如果灰渣量过少，则气化炉激冷室内有可能积渣，要及时进行处理，必要时可紧急停车。

4.9监控炉膛温度，当温度偏离指标时应及时调整：要优先采取减少氧量以降低气化炉负荷的措施，避免气化炉内件烧坏事故的发生；现场要及时对气化炉炉壁的温度进行巡检监控，至少每隔1 h检测一次，发现温度异常时（高于200℃），要及时上报处理，必要时紧急停车。

5 结 语

航天炉渣口压差高存在多方面的原因，一旦调整控制不好，会造成气化炉负荷降低、后工段产量减少，严重时会造成气化炉内件损坏，甚至造成气化炉外壁鼓包。一旦设备被损坏，将导致整个工段减负荷运行或停运，造成较大的经济损失。因此要做好日常管理，综合考虑煤质变化、烧嘴运行、系统参数控制等多种因素，发现异常时及时处理，防止问题扩大，以保证航天炉装置及后工段的安全高效经济运行。