航天炉粉煤气化装置长周期稳定运行总结_黄保才

航天炉粉煤气化装置长周期稳定运行总结
黄保才，童维风，任
山，郭兴建
（安徽晋煤中能化工股份有限公司，安徽临泉236400）
［摘要］通过对工艺的不断优化和对设备的改进，安徽晋煤中能化工股份有限公司航天炉粉煤气化
装置的运行周期和稳定性不断提高。

从工艺控制和设备管理两方面对航天炉粉煤气化装置稳定运行的控制思路和方法进行了论述。

［关键词］航天炉；长周期稳定运行；工艺控制；设备管理［中图分类号］TQ 546
［文献标识码］B
［文章编号］1004－9932（2013）05－0004－03
［收稿日期］2013-01-21
［作者简介］黄保才（1983—），男，安徽固镇人，助理工程师。

Summary on Hangtian Pulverized Coal Gasifier's Long Steady Operation
HUANG Baocai ，TONG Weifeng ，ＲEN Shan ，GUO Xingjian
（Anhui Jinmei Zhongneng Chemical Co．，Ltd ，Linquan 236400，China ）
Abstract ：Through process optimization and equipment modification ，the running span and steadibility of Hang-tian pulverized coal gasifier in Anhui Jinmei Zhongneng Chemical Co．，JP 〗Ltd were greatly risen．This paper mainly introduces the control approach and method for keeping the gasifier steady operating from two aspects ，process control and facility management．
Key Words ：Hangtian gasifier ；long steady operating ；process control ；facility management
0引言
具有中国自主产权的粉煤气化技术—
——航天炉（HT-L ）粉煤气化技术的研发和成功应用，表明中国已进入煤气化时代，为中国广大煤资源合理利用提供了设备基础。

我公司航天炉（HT-L ）粉煤加压气化装置于2008年10月31日一次投料开车成功，开始了装置试车阶段，此阶段最长运
行了0.6d 。

通过对系统暴露的问题逐一进行改造、完善，2009年装置最长连续运行了45d ；之后通过对工艺的不断优化和对设备的改进，装置的运行周期和稳定性不断提高，2010年最长连续运行周期达到89d ，2011年创造了156d 的新纪录，2012年再次刷新纪录，最长连续运行周期达到215d ，创造了粉煤气化史上新的辉煌。

从航天炉装置能维持运行到稳定运行，到目前的长周期、稳定、经济运行，经历了不断摸索、改进和完善的过程，以下从工艺控制和设备管理两方面对航
天炉粉煤气化装置稳定运行的控制思路和方法进
行论述。

1工艺控制
1.1
磨煤单元负荷控制
磨煤单元的稳定运行，有利于粉煤的稳定输
送，减少氧煤比的波动，可降低对气化炉燃烧的不利影响。

磨煤稳定性主要表现在磨出的粉煤细度、水分含量合格且能连续输送稳定。

航天炉配套的磨煤机型号为MPS180，最大出力为31.57t /h 。

原煤水分含量一般大于10%，气化炉高负荷运行时，输送到炉内的粉煤量达到28t /h ，磨煤机基本达到100%负荷。

当原料煤的全水含量≤10%时，还可以提高磨煤机负荷至105%，但磨出的粉煤粒径增大，水分含量上升，粉煤管道磨损加快，管线输送波动大，粉煤在气化炉内燃烧不稳定、不完全，这种情况下再提高磨煤机负荷已不利于气化炉的长周期稳定运行。

因此，一般采用1台磨煤机80% 100%负荷运行，备用磨煤机间断补料，磨出的粉煤相对稳定，有利于气化反应的稳定性。

第5期2013年9月中氮肥
M-Sized Nitrogenous Fertilizer Progress No.5Sep．2013
1.2气化炉负荷控制
影响气化炉负荷控制的主要因素有烧嘴的尺寸、使用周期（泄漏）和煤种。

