目前水煤漿氣化裝置運(yùn)行負(fù)荷普遍在95%～110%，高負(fù)荷運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生了較大的影響。
我公司氣化裝置采用國(guó)內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、天辰設(shè)計(jì)院共同研發(fā)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化工藝，當(dāng)前負(fù)荷在107%。通過近幾次運(yùn)行發(fā)現(xiàn):自從氣化爐負(fù)荷提至105%以來，耐火磚的使用壽命明顯縮短，A/B氣化爐筒體磚(燒嘴室－K磚)壽命大概只有3700h，且在更換時(shí)，剩余耐火磚較少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整體的1/3(耐火磚廠家要求耐火磚剩余1/3時(shí)更換)，耐火磚損壞嚴(yán)重。綜合分析，為延長(zhǎng)耐火磚的使用壽命，應(yīng)從如下幾個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整。
1 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)
? ? 眾所周知，霧化效果的好壞是由物料出燒嘴的速度和角度決定的，其中主氧起到了至關(guān)重要的作用，較高的主氧流速會(huì)使出燒嘴的物料動(dòng)能過大，對(duì)耐火磚造成嚴(yán)重的沖刷。推薦出燒嘴的主氧流速范圍在120～150m/s。專利商提供的數(shù)據(jù)為:氧氣流量8949m3/h對(duì)應(yīng)的氣化爐壓力6.3MPa，主氧流速130m/s，中心氧流速120m/s。隨著煤漿濃度的提高，C爐氧氣流量已經(jīng)達(dá)到9600m3/h，為確保主氧流速在推薦范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)的氣化爐壓力應(yīng)該為6.8MPa，但壓力容器不允許超壓運(yùn)行，因此目前無法實(shí)現(xiàn)(目前壓力為6.5MPa)。根據(jù)現(xiàn)在的運(yùn)行參數(shù)，通過計(jì)算得出主氧流速已經(jīng)達(dá)到145m/s，中心氧流速為114m/s(計(jì)算條件:物料噴出角度50°，溫度22℃，中心氧比例16.6%)。由于每只燒嘴存在差異，因此其流速存在一定的偏差，但偏差的范圍＜5m/s。某公司氣化裝置在運(yùn)行的過程中，出現(xiàn)過主氧流速在95m/s和145m/s時(shí)耐火磚均發(fā)生了嚴(yán)重?fù)p壞。以現(xiàn)在的條件計(jì)算，系統(tǒng)達(dá)到110%負(fù)荷時(shí)，主氧流速將會(huì)達(dá)到，偏離工藝指標(biāo)較大。在夏季氣溫較高時(shí)，主氧流速會(huì)發(fā)生更大的變化。根據(jù)2014年氧氣管道溫度計(jì)算(夏季最高溫度為℃，冬季最低溫度為17℃)，在夏季時(shí)，主氧流速將會(huì)達(dá)到156m/s。2014年A爐運(yùn)行時(shí)間為5—10月，基本上處于氣溫較高的季節(jié);而爐運(yùn)行時(shí)間為8—12月，運(yùn)行期間氣溫較低。
爐在高溫天氣下運(yùn)行達(dá)3716h，而B爐在高溫天氣下只運(yùn)行了1960h。同樣的工況下，A爐主氧流速比B爐快10m/s。更換耐火磚時(shí)發(fā)現(xiàn)爐剩余耐火磚厚度比A爐高3cm。
