神宁炉热损工况波动原因分析与处理

方军，闫峰

(国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤制油分公司，宁夏 银川 750411)

0 引言

气化炉采用水冷壁结构，利用以渣抗渣的原理，无耐火砖衬里，激冷工艺技术采用激冷环加下降管激冷水浴洗涤技术[1-3]，产品气体洁净，不含重烃，甲烷含量极低，煤气中有效气体(CO+H2)达到90%以上，传递的热可用于水冷壁循环汽包生产低压饱和蒸汽。在气化炉投煤及正常运行时经常会遇到气化炉热损波动，主要原因是对烧嘴安装同心度、水冷壁盘管挂渣效果、煤质发生变化时导致热损波动时的相关处理措施的优化不到位[4-7]。

1 烧嘴安装的同心度有偏差的原因分析与处理措施

气化炉组合烧嘴的主体安装要确保同心度高度重合。组合烧嘴从内到外主要介质为中心氮气、点火燃料气、点火氧气、点火烧嘴保护冷却水、主烧嘴氧气、煤粉管线、主烧嘴保护冷却水。当组合烧嘴同心度发生偏离时，烧嘴会发生偏烧，热损会表现局部变高，影响点火烧嘴寿命，因此在安装之前应当对照气化炉顶部烧嘴安装对接的法兰方位进行确认，并对照烧嘴安装图纸和装配总图。安装大法兰处螺栓(M64腰状螺栓)预紧力参考值为7.08×108N·mm，如图1所示①处；连接大法兰与煤粉管焊接的大法兰螺栓(M64腰状螺栓)预紧力参考值为7.08×108N·mm(此处由于涉及到头部装配和密封问题，在现场一般不进行拆装)，如图1所示②处；点火烧嘴安装法兰处螺栓(M33腰状螺栓)预紧力参考值为3.3×105N·mm，如图1所示③处。烧嘴在气化炉安装好之后开始连接法兰，主烧嘴部分主要注意的是4个煤粉管入口法兰的连接安装。由于煤粉管口与设备呈一定的夹角分布，设备在制造过程中难免出现尺寸偏差，所以导致安装时比其他管口要更加费劲。煤粉管口法兰安装连接时，在煤粉入口管道中间把与烧嘴连接的一段法兰及其连接管道拆卸，然后将管道处的法兰与设备法兰连接好，再将这段管道与原管道连接，减少安装过程出现角度的偏差。因此确保烧嘴安装的同心度高度重合时，气化炉燃烧室内部受热均匀，热损相对更稳定，点火烧嘴的使用寿命会越长。

图1 组合烧嘴的主体安装与实务图

2 气化炉水冷壁挂渣问题导致热损波动的原因分析与处理

2.1 气化炉水冷壁盘管与挂渣关系

热损主要是通过水冷壁盘管上的热量进行传递，通过表计传递到DCS监控画面。水冷壁盘管上有多个竖形的三个锚固钉组成，外侧附着浇筑的耐火材料捣打料，要对其进行均匀涂抹，通过烘炉验收合格后才可使用。气化炉运行时在捣打料外侧优先附着固态渣层，然后是流动的液态渣层，通过以渣抗渣来保护盘管，有稳定渣层会对应稳定热损。当炉内工况发生变化时渣层会部分脱落，需要及时调整工况，再次挂渣来稳定渣层，如图2所示。

图2 水冷壁盘管结构及烧损图

2.2 气化炉投煤后水冷壁挂渣的判断标准

投煤成功后，通过观察渣形渣样、粗合成气取样分析数据等，间接判断气化炉炉温。若气化炉负荷60 t/h时，热损在2.0 ～ 4.5 MW，渣口热损在0.2 ～ 0.4 MW，热损无明显上涨趋势，24 h内热损无频繁大幅度波动，则水冷壁挂渣成功。气化炉提负荷时，每提一次观察热损及气体组分稳定情况，气化炉工况无大幅度波动负荷逐步加至82 t/h(对应氧量42 600 Nm/h)，运行4 h后气化炉运行稳定则气化炉水冷壁挂渣结束。

2.3 投煤成功后通过观察渣形渣样对炉温进行判断与处理

气化炉投煤成功后即可联系现场取渣样观察，间接判断炉温情况，每次取样在气化炉排渣5 ～ 7 min后开始取样，并观察渣样情况，渣形渣样反映炉温具体表现如下：(1)细渣较多，无拉丝现象，说明炉温偏低，可适当提高炉温，提高氧煤比系数进行操作；(2)有拉丝现象，渣颗粒均匀，说明炉温合适；(3)出现粗渣粒，有少量小块，形状不很规则，说明炉温偏高，流动性变差，应适当降低氧煤比系数进行操作。

2.4 气化炉正常运行时水冷壁热损上涨过快时的处理

热损上涨过快时要及时调整，避免热损涨幅过快，导致气化炉联锁跳车，严重时烧损设备造成事故，对其应急处理要及时做到以下几点：(1)适当降低气化炉负荷进行调整，降低水冷壁的热负荷；(2)在气化炉负荷对应的次高压蒸汽量的基础上适当降低次高压蒸汽流量，用以降低气化炉火焰宽度；(3)适当降低氧气系数，降低炉温；(4)气化炉每次加减负荷坚持少量多次的原则；(5)检查水冷壁汽包自产蒸汽排放是否正常，最大限度将产生的低低压蒸汽并入管网，将水冷壁系统热量移出。

2.5 气化炉正常运行时水冷壁热损偏低时的处理

热损偏低时渣的流动性会变差，下渣口通气量易受阻，燃烧室和激冷室的压差会上涨，粗煤气气体组分会发生变化。根据在线分析仪有效气的变化要及时做到以下几点：(1)调整氧煤比，提高炉温；(2)可适当增加次高压蒸汽量，加大气化炉内火焰长度，缓慢进行熔渣操作。

3 煤粉系统出现问题导致热损波动的原因分析与处理

3.1 煤质发生变化时

稳定的煤质供应对气化炉内部燃烧产生的热量、有效气量均是稳定状态，正常生产时对煤质的分析管控至关重要，煤粉分析中要求控制灰分值指标为13%～16%，硫含量(干燥基)指标为0.6%～1.2%，当煤粉的灰分(煤质)发生变化时，煤粉内固定碳含量偏少、炉温会升高、渣口热损易波动、渣量加大、捞渣机电流偏高，正常运行时捞渣机电流13 A，煤质变化时电流最高涨到25 A左右，渣口热损波动较大0.1～0.6 MW，根据工况要及时做到以下几点调整：(1)适当降低氧气系数，降低炉温；(2)及时将信息反馈公司调度协调煤储运及时调整最优煤质配比，稳住工况，如图3和图4所示。

图3 捞渣机电流变化曲线图

图4 渣口热损变化曲线图

3.2 煤粉管线发生波动时

正常运行时给料罐和气化炉之间的压差通过角阀把一定量粉煤输送至气化炉，当煤粉管线速度、密度发生波动时，气化炉压力及热损会发生较大波动，气化炉内燃烧的热量及有效气会发生明显变化，此时要对其进行降负荷调整，再通过煤粉管线的吹扫气量稳住煤粉管线的速度、密度，让煤粉在气化炉内达到稳定燃烧。

4 结语

本文主要针水冷壁系统挂渣及渣样情况进行分析，同时对烧嘴安装的同心度问题提出优化措施，并对实际应用中各种热损波动的调节方法进行了相关分析。结合气化炉内部燃烧的特点和水冷壁盘管的工作原理，在设计、制造和操作方面提出行之有效的预防措施，这些措施有望为类似设备的运行管理提供技术支持。