BGL气化炉鼓风口长周期运行探讨

王家锋

(呼伦贝尔金新化工有限公司生产运营中心，内蒙古 呼伦贝尔 021506)

1 BGL气化炉鼓风口简介

鼓风口是BGL气化炉核心部件之一，为气化炉发生燃烧气化反应提供氧气和蒸汽。每台气化炉布置有6个鼓风口，呈对称分布。为使布气均匀避免偏烧，6个鼓风口均匀布置在围绕气化炉的环形缓冲管上。6只鼓风口能否正常投用，直接影响BGL气化炉粗煤气的产气量及运行状态。

由于鼓风口头部处于燃烧中心，温度高、易损坏，因此鼓风口特设置冷却循环系统，移走鼓风口部位的热量进行保护[1]。鼓风口设计使用周期60多天就要检查或修复，这对公司整个装置长周期运行带来了不利影响。经过公司设备、工艺两大部门的长期公关、探索，2019年5月，3#BGL气化炉首次将原设计的单盘管冷却鼓风口(如图1)改为双冷却盘管的鼓风口(如图2)。改进后运行效果非常成功，鼓风口平均使用寿命可达150天，远远超出原始的设计周期。

图1 单盘管鼓风口结构形式

图2 双盘管鼓风口盘管形式

目前，3台BGL气化炉的鼓风口均已改为双排管冷却。鼓风口运行效果比较好，但真正实现鼓风口长周期稳定运行仍是当前主要研究的课题之一。

2 鼓风口长期稳定运行影响因素及优化控制

2.1 蒸氧比

蒸氧比是指气化炉运行期间气化剂蒸汽与氧气的比值。蒸氧比是调整、控制气化过程温度、改变煤气组成，影响副产品产量及质量的重要因素。蒸氧比一般随煤种或者排渣工况作出适当的调整。BGL气化炉汽氧比设计制范围设定在0.7～1.22 kg/m3，目前我公司BGL气化炉正常运行时蒸氧比控制在0.88～0.92 kg/m3。

气化炉渣池的温度主要通过蒸氧比调整来控制。相同负荷，蒸氧比越高，渣池温度越低，蒸氧比越低渣池温度越高。但较低的蒸氧比不利于设备的安全，气化炉的碳化硅耐火砖在氧化条件下极易被烧蚀[2]，尤其在开车阶段，刚投蒸氧时炉内工况不稳定，极易发生偏烧和回火，容易损坏鼓风口和耐火砖，因此公司在投蒸氧时蒸氧比控制在 0.95 kg/m3。一方面是因为开车原料煤中掺有石油焦，燃烧温度较高；另一方面，如果蒸氧比太低会使投氧后炉内温度上升过快，不利于火层培养，而且也会损坏鼓风口和耐火砖。在投蒸氧后运行初期蒸氧比也会适当控制的高一些，随后根据渣样及排渣情况再缓慢将蒸氧比降下来，这样既保护了鼓风口也降低了耐火砖被烧蚀的风险[3]。

2.2 气化炉负荷

气化炉的负荷决定了鼓风口的流速的大小，负荷过低，鼓风口流速自然降低，鼓风口流速过低容易造成回火，烧坏鼓风口头部及其附近的耐火砖[4]。对于鼓风口流速问题，我公司也反复对鼓风口口径进行了改造，目前鼓风口口径已改至 17.3 mm，针对公司目前所用的褐煤煤质特点，气化炉鼓风口流速控制在 131～146 m/s 范围内运行效果比较理想。当鼓风口流速小于 120 m/s 时，若气化炉负荷无法增加，则气化炉必须切除1支鼓风口运行，保证运行鼓风口流速大于 120 m/s，这样才能避免气化炉鼓风口回火现象发生，同时也能很好地保护鼓风口周围的耐火砖不被大面积烧蚀。

2.3 渣池液位

渣池压差(PDI2140/2150/2160)反映了渣池中的液态渣量。正常运行时，BGL气化炉最关键的就是保持渣池液位随时处于可控范围内，并且排渣控制能够达到自动调节渣池液位的功能。如果渣池液位控制过高，就会导致鼓风口频繁超温，严重时损坏鼓风口。由于公司原料褐煤灰分波动较大(如图3所示)，对气化炉排渣影响较大，石灰石添加量、渣粘度、渣样组成是平时控制的关键。