2012年9月氣化爐100%負(fù)荷運(yùn)行，氧氣流量最高為8800m3/h，系統(tǒng)壓力控制在，主氧流速控制在120～125m/s，耐火磚使用效果良好，由于系統(tǒng)前期負(fù)荷較低，耐火磚侵蝕量較少。C爐從開始運(yùn)行至第1次更換耐火磚，負(fù)荷基本處于95%～105%，其筒體磚壽命達(dá)到了10000h。
從實(shí)際運(yùn)行情況可看出，主氧流速高，耐火磚侵蝕嚴(yán)重，使用壽命縮短。通過分析，只有通過更改燒嘴的尺寸才能使氧氣流速進(jìn)一步降低。
2 操作溫度
? ? 合適的操作溫度有利于在氣化爐內(nèi)壁耐火磚上形成一定厚度的渣膜，用來保護(hù)耐火磚。一般認(rèn)為，在合適的操作溫度以上，每增加100℃，高鉻磚的侵蝕速率就會(huì)增加4倍。煤的灰熔點(diǎn)升高，相應(yīng)的氣化爐的操作溫度升高。煤的灰熔點(diǎn)的高低是由煤種酸堿物質(zhì)的比例確定的，堿性氧化物具有降低煤灰熔點(diǎn)的作用，堿性氧化物越多，灰熔點(diǎn)就越低。不過，對(duì)耐火磚侵蝕速率最快的也往往是堿性氧化物(氧化鈣對(duì)耐火磚的侵蝕速率大于氧化鐵)，所以在氣化生產(chǎn)中并不是灰熔點(diǎn)越低越好。某廠與我公司為同類型裝置，負(fù)荷相差不大，氧氣流量在10000m3/h左右，其使用原料煤的灰熔點(diǎn)在1180℃，操作溫度在1250℃。目前我公司氣化爐的操作溫度在～1350℃。與其相比，我公司使用原料煤的灰熔點(diǎn)低很多，操作溫度還有降低的空間，即使配煤后的操作溫度也應(yīng)≤1250℃。因此，我公司可將目前的爐溫下降30～50℃，煤氣中有效氣含量可提高0.5%，CO2含量在16.5%，甲烷含量在900×10－。
另外，在操作中對(duì)渣口壓差過于敏感，發(fā)現(xiàn)渣口壓差上漲，就盲目增加氧氣流量，氧氣流量增加，導(dǎo)致爐溫升高?，F(xiàn)在每只燒嘴加1個(gè)氧，氣化爐操作溫度會(huì)升高5℃，加5個(gè)氧意味著爐溫升高20～30℃，操作8h耐火磚的磨損速率是未加氧2d的磨損量。如何判斷渣口壓差的指示是否真實(shí)，可以參考其他工藝參數(shù)的變化，綜合分析，從而正確判斷出渣口實(shí)際壓差。渣口堵塞，渣口壓差升高，二次反應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致CO含量升高。在幾次渣口壓差升高加氧的過程中發(fā)現(xiàn)，雖然渣口壓差升高，但是含量并沒有升高，反倒是CO2含量接近，據(jù)氣體成分情況可以判斷出渣口壓差并沒有升高。另外，渣口壓差是否升高還可以根據(jù)鎖斗壓差、鎖斗與氣化爐壓差、氣化爐液位等來判斷，甚至不看氣體成分就可以正確判斷出渣口堵塞與否。當(dāng)渣口真正堵塞，處理正常后要及時(shí)降溫操作。一般來說，在渣口壓差恢復(fù)正常后，就可以執(zhí)行降溫操作了。注意降溫不能過慢，因?yàn)榻禍剡^程持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致耐火磚磨損加劇。如果后系統(tǒng)在控制系統(tǒng)壓力上波動(dòng)過大，這種情況下會(huì)導(dǎo)致耐火磚呈塊狀脫落。
3 煤質(zhì)
? ? 對(duì)于氣化爐來說，并不是所有的煤種都適合。總結(jié)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出，在配煤的過程中，兩種煤的灰熔點(diǎn)相差應(yīng)小于100℃，因?yàn)閮煞N煤的灰熔點(diǎn)相差越大，對(duì)氣化爐的影響也越大。當(dāng)兩種煤的灰熔點(diǎn)相差過大，由于煤中的碳元素含量不一致，會(huì)導(dǎo)致氣化爐內(nèi)的溫度大幅度的波動(dòng)，氣體成分也大幅波動(dòng)。