航天炉渣口阻力控制技术论述

航天炉渣口阻力控制技术论述

张鹏

（安徽晋煤中能化工股份有限公司，临泉 236400)

摘要： 主要介绍了航天炉运行过程中渣口阻力控制技术，详细介绍了渣口压差升高的常见原因，渣口堵塞后的表征现象，并通过实际操作经验阐述了渣口压差升高后可能产生的危害及控制解决方案，详细介绍了渣口压差升高的常见原因，此外还讲解了涉及不同化工用煤种类特点的航天炉入炉煤的相关控制要求，并结合航天炉实际运行结果，分析了灰组分中氧化铝、二氧化硅、氧化钙关系变化后相关专业试验数据，分析了入炉煤在燃烧室内反应中可能出现的现象。

关键词：航天炉；渣口；渣口压差；灰组分；氧化铝；二氧化硅

煤质波动现象在航天炉长周期运行过程中是必然的，各煤化工企业很难在煤炭资源紧