不同煤种或配煤的黏温特性不同，对应的气化炉负荷也应不同，若强行提高气化炉负荷，不利于气化炉长周期安全稳定运行。

但是气化炉高负荷运行是整个装置经济运行的关键，因此要合理地、尽可能高地控制气化炉负荷：①根据原料煤的供应情况，尽可能选择气化炉高负荷运行需求的配煤比例；
②配煤后的混煤流动温度要≤1400ħ，要合理添加石灰石量，最好将流动温度控制在1300 1 350ħ；③尽量减少影响气化炉负荷波动的因素，包括煤种变化和混煤比例的变化，因为当煤种改变或配煤比例改变时，都会发生气化炉换渣和重新挂渣的过程，当大块渣脱落的时候，存在耐火材料脱落受损和渣钉不同程度的烧蚀，为保护气化炉，最大限度地减小耐火材料和渣钉的损伤，在每次煤种或配煤比例改变时，应提前适当降低氧煤比，控制适当偏低的炉温；④因为气化炉加减负荷或是调整负荷的过程都是非常缓慢的，因此由于系统问题气化炉减负荷后，在加负荷过程中要先控制氧煤比比正常值适当偏低，加到正常负荷时再调整氧煤比至正常控制值，如果加负荷过快，会引起挂渣和炉温的波动，影响的时间会更长；⑤当汽包补水量正常，主盘管密度＞700kg/m3且波动比较平稳，要控制较高的氧煤比，着力找准氧煤比和主盘管密度的控制点，以提高气化炉负荷。

1.3气化炉氧煤比控制
气化炉氧煤比调节原则：①气化炉加负荷时，先加煤，待煤稳定后再加氧；②气化炉减负荷时，先减氧，后减煤，待煤稳定后再减氧；
③气化炉工况表明氧煤比偏低时，应加氧，加氧时每次以0.1%的幅度缓慢递加；④气化炉各工艺参数显示氧煤比偏高时，要及时先减氧，气化炉工况稳定后再调整合适的氧煤比；⑤粉煤管线粉煤流量的波动、系统压力波动等会造成氧煤比的波动，氧煤比向上波动最大值应满足主盘管密度＞700kg/m3。

1.4气化炉炉膛温度监控
炉膛温度直接反映了气化炉内壁挂渣的好与差（气化炉挂渣较好时，一般炉膛温度显示＜500ħ），表明了入炉煤的黏温特性。

气化炉正常运行时，一般控制炉膛温度＜1000ħ。

当炉膛温度＞800ħ，应采取以下措施：①及时降低氧煤比，控制炉膛温度＜800ħ；②适当降低气化炉负荷；③调整配煤比例。

1.5气化炉上锥段温度监控
气化炉上锥段温度反映了不同煤种和烧嘴本身在燃烧时回流到炉顶挂渣的基本状况。

气化炉正常操作时应控制上锥段温度＜600ħ。

当上锥段温度超过500ħ时，应采取以下措施：①适当降低氧煤比或调整配煤比例；②适当降低气化炉负荷，同时减低气化炉压力，使烧嘴燃烧的火焰下移；③分析判断烧嘴的燃烧火焰形状是否改变。

当上锥段温度显示发生故障时，可通过气化炉壳体外壁温度来判断上锥段温度的高低，正常状况下应＜350ħ。

1.6气化炉主盘管密度控制
气化炉主盘管密度直接反映了炉膛整体和局部挂渣的好与差，正常操作中要求：①汽包液位要控制平稳，避免汽包补水过大或过小对盘管密度造成影响；②主盘管密度显示要大于700 kg/m3，且整体平稳；③尽量加大主盘管循环水量，循环总量最好大于450m3/h；④若出现汽包补水量和产气量的异常增大或主盘管密度低于700kg/m3，及时降低氧煤比，以满足挂渣要求；
⑤因烧嘴泄漏或堵塞偏喷造成主盘管密度低，要及时停车处理；⑥煤种、煤质变化造成主盘管密度波动，要及时对煤进行调整，同时适当降低气化炉的运行负荷。

1.7合成气气体成分监控
影响气化炉合成气成分的主要因素有气化炉的操作温度、煤质、烧嘴本身的结构尺寸、氧与煤充分燃烧的程度、蒸汽加入量等。

合成气中的CH
4
含量较为直观地反映了气化炉炉温的高低，如果CH4含量显示较高，炉膛温度又难以控制，氧煤比很难提高，就要分析判断原因，并找出更好的工艺操作条件或对设备进行调整。

