Texaco全废锅气化炉结渣原因及解决办法

隋志涛，王志敏

(神华宁夏煤业集团甲醇分公司，宁夏银川 750411)

2004年神华宁夏煤业集团250 kt/a甲醇项目开始建设，于2007年6月20日投产，该套气化装置采用美国Texaco公司的全废锅流程技术。废锅流程气化技术的特点是能够利用气化炉反应产生的高温工艺气和熔渣的热量，副产高压蒸汽，进行综合利用，相比激冷流程，能量利用合理，并减少水资源的浪费；但废锅流程气化技术对于运行的控制较为严苛，且存在待解决的瓶颈问题，所以在技术推广上较缓慢。该套废锅流程气化装置是国内首套，同时由于按照原首钢的参数进行设计，为适应宁夏的煤种进行了部分设备结构的变更，所以在投入运行初期，出现了很多问题，一直无法达到满负荷运行。现就废锅流程运行中最主要的辐射废锅结渣问题进行分析，并提出解决办法。

1 辐射废锅结渣的现象

(1)渣形渣量的变化

废锅内部发生结渣，最直接的现象是气化炉排渣量较正常量有所减少，同时渣形发生变化，颗粒渣减少，沫状渣增加。

(2)拐点温度的变化

废锅内部发生结渣后，水冷壁的换热量有所减少，导致工艺气通过辐射废锅拐点时的温度有所上升。

(3)死区温度的变化

死区温度的变化主要发生在废锅内部结渣严重时，因废锅内部通道被水冷壁挂渣堵塞，工艺气被迫通过死区平衡孔进入死区，再通过死区下部的水浴进入二次通道，这将使死区温度发生大幅的上升。

2 辐射废锅结渣的原因分析

辐射废锅结渣是废锅流程气化技术最致命的技术难题。由于高温液态的熔渣需要经过水冷壁的辐射换热降温至固态，一旦液态熔渣与水冷壁接触，就会形成挂渣导致辐射废锅结渣，挂渣不断增多，最终堵塞通道，气化炉被迫停车。导致结渣的原因有很多，主要包括以下几个方面。

(1)辐射废锅结构设计不合理，导致操作弹性不够

辐射废锅内高温熔渣与水的换热方式是辐射换热，液态熔渣与水冷壁不能直接接触，否则就会结渣；同时又必须保证换热量，使拐点处的温度降至飞灰黏结温度以下，因此，辐射废锅的结构必须结合煤种的黏温特性、流场分布、换热量等来确定。神宁煤业甲醇分公司的废锅流程气化装置，为适应宁东地区煤种，新增了部分辐射状水冷壁，导致辐射废锅的长径比不合适，缩小了排渣通道。前期运行极易结渣，后经技术改进并调整水冷壁的布局，在保证拐点温度的情况下，割除了部分新增水冷壁，增大了一次通道的过渣直径，使运行状况逐步好转。

(2)滴水檐(或导渣管)磨损，辐射废锅内流场变化

滴水檐位于气化炉与辐射废锅过渡段，喉管的下部，其主要作用是：①使熔渣顺利离开喉管，防止液态渣向水平墙蠕动；②收缩熔渣的喷射角度，防止液态渣与水冷壁直接接触。如果滴水檐的设计不合理，或容易磨损，运行过程中可能使熔渣黏结在水平墙上，也可能使熔渣挂在水冷壁上，这2种情况都会导致结渣。该废锅流程气化炉滴水檐是由高铬捣打料制作的环形延长管，内部通过锚固钉固定在喉管下部的水平墙上，原设计高度为150 mm，后改造为200 mm，滴水檐对于预防结渣能够起到较为重要的作用；如果继续增加其高度，效果会更好，但高度的增加也会带来喉管强度的减弱，容易磨损，其他厂家在设计时可考虑优化滴水檐的材质或结构，比如采用水冷管形式等。