當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，煤中的碳元素含量發(fā)生變化，碳元素含量降低時(shí)，在保持原有氧氣流量不變的情況下，氣化爐的實(shí)際氧煤比是升高的，此時(shí)形成的渣膜比較薄，不能對(duì)耐火磚起到相應(yīng)的保護(hù)作用，會(huì)加劇耐火磚的剝蝕。當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，煤漿濃度會(huì)優(yōu)先于氣化爐工況8h出現(xiàn)變化，當(dāng)煤漿的黏度和濃度均有較大變化(煤漿的流動(dòng)性出現(xiàn)變化時(shí)，操作人員要注意渣口壓差和渣樣的變化。
4 生產(chǎn)負(fù)荷
? ? 生產(chǎn)負(fù)荷變化會(huì)對(duì)耐火磚的壽命產(chǎn)生影響，特別是開停車時(shí)，氣化爐內(nèi)溫度的變化，環(huán)境氣氛的變化，會(huì)對(duì)耐火磚的壽命產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，控制不好時(shí)爐膛溫度驟變，氣化爐內(nèi)熱震劇烈，耐火磚會(huì)呈塊狀脫落。頻繁地開停車，氣化爐投料瞬間熱震劇烈，耐火磚的表面瞬間溫度變化過大，會(huì)導(dǎo)致耐火磚的脫落，開停車次數(shù)越多，耐火磚脫落就越嚴(yán)重。生產(chǎn)負(fù)荷由90%增加至，向火面耐火磚壽命縮短18%。
5 耐火磚的質(zhì)量及砌筑質(zhì)量
? ? 耐火磚本身的質(zhì)量會(huì)對(duì)其壽命產(chǎn)生影響。通過對(duì)比90磚和95磚的運(yùn)行情況，不難發(fā)現(xiàn)，耐火磚中鉻的含量越高，抗侵蝕能力越強(qiáng)，但是鉻含量過高，會(huì)使耐火磚的抗熱震性能下降，容易使耐火磚出現(xiàn)塊狀脫落。目前90磚使用效果相對(duì)好些，95磚的使用效果并不是很理想。
耐火磚的砌筑質(zhì)量若有問題，耐火磚的使用壽命會(huì)明顯縮短，有可能只有1周時(shí)間耐火磚就會(huì)脫落。不過，由于水煤漿氣化技術(shù)逐漸成熟，很少出現(xiàn)因砌筑質(zhì)量有問題而造成耐火磚侵蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象。
6 燒嘴的尺寸
? ? 對(duì)于爐內(nèi)耐火磚來說，局部的耐火磚損壞嚴(yán)重，而不是均勻地?zé)g，則表明燒嘴的結(jié)構(gòu)不合理，應(yīng)對(duì)燒嘴的尺寸進(jìn)行改進(jìn)。
通過進(jìn)爐對(duì)耐火磚檢查發(fā)現(xiàn):耐火磚的損壞形式為饅頭狀，即中間大，邊緣陷下去。針對(duì)我公司當(dāng)前耐火磚的損傷形式分析，燒嘴間隙尺寸存在嚴(yán)重的不合理，為防止耐火磚出現(xiàn)饅頭狀的侵蝕，應(yīng)對(duì)燒嘴的環(huán)氧通道進(jìn)行改造。2014年月對(duì)燒嘴進(jìn)行改造，將噴嘴外側(cè)通道外端直徑由之前的41mm擴(kuò)大至42mm。改造后燒嘴主氧流速可降低至130m/s，耐火磚的使用壽命大幅度延長(zhǎng)。
7 結(jié)語
? ? 通過對(duì)燒嘴尺寸的更改，耐火磚的使用壽命明顯提高。要進(jìn)一步提高耐火磚的使用壽命，還應(yīng)在控制溫度方面下功夫，控制開停車次數(shù)，嚴(yán)格控制氣化爐操作溫度＜1250℃，并防止出現(xiàn)人為判斷失誤導(dǎo)致的爐溫升高;同時(shí)還應(yīng)繼續(xù)更改燒嘴的尺寸，通過理論計(jì)算，燒嘴主氧通道擴(kuò)大至43mm，主氧流速有望降低至125m/s，由此可對(duì)延長(zhǎng)耐火磚的使用壽命起到?jīng)Q定性的作用。