1.8入炉蒸汽的调节
水氧比一般控制在0.05 0.1。

正常运行期间一般不需要改变水氧比，开车初期要根据气化炉运行状况作适当的优化调整：①观察排渣的外观质量，如果针状或丝状的渣较多，说明气化炉温度偏高，可适当提高水氧比，降低氧煤比，如果粉末状的细渣太多，说明炉温偏低，可适当
·
5
·
第5期黄保才等：航天炉粉煤气化装置长周期稳定运行总结
降低水氧比，提高氧煤比；②如果合成气中H2含量较高，蒸汽加入量大，可适当降低水氧比；
③不同的烧嘴所需用的蒸汽量也不尽相同，蒸汽加入量要根据烧嘴的特性和气化炉运行情况来调节和优化。

1.9气化炉渣口压差控制
气化炉渣口压差表明了粉煤燃烧后形成的灰渣较好的流动性所对应的温度控制范围，即液态渣从气化炉内壁流到渣口时，随着温度的下降，灰渣仍保持较好的液相流动性。

气化炉正常燃烧时，渣口压差应≤35kPa且较为稳定，当压差出现波动时，应根据不同的情况进行处理：①煤质、煤种或配煤比例发生变化，对此采取的措施是调整配煤比例；②烧嘴燃烧的火焰形状（直径、长度）发生变化，对此采取的措施是适当降低氧负荷所对应的系统压力0.1 0.3MPa；
③检查排渣颜色及形状，根据情况适当降低氧负荷或提高氧煤比；④当渣口压差波动较大且难以控制时，降低气化炉负荷所对应的系统压力，综合分析判断烧嘴是否堵塞，以及堵塞的严重程度。

1.10气化炉液位控制
影响气化炉液位的因素有激冷水流量、黑水排出量、气化炉压力、气化炉负荷以及激冷室内的积灰结垢情况。

在激冷水流量、黑水排出量、气化炉压力、气化炉负荷一定的情况下，如果气化炉液位呈缓慢下降趋势，且难以提升，说明激冷室内的积渣结垢现象在不断加剧。

延缓或阻止渣垢的不断产生，仍是目前稳定气化装置努力的方向。

1.11渣颜色和形状及其控制
渣是粉煤燃烧和气化反应的最终产物，较为直观地反映了粉煤燃烧和气化的状况，不同的煤种所产生的渣有所不同。

影响渣的颜色和形状的主要因素有煤种及配煤比例、气化炉操作温度、烧嘴自身的结构尺寸和烧嘴的堵塞程度。

几年来的运行表明：既要追求渣的残炭越低越好，同时又要实现高产量，短时间内可以实现，但很难做到长时间的安全运行。

其原因在于：①如果控制渣中的残炭较低，必然要控制较高的气化炉操作温度，而入炉煤的黏温特性有它相对应的操作温度，超过该温度，会出现气化炉工况的不稳定，会产生较多的针状或丝状渣，这种渣黏性很大，在水中的流动性非常差，易在激冷室等黑水系统中的扩散区、盲区内形成渣垢，是气化装置长周期运行的潜在隐患；②在高负荷运行下，过多地追求渣的低残炭率，就要控制较高的氧煤比，使得烧嘴处于超温的状态下，降低烧嘴的使用寿命。

所以渣的颜色和形状也反映了气化炉的总体运行状况：细料多，颜色发黑，说明炉温低，煤耗高；渣呈细沙状态，伴有少量针状或丝状渣，颜色呈黄绿色，说明炉温很高，煤耗低。

就目前来看，比较好的渣颜色为黄绿色，呈细沙状，伴有少量针状或丝状渣和粗渣，此种工况下的煤耗不是最佳，但能最大限度地发挥设备的作用，使高负荷、高产量工况能持续得更长，其他经济消耗指标得到更好地下降。

当然，不同的煤种对应的渣是不一样的，这需要具体分析对待，原则上是在高负荷、高产量下能够长周期稳定运行。

2设备管理
2.1烧嘴泄漏监测
为便于烧嘴冷却水水质的监控，在设计中烧嘴冷却水系统设置了取样口和排污点。

烧嘴冷却水是来自公用工程管网的脱盐水，气化岗位无法控制其水质，而中压汽包用水与烧嘴系统用水为同一路水，从汽包水取样分析也可以了解到烧嘴冷却水的水质情况。

因此，为防止烧嘴泄漏对原设计作出以下调整：①取消烧嘴冷却水系统设置的取样口，减少系统漏点；②烧嘴冷却水系统各排污点加盲板，杜绝可能出现的漏点；③密切观察烧嘴冷却水缓冲罐液位的变化，以确认烧嘴有无泄漏及泄漏量的大小，视泄漏量对气化炉运行状况的影响程度作出相应处理。

