HT-L炉投用晋城无烟煤对炉况的影响及技改思路
何天天
（河南晋开化工投资控股集团有限责任公司，河南 开封475002）
［摘 要］针对HTL炉试烧晋城无烟煤出现的氧气消耗量大、有效气含量达不到盈利标准、炉温高且炉内盘管易烧穿、灰渣含碳量高、渣水系统结垢堵塞严重等不良现象，从耐火层厚度、激冷水水质、渣水循环等方面综合论证，提出HTL炉的技改思路，以解决晋城无烟煤与HT-L炉不匹配的难题。
［关键词］ HT-L炉；晋城无烟煤；耐火层冷却水盘管；二次补氧环；温度逐级传递； 渣水闭路大循环
［中图分类号］TQ 546 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2015）06-0035-02
河南晋开化工投资控股集团有限责任公司（简称河南晋开集团）二分公司HTL煤制气项目2010年4月破土动工，2012年10月19日开车成功，投用神木煤，并掺入部分高硫煤。HT-L炉是气化无烟末煤的理想炉型，主要适合烧新疆、神木等低灰熔点、高热值烟煤，而晋城无烟煤硬度强、可磨性差、灰熔点高（在1 500 ℃以上），运行中出现煤耗大、运行成本高的问题。2014年4月29日—5月17日，HT-L炉试烧晋城无烟煤出现了以下不良现象：氧气消耗量大，有效气含量达不到盈利标准，炉温高且炉内盘管易烧穿，灰渣含碳量高，渣水系统结垢堵塞严重。对此，从耐火层厚度、激冷水水质、渣水循环等方面综合论证，提出HT-L炉技改思路，以解决晋城无烟煤与HT-L炉不匹配的难题，实现HT-L炉原料煤本土化。
1 HT-L炉简介
1.1 主要特点
HT-L炉属气流床炉型，干粉输送、纯氧加压氧化、单烧嘴顶烧式，气化温度1 400～1 900 ℃，适应煤灰熔点1 250～1 650 ℃，操作压力2～4 MPa，液态排渣，理论有效气含量≥90%，水冷壁、盘管，四进四出，自炉体内表面向外，保温形式依次为液渣、固渣、SiC耐火材料、水冷壁、惰气保护层、高铝不定型耐火材料、外保温层，水冷壁可形成3～5 mm厚固渣层。
1.2 设计理念
炉中心温度逐级向炉壁传递：中心焰→熔渣→固渣→耐火料→内盘管壁→锅炉水→外盘管壁→惰气保护层→高铝不定型耐火材料→外保温层。
2 HT-L炉试烧晋城无烟煤出现的问题及原因
HT-L炉试烧晋城无烟煤期间的运行情况分析：尾渣含碳量与炉温、O/C不平衡，提高氧量炉温会升高，直接的影响是耐火料熔融变薄（通过炉子大修期间剩余厚度可以判断），而同时尾渣含碳量下降幅度并不明显，这个矛盾直接制约着集团公司的经济效益。
HT-L炉最主要的问题是盘管烧穿、下降管变形。当然，盘管烧穿与HT-L炉原料的本土化不彻底有很大关系，本质原因是HT-L炉在使用过程中温度逐级传递出现跃级，SiC耐火料长期在高温高氧的作用下逐渐变软，在熔渣的冲刷下被带走，当然这个过程很漫长，伴随炉子的单次运行周期，直至耐火层消失后温度传递彻底失效，最终锅炉水盘管向火面暴露在高温熔渣和氧气的侵蚀中，直至烧穿，烧穿后锅炉水漏入系统，导致合成气中甲烷含量、尾渣含碳量、O/C及炉外壁温度逐渐上升，运行成本与经济效益均不达标，被迫停车检修。
渣水系统存在的主要问题是下降管结垢严重且变形，其原因是碳酸钙等结晶在下降管外表面大量生成，使下降管内外表面的热膨胀系数改变较大，最终导致下降管变形直至烧穿以及渣水系统管线易堵塞、磨穿。以上问题主要与激冷水（由洗涤塔提供）水质差有很大的关系。
3 HT-L炉技改思路的理论支持
HT-L炉的技改思路是合理利用熔渣温度的逐级传递，配合煤的灰熔点让温度逐级按流动温度→软化温度→变形温度→半球温度向耐火料→水冷壁→惰气保护层→高铝不定型耐火材料→外保护层传递。
HT-L炉试烧无烟煤期间温度逐级传递出现跃级，跃级位于熔渣→固渣→耐火料，炉温高至耐火料烧蚀温度，导致耐火料逐渐变软并被熔渣冲刷带走。而正常情况下应该是固渣形成在耐火料表面，固渣和流动熔渣之间是半融半固（即软化温度）的渣，但通过设计并增加耐火料的冷却盘管可以解决上述问题。当然，冷却盘管的材质、直径、长度（通过目前4台炉子盘管漏点集中位置可以测算）、排列方式要考虑在内，这是维持温度传递避免跃级的重要因素，也是从源头避免HT-L炉试烧无烟煤炉温高的措施。
HT-L炉试烧无烟煤期间还有一个问题就是炉内温度分布不均匀、尾渣含碳量高，对此的技改思路是：在炉内（需要通过各煤种在炉内的上下温度传导曲线计算）增加二次补氧环进行二次给氧，达到平衡炉温、调节炉壁渣层厚度的目的。只是二次补氧会导致炉内总体温度上升、尾渣含碳量下降、有效气产量及含量上升、炉子可用负荷调节下降、炉子内压上升、激冷环下降管渣水温度上升，如果排渣系统不技改，新的问题会伴随而来，那就是：激冷环更易磨穿，下降管更易变形烧穿，渣水管道系统更易堵塞、磨穿。
渣水系统存在的问题通过改造激冷水流程可以解决。当前HT-L炉的水循环主要适用于中、低灰熔点的原煤，高灰熔点的无烟煤虽然可用，但不能达到高效长周期运转。激冷水流程改造的目的是：降低激冷水的水温，提高激冷水的水质，降低激冷水中气体（O2、CO2）含量，从源头上减少钙离子和酸根离子的碰撞几率。
渣水系统改造后，气化炉激冷室出来的黑水与来自洗涤塔底部的黑水，经减压阀减压后去高压闪蒸罐，闪蒸后的液相去真空闪蒸罐进一步闪蒸，闪蒸后的高固含量黑水去沉降槽，在沉降槽中连续加入絮凝剂，沉降下来的淤浆经底流泵送至过滤机，沉降槽顶部的清水溢流到灰水槽。高压闪蒸罐闪蒸出来的气相去高压闪蒸冷却器冷却（改造前的气相经汽涤塔换热后去高闪冷凝罐，高压闪蒸罐的换热效率须等气化炉改造完成后的测试数据进行计算），冷却后的不凝气体去火炬燃烧，冷却后的液相去除氧器。真空闪蒸罐顶部闪蒸出来的气体去真空闪蒸冷却器，真空闪蒸系统的真空度由真空闪蒸冷却器气相出口的真空泵提供，真空泵出口的不凝气体放空，冷凝后的液相去灰水槽，再经低压灰水泵送入除氧器，在除氧器中加入蒸汽将灰水加热至110 ℃左右，通过沸腾除去水中的溶解氧及二氧化碳，除氧器出口气相放空，液相经除氧水泵送至汽涤塔（原汽涤塔出口气相去高压闪蒸冷却器，改造后放空）。在汽涤塔内加入分散剂（原分散剂在灰水槽及低压灰水泵入口加入），汽涤塔液相分两路：一路通过高压灰水泵送至洗涤塔洗涤HTL炉出来的粗合成气；一路通过激冷水泵送入激冷水过滤器过滤掉杂质后送至激冷环。
改造后的水循环热效率（利用率）有所下降，但水循环效率有所上升，中控操作更简洁，送至HT-L炉激冷室的水质大幅度提高，汽涤塔（改造后的汽涤塔对HT-L炉供水起到缓冲和水质调节作用）的负荷提升很大。
4 HT-L炉技改方案要求
更多内容请见《中氮肥》2015年第6期