中高压流化床气化炉启炉过程及分析

中高压流化床气化炉启炉过程及分析

刘海建 苏宇  付贤飞 张星宇  武恒  张海国

新能能源有限公司 内蒙古达拉特旗 014300

摘要：中高压流化床气化启炉过程控制优劣是确保其能顺利开车的关键，其中气化炉投料及升温控制，升压与床层建立控制是其核心关键步骤；通过分析该过程，制定合理的操作参数，解决中高压流化床启炉难的问题。

关键词：气密 烘炉投料 炉温床层 升压  

一、中高压流化床气化炉启炉过程简介

中高压流化床气化工艺较其它形式的气化工艺要复杂，气化炉操作难度也较大，这也是导致中高压流化床工业化缓慢的一个原因。目前煤化工行业仅有新奥集团3.5MPa 催化气化工业化示范装置投产运行。

流化床气化炉操作难，最难的是启炉过程。启炉过程包括气密过程、烘炉过程、投料升温过程、建床层、升压过程、并气过程。其中投料升温过程、建床层、升压过程是其核心关键过程，控制好该过程是气化炉稳定运行的基础。

二、气密过程

气密过程是高压流化床开车的第一步，通过气密，消除系统漏点，检验检修质量。确保系统运行中无漏点。具体过程可参考下表；

三、烘炉过程

烘炉过程是系统的预热过程，预热范围主要包括气化炉系统、废热回收系统、过滤器系统的预热，工艺流程简图如下。

系统烘炉采用燃料气+空气燃烧模式进行，升温速率需满足气化炉耐火材料升温曲线的要求。过滤器系统在烘炉初期采用伴热蒸汽+高温反吹气的方式预热，其温度到达150℃后方可并入系统，主要是防止热烟气进入过滤器系统后出现低温凝结水，堵塞过滤器滤芯。

四、投料与炉温控制

该过程是核心关键过程，气化炉投料前，需用高温蒸汽、氮气等对系统进行短暂的置换，防止进煤后炉内煤粉爆燃。系统进煤后，需立即投用气化剂（氧气+蒸汽或空气+蒸汽），使入炉煤燃烧，提升炉温至操作温度。

该过程难点在于投料后炉温的控制，一般情况投料后炉温先降低至500℃左右，后随着气化剂的投用，炉温开始缓慢上升至气化炉操作温度。

该过程中，气化炉温度与投煤量需严格控制。气化炉初始投煤量≤10吨/h，正常投料后1小时内气化炉温度回升至700℃以上，其后方可逐渐增加气化炉投煤量。炉温≤700℃，严格限制气化炉的投煤量≤10吨/h，防止重质焦油析出过多堵塞后系统。

为避免重质焦油产出，可考虑半焦启炉。

五、升压与床层建立的关系

该过程也是核心关键过程，是中高压流化床操作最难的过程，也是最有争议的过程，主要矛盾是床层建立与升压力的关系，是先建立床层后提压还是同步进行的问题。就本问题，分析如下。

如某流化床，设计压力3.0mpa。设计投煤量60吨/H，最大蒸汽量60吨/H，通过不同工况对比，确定其优劣，为流化床升压及建床层给出指导意见。

表1 某中压流化床升压建床层主要参数对比

通过数据对比，可以得出以下结论

按流化质量对比： 工况2＞工况3＞工况1＞工况5＞工况4

按蒸汽分解率对比：工况3＞工况1、工况2、工况4＞工况5

通过对比，可以看出，在启炉阶段工况2/3 为最佳选择，工况1次之，工况4/5 效果最差。

床层是流化床气化炉运行最重要的操作参数，在启炉阶段，建立起一个最低的床层是流化床操作步入正常的关键参数，1.0MPa U-GAS流化床气化工艺采用先在低压下建立起10KPA 以上的床层，再升压并气的操作模式。

床层建立与升压同步进行的方法，对工艺稳定性提出了非常高的要求，大幅增加了操作人员操作难度，减少了初始投料阶段系统磨合的时间。投料初期，气化炉升压，为保证气化炉内流化质量，需投入足量或过量的蒸汽维持流化，这对工艺的稳定性是一个巨大的考验，此时如进煤系统故障， 为维持相对较高的压力，需额外增加蒸汽辅助其流化，过量的蒸汽使蒸汽分解率大幅降低，系统水平衡被破坏；同时较多的蒸汽投入，将使废热回收系统热平衡失效，出现后系统设备超温的情况。

对比表1，投料后选择在较低的系统压力下，增加投煤量对系统操作是有利的（工况3），较低的炉压可维持炉内较好的流化状态，降低蒸汽消耗，提高蒸汽分解率，降低废水产率；相对较高的投煤量可使炉料快速积累，达到流化床操作的最低床层要求。

对比分析，在最低床层建立后，再稳步提升系统压力的方法，不仅可大幅降低气化炉操作难度，还可增加系统初始启炉的磨合时间，对流化床操作有力。

六、放空与并气

放空与并气较简单，要求为气化炉投料后，工艺气洗涤后现场放空，待其氧含量＜0.5%后，可并入火炬放空，待系统压力升至后系统接受压力后，并入后系统，此后系统进入正常运行阶段。

七、小结

气化炉投料与炉温控制，床层建立与升压控制，是流化床启炉的关键控制步骤，也是中压流化床气化炉操作难度最高的过程，为确保流化床气化炉开车顺利进行，需做好以下几点。

1. 气化炉烘炉升温速率需满足耐火材料的升温曲线要求，防止耐火材料挤压脱落；
2. 气化炉投料前需进行短暂的系统置换，防止投料后煤粉爆燃；
3. 气化炉投料后，需尽快提升炉温至700℃以上，防止重质焦油产出；
4. 可采用半焦启炉避免重质焦油产出风险；
5. 气化炉投料后应在相对较低的压力下，建立最低床层，后在稳步提升系统压力；
6. 投料过程严格控制工艺煤气中氧含量，使其≤0.5%，防止氧含量超标引发爆炸。
7. 启炉过程中，需对系统进行热紧，防止引热膨胀而诱发的系统泄漏问题。

参考文献：

1. 1,0MPA  U-gas  气化工艺操作规程
2. 3.5MPA  催化气化工艺操作规程
3.  U-gas  气化工艺包