2.2激冷水过滤器切换
激冷水过滤器的作用是过滤激冷水，防止垢片进入激冷环引起激冷水布水不均匀，但由于盲区的存在，激冷水过滤器的切换极容易使盲区形成的垢片进入激冷环。

因此，每次开车时，当第1台投用的激冷水过滤器压差高于60kPa时，就要注意观察激冷水泵电流的变化，一旦出现有影响激冷水流量和气化炉液位的迹象时，保持第1台激冷水过滤器使用状态不变，再平稳地投入备用过滤器，一般2台激冷水过滤器可使用半年以上。

（下转第64页）
大的原因是硫酸铵的添加量大大增加所致。

并且，现已无企业采用添加磷石膏调整磷酸一铵产品质量的做法，主要原因是磷石膏的色泽发灰或发黑，添加后影响磷酸一铵产品的外观质量，故无可比性。

3结论
（1）硫酸铵和磷酸一铵的结晶状、溶解性、酸碱度、密度、粒度等性质比较接近，且有用作肥料的共性，故二者的掺配性强。

（2）磷酸一铵和硫酸铵均为优质肥料，都含有铵态氮，施加在土壤中易于被植物消化和吸收，且硫酸铵含有元素硫，二者掺配后，更适宜于缺硫土壤和喜硫作物。

（3）用硫酸铵调整磷酸一铵产品质量时，可以料浆状半成品添加，也可以粉状成品添加，还可以熔融状添加，添加方式具有可选性。

（4）硫酸铵的白度和含氮量均高于磷酸一铵，添加后可起到提氮、降磷、降低总养分和增白的作用，有利于调整产品结构，适用于原磷酸一铵生产装置。

（5）磷酸一铵中添加硫酸铵，可减少因总养分高于标准值导致的经济损失476万元；与利用其他添加物相比，每年可增收8 62万元，经济性和实用性强。

总之，添加硫酸铵调整磷酸一铵产品质量的方案是可行的，技术是成熟的，既可开辟磷复肥产品降磷、提氮的新途径，又可优化资源配置，促进产品升级，拓展产业链，提高附加值。

笔者相信，用硫酸铵作为添加剂调整磷酸一铵产品质量将成为主流技术，并得到快速推广和发展。

［参考文献］
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23－25
（上接第6页）
2.3激冷水泵使用
激冷水泵正常状况下是一开一备，备泵投用会不可避免地引起激冷水流量的大幅波动，易将盲区内的垢片带入激冷环内，导致激冷水布水不均匀。

因此，正常运行时投运1台激冷水泵，备用激冷水泵在冷备状态，非紧急状况下不得随意试泵、倒泵。

2.4系统检修
每次停车检修时发现，黑水系统的积渣、结垢现象都较为严重，需要比较全面地清理，同时每次检修也会暴露出以前没有遇到和难以想象的问题，这使得对航天炉气化装置逐渐有了更为深刻的认识。

3小结
尽管我公司航天炉已经运行4a多，但是对航天炉的认识还是有很大的局限性，提高产量、降低各项消耗是企业不断追求的目标，气化装置的运行也应在众多的矛盾中去寻求一个更为经济的平衡点。

因为影响航天炉长周期、安全、稳定、经济运行的2大因素是烧嘴的有效使用寿命和黑水系统结垢问题，所以生产中的总体思路是建立合理的运行指标实现气化炉长周期、安全、稳定、经济运行：第一，气化炉在高负荷下实现高产能的时间要尽量长；第二，长时间持续稳定的高产量才能使电耗、汽耗等其他各项能耗随之下降；第三，无论燃烧何种煤以及煤种的配比如何调整，都要在当时的运行状态下，以长周期、经济运行为指导，最大限度地减轻燃烧后排出的渣对黑水系统的不利影响，并尽可能地降低渣的残炭，使操作的工艺条件能够取得持续稳定的最好产量；第四，只有实现持续稳定的高产量，装置的各项消耗才能随之下降，综合能耗才能得到有效降低，航天炉的经济性才能得到最大限度地发挥。