(3)吹灰效果差，辐射废锅内换热量减少

废锅流程气化装置必须设置吹灰气压缩系统和吹灰分配系统，通过压缩机将部分工艺气加压后返回到辐射废锅内部，对水冷壁进行强制吹灰，以保证水冷壁的换热效率。如果吹灰效果不好，随着运行时间的增加，水冷壁上附着飞灰，会降低水冷壁的换热效率并增加水冷管的腐蚀，这将提高灰渣与水冷壁接触时的温度，当这个温度点上涨到灰渣的黏结温度时，将会导致结渣现象的产生。

(4)煤种原因，煤质波动大或黏温特性不合适

废锅流程气化装置不适合使用黏温特性曲线过于平缓的煤种，液态熔渣从良好流动到无黏结的温度跨度越大，其需要的换热量就越大，这种煤质是非常容易发生结渣现象的；而煤质的稳定无论对于废锅流程还是激冷流程都是至关重要的。理论上，气化炉的操作可根据煤质分析变化进行相应的调整，但其中影响因素较多，比如取样的代表性、分析的及时性等，因此，操作人员的调整一般是无法及时跟踪煤质变化的，尤其对于废锅流程来说，一旦废锅内部已经发生结渣现象，无法通过操作调整来消除其影响。

(5)操作原因，如炉温过高或过低

废锅流程气化装置的操作难度高于激冷流程，不仅在于增加了水汽系统、吹灰系统和吹灰气压缩系统，对于炉温的控制要求也比较严格。因为废锅内部热量转换的特性，废锅长径比和熔渣喷射角度固定后，熔渣在与水冷壁接触前的换热量基本是固定的，炉温过高会使液态渣在与水冷壁接触前无法被降温至固态，从而导致结渣，所以废锅流程气化炉的炉温控制是存在上限的，这个炉温上限不仅是为了减少烧嘴和炉砖的磨损，更重要的是预防气化炉结渣的产生；而废锅流程气化炉炉温的下限是必须保证液态熔渣能够顺利离开喉管和滴水檐，熔渣温度过低会导致其粘结在滴水檐上，并向水平墙扩散，当熔渣积聚到一定程度时会掉落，并堵塞在破渣机的上方无法排出，堵塞排渣通道。

3 辐射废锅结渣的解决办法

运行过程中发现气化炉排渣量明显减少，且渣形发生变化，基本可以确定辐射废锅内部发生了结渣现象，此时需要降低气化负荷，并根据煤质分析情况调节炉温，同时辅以反转破渣机和拉渣等手段减轻结渣故障，但结渣现象一旦发生，一般难以完全消除，只能低负荷维持生产，最终被迫停车。预防结渣现象的发生更加重要，以下是避免辐射废锅结渣的几点建议。

(1)设定合理的辐射废锅长径比，辐射废锅长径比是预防结渣现象的基础，辐射废锅在设计时必须考虑内部流场的变化，在降低辐射废锅长径比、控制拐点温度和装置投资之间寻找平衡点。

(2)优化滴水檐(或道渣管)的结构，滴水檐可控制熔渣离开气化炉的流场，在设计滴水檐时要充分考虑辐射废锅内流场的情况以及抗高温磨损性能，在一定程度上加大滴水檐的高度，并选用水冷管形式，或者采用耐磨耐高温的材料，保证滴水檐的效果和使用寿命。

(3)保证良好的吹灰效果可以延长气化炉的运行周期，良好的吹灰气分配以及合理的吹灰逻辑，不仅能够预防气化炉的结渣现象，还可提高废锅流程气化装置的蒸汽产量，增加经济效益。

(4)选用适宜且稳定的气化原料煤，保证装置的运行稳定性。

(5)在炉型设计合理和煤质稳定的基础上，废锅流程气化炉的炉温控制是最关键的操作要素，根据煤质的灰熔点和黏温特性选择合理的操作炉温，能够有效预防结渣现象的发生。