图3 气化某两周煤灰分变化趋势

气化炉设计渣池压差控制在 49 kPa 为最优控制点，最低为 40 kPa，最高不能高于 55 kPa，如图4所示。

图4 气化炉不同渣池压差对应的渣池高度

根据公司气化炉多年运行经验，如果渣池压差低于 40 kPa，排渣过程中排渣口会频繁堵塞，不利于稳定排渣；如果渣池压差达到 55 kPa 且长时间控制不下来，就会对气化炉产生2种不利影响：1)鼓风口壁温(TI2310/2320/2330/2340/2350/2360)会缓慢上涨，严重时会超温联锁切除相应鼓风口；2)气化炉床层压差逐渐上涨，气化炉发生偏烧现象，炉子工况逐步恶化。

以上情况一旦发生，必将使鼓风口频繁发生超温切除，对鼓风口长周期运行极为不利。因此，针对目前公司原料煤灰分波动大这一特点，气化炉排渣压差控制在40～45 kPa，鼓风口壁温控制在300～400 ℃。这样即使煤质发生变化或者气化炉发生排渣不畅等情况，短时间内不会对渣池液位及气化炉工况造成太大冲击，操作人员可通过优化排渣参数、蒸氧比、石灰石配比等逐步将渣池液位降下来。

2.4 气化炉偏烧

BGL气化炉的6只鼓风口呈对称分布，一旦气化炉发生偏烧回火，气化剂与原料煤的反应就会不均匀，最终气化炉内气流发生短路，反应区紊乱，导致气化炉鼓风口壁温大幅波动甚至超温切除，床层压差上升且波动较大(如图5)。1#气化炉在某一周因煤质变化大，气化炉运行非常不稳定，频繁发生偏烧，床层压差PDI2130与6#鼓风口壁温TI2310波动非常大。偏烧期间，6#鼓风口因超温或者温升过快联锁切除共3次，通过气化炉降负荷，优化排渣操作，调整石灰石配比等措施，最终1#气化炉偏烧逐渐消除，切除的6#鼓风口才正常投运。

图5 气化炉偏烧时鼓风口壁温与床层压差趋势

由此可见，气化炉偏烧对鼓风口运行也是极为不利的。为了减少气化炉在正常运行期间因偏烧问题而影响鼓风口正常运行，应该从以下几方面进行优化：①气化炉运行期间加负荷过不易过快，否则会破坏炉内反应床层，从而导致偏烧；②原料煤粒度要求均匀且煤中煤粉量要严格控制，尽量减少或者消除煤粉煤粉进入炉内；③气化炉渣池液位控制在40～45 kPa，避免过高的渣池液位破坏炉内反应床层，使床层上移，导致反应区域偏离而发生偏烧；④禁止单煤锁长时间加煤，导致炉内块煤向一侧倾斜。

2.5 鼓风口冷却水温差控制

自气化炉鼓风口改为双盘管冷却水以来，为提高鼓风口使用寿命，公司对鼓风口冷却水量持续优化，通过技术改进，取消原设计的鼓风口冷却水回水调节阀门，增大鼓风口冷却水流量，使鼓风口上回水温差严格控制在小于 5 ℃，极大地改善了鼓风口的换热效果，为鼓风口长周期运行增加了有力保障。

3 鼓风口泄漏后的维护

鼓风口经过长时间运行后必然会发生泄漏。目前鼓风口采用双盘管冷却，较单盘管冷却水鼓风口使用寿命增加明显。当鼓风口前段冷却水发生泄漏后，只要后端冷却水没有泄漏，将前段冷却水隔离后，该鼓风口仍然可以继续使用，不影响气化炉的产气量。只有当后端冷却水发生泄漏后，该鼓风口才停止使用。若前段冷却水发生泄漏后，为了保证气化炉以当前负荷稳定运行，首先必须确保后端冷却水量足够，其上回水温度不会发生超温现象；其次，隔离的前段冷却水，为了防止切断阀内漏而导致粗煤气反窜引发事故，必须将前段冷却水上回水旁路微开，确保冷却水正向流动；同时监控该鼓风口法兰温度和前段上回水温度有无异常变化。这样一来，气化炉便可继续高负荷长周期运行。如果鼓风口后端冷却水发生泄漏，则该鼓风口必须立即停止使用，避免因鼓风口泄漏而发生次生事故；同时，也要加强监控后端冷却水上回水管线温度及大法兰温度。最重要的是，当鼓风口发生切除后，进入气化炉内的气化剂就存在分布不均的现象，炉子工况会受到一定影响，操作者必须通过加煤、排渣等措施来优化气化炉的工况，以免气化炉发生工况恶化导致偏烧发生。

4 结束语

BGL气化炉鼓风口经过多年运行总结和不断改进，运行周期较设计大幅度提升，但面对煤质的波动以及气化炉高负荷易偏烧的特征，延长鼓风口使用寿命仍然是我们继续研究的课题。