四喷嘴气化炉炉顶二次补汽（气）新气化方式的探讨
肖长宇
（博汇集团江苏海力化工有限公司，江苏 盐城 224100）
[摘 要] 针对四喷嘴气化炉工艺烧嘴使用寿命短、拱顶耐火砖寿命短、不适应水冷壁结构等瓶颈问题，探索四喷嘴气化炉炉顶二次补汽（气）气化新方式。结果表明，二次补汽（气）气化新方式在高浓度水煤浆和干粉煤气化具有明显应用优势：能够消除四喷嘴向上撞击流股，适应四喷嘴气化炉的水冷壁炉型结构；能够强化氧、煤间的反应，降低烧嘴平面和拱顶温度，延长工艺烧嘴和耐火砖使用寿命；能够充分利用炉顶高温热能强化水解和CO2还原反应，增加有效气量和系统产能；可增加炉温和煤粒在炉内停留时间的调控手段，使气化反应更趋向于按人为意愿进行控制。
[关键词] 四喷嘴气化炉；工艺烧嘴；拱顶耐火砖；水冷壁结构；炉顶二次补汽（气）；流场分布；强化反应；优化调整
[中图分类号] TQ 545 [文献标志码] B [文章编号] 1004-9932（2017）04-0054-03
伴随国际油价的持续走低，一度崛起的国产化煤气化技术受到了沉重打击，对于煤化工行业来说，行业寒冬中一些工艺落后、消耗高的企业将会被市场淘汰，然而富煤、少油、贫气的能源资源禀赋又决定了我国煤化工产业发展的主流方向不会变，因此煤化工企业纷纷采取节能降耗和增产增效措施降低产品单耗，以增强企业竞争力，而此时煤化工项目建设步伐放缓，正是煤化工企业探索煤气化新炉型、新方式和新工艺的最佳时段，为迎接煤化工行业的复苏做好准备。
1 四喷嘴气化炉的运行瓶颈
1.1 工艺烧嘴使用寿命较短
自2005年10月兖矿国泰化工有限公司第一台四喷嘴气化炉工业化运行以来，早期出现的工艺烧嘴窝火烧蚀、焊缝开裂和机械损坏问题均已得到解决，烧嘴最长使用寿命达到150 d，常态使用寿命在80 d左右，但烧嘴端面龟裂和环形烧蚀问题依然广泛存在，阻碍了烧嘴使用寿命的进一步提升，远远达不到系统长周期运行的需要。目前四喷嘴气化炉工艺烧嘴最长使用寿命为150 d，即1 a当中至少要进行1次烧嘴的更换，而更换1次烧嘴直接经济损失近百万元；且从设备结垢情况看，灰水处理系统仍可以满足气化装置更长周期运行的需要。
1.2 拱顶耐火砖寿命短
由于四喷嘴气化炉内流场分布特点，出烧嘴的流股在气化炉中心处撞击，形成向上和向下的2股高温气流，向上流股撞击到拱顶砖后沿拱顶内壁折流向下，在烘炉内壁砖和K砖（拱顶砖与筒体砖连接部位）发生强烈撞击，使得四喷嘴气化炉耐火内衬中拱顶部位成为炉壁超温的频发区域，使用寿命最短，一般使用寿命仅为8 000～12 000 h。
1.3 不适应水冷壁结构
鉴于四喷嘴气化炉内流场分布特点，产生的向上撞击流股直接冲刷拱顶，形成的折返流股对拱顶内壁衬里亦形成不同程度的冲刷，炉顶预制件拔出后均能发现端面烧蚀和冲刷严重，四喷嘴气化炉过度依赖耐火砖对拱顶的保护，不适应水冷壁结构，否则撞击流股直接冲刷水冷壁内夹套，易酿成水冷壁烧穿事故。
2 炉顶二次补汽（气）气化炉结构及技术优势
2.1 炉顶二次补汽（气）气化炉结构
在四喷嘴气化炉圆柱状筒体燃烧室中上部同一平面上均布4个工艺烧嘴，两两对置实现流股撞击和强化混合，在气化炉炉顶部增加高压蒸汽（CO2）喷嘴，用以向炉膛内提供富裕蒸汽或CO2气体，合理利用炉膛热能；合成气洗涤采用激冷流程，激冷室采用激冷环初步洗涤和破泡条水浴洗涤相结合的复合洗涤模式。
更多内容详见《中氮肥》2017年第4期