气化炉回火的原因分析和解决措施

气化炉回火的原因分析和解决措施

吴晓苹，潘玉成，崔利丽

（兖矿鲁南化工有限公司，山东 滕州277527)

［摘  要］四喷嘴气化装置气化炉烘炉过程中，炉温达到700 ℃以上时气化炉频繁出现回火现象，结合控制数据得出气化炉回火原因为锁斗上部堵塞、渣口堵塞、抽引大阀处灰沉降、蒸汽消音器和其他设备内介质窜入等，为此，重新制定了工艺操作要求，有计划地对影响烘炉的部件、部位进行拆检，并加大对影响烘炉的其他指标的监控力度，消除了气化炉的回火现象，保证了气化炉的成功投料。

［关键词］ 气化炉；烘炉；回火；锁斗堵塞；渣口堵塞；灰沉降；预防措施

［中图分类号］ TQ 546.8   ［文献标志码］ B   ［文章编号］ 1004-9932（2016）03-0028-03

兖矿鲁南化工有限公司四喷嘴气化装置2005年7月成功投料，经过几年的优化和改造，气化炉稳定运行周期已经达到世界先进水平，但开车前准备阶段，尤其是气化炉烘炉时，气化炉频繁出现回火现象，且回火一般发生在烘炉温度达到700 ℃以上时，危险性较大，对安全生产和开工效率造成了一定的影响。为此，通过对气化炉回火的原因进行分析，探索出了可操作性强的应对措施，最终保证了气化炉的成功投料。

1  气化炉烘炉的作用和烘炉流程介绍

1.1  烘炉的作用

在四喷嘴气化炉工艺中，为了提高气化效率，防止热量散失，同时保护气化炉壳体不受燃烧室内高温物料的直接作用，气化炉炉壁内侧设计砌筑3层耐火砖，耐火砖在干燥状态下可长期存放，砌筑的气化炉耐火砖使用耐火泥进行粘结，并且拱顶和锥底有厚厚的浇注料，通过耐火泥的粘结将炉内耐火砖组成一个整体。

气化炉3层耐火砖由外向内分别是氧化铝空心砖、铬刚玉砖、铬铝锆砖，其理化指标见表1。耐火砖中含有的一定量的Cr₂O₃，可以抵挡高温和煤炭的侵蚀，达到保护气化炉壳体的目的；耐火砖中还含有一定量的Zr₂O₃，通过“相变效应”可以储存热量，为气化炉开车初期点燃煤浆和氧气提供热量，以使开车后炉内的气化反应得以进行［1］。热量来自于开车前的烘炉，同时烘炉可以除去气化炉耐火材料中的吸附水和结晶水，检验耐火材料及筑炉质量是否满足工艺要求。如果长时间不烘炉，浇注料以及耐火泥中的水分会造成耐火材料受潮失效等，并影响浇注料的质量，所以烘炉工作在水煤浆气化装置开车前是必不可少的。

表1  耐火砖的理化指标

1.2  烘炉流程介绍

气化炉烘炉流程见图1。

图1气化炉烘炉流程示意

气化炉烘炉采用蒸汽高速通过开工抽引器，由于开工抽引器的特殊结构使能量在动压能和静压能之间相互转换，转换过程中完成了对气化炉内部空间的抽吸，使气化炉内呈负压状态；燃料气通过预热烧嘴在炉顶点燃后因负压作用呈现“侧挂火炬”状态，从而使气化炉耐火砖均匀升温。此外，烘炉系统还存在一个循环水冷却系统，作用是防止烘炉时产生的热量烧坏气化炉内件，即渣池的水通过渣池泵向气化炉激冷环供水，和气化炉内件换热后返回渣池，达到循环冷却的目的。

2  气化炉烘炉过程中频繁回火的危害

气化炉烘炉过程中频繁出现回火，不仅对炉顶上部的烘炉设施造成损坏，导致直接的经济损失，还会严重威胁现场巡检人员的人身安全（如果巡检人员在烘炉区域进行巡检时气化炉出现回火，其喷出的火焰会灼烧巡检人员）。同时，因气化炉回火问题，火焰不能正常进入炉内，势必会影响气化炉的烘炉温度，不能按照烘炉温度曲线要求进行烘炉，耐火砖也就得不到正常的养护，最终会影响耐火砖的使用寿命，并且烘炉时间的延长也会延误开车进度。所以，气化炉烘炉回火问题关乎设备寿命、开工效率、人身安全等多方面。

3  气化炉回火的原因分析

3.1  炉壁熔渣受热流动而形成堵塞

3.1.1  气化炉液位突然出现猛涨

正常情况下气化炉内应该无液位，从烘炉水循环系统来看，渣池泵向气化炉供水后炉内的水直接通过锁斗1^#、2^#、3^#阀门（DN400）到渣池，锁斗1^#、2^#、3^#阀保持全开状态，所以在气化炉内形成一定液位是比较困难的。但在烘炉过程中经常出现气化炉液位突然猛涨的现象，同时渣池液位出现下降，气化炉液位涨至下降管管口位置时，就会将下降管管口封堵，使得抽引系统和气化炉燃烧室被隔绝，气化炉燃烧室内由负压变为常压，导致预热烧嘴处出现回火。

根据气化炉液位出现猛涨而渣池液位逐步下降这一现象，分析认为，是因为炉内到渣池通道不畅造成激冷水在炉内积聚引发液位上涨。现场观察堵塞位置在锁斗1#阀处，拆检后发现堵塞物是气化炉内燃烧后的熔渣。气化炉运行期间，炉内煤浆和氧气发生一系列的氧化还原反应，其中氧化反应是不完全反应，反应后残留的炭以及煤灰在液化状态下顺炉壁流到激冷室，在激冷室内被水激冷后通过锁斗排出系统。在烘炉过程中，尤其是当烘炉温度达到900 ℃以上时，炉壁残留熔渣受热流动，流至激冷室后温度急速下降，形成体积较大且比较坚硬的渣块，堵塞在锁斗入口阀门处，造成炉内激冷水不能顺利回到渣池，积聚在激冷室内直至封住下降管，最终导致回火。

3.1.2  气化炉渣口堵塞

气化炉停车后，观察渣口处无异物，较为通畅。但在烘炉过程中，随着烘炉温度逐步升高，渣口逐渐缩小，气化炉负压逐渐减小，当渣口缩小至一定程度时，炉内负压不足以拖拽火焰，从而造成回火。通过观察现场和收集数据都可以看到，渣口出现堵塞和炉内负压大小有对应关系（见图2），尤其是渣口堵塞至50%以上时，容易出现负压突降同时渣口堵塞比例突然升高的现象，因为渣口缩小至一定程度时更容易在渣口处发生“架桥”。

图2炉内负压与渣口堵塞比例的对应关系

渣口发生堵塞，是由于气化炉内残留熔渣在高温下受热流动所致。但相对于堵塞锁斗，其残余的熔渣量要大得多。烘炉温度高于熔渣流动温度时，炉内残留的大量熔渣向下流动，在渣口处逐渐积聚，由于预热烧嘴安装在气化炉炉顶，炉顶和渣口本身有近12 m的距离，因此烘炉过程中渣口处温度要低于炉顶温度，大量熔渣在短时间内流至渣口处，随着温度的降低，逐步停止流动而变硬，渣口尺寸随之变小，达到一定程度时导致回火的发生。

3.2       气化炉内负压过小或出现“喘吸”

更多内容详见《中氮肥》2016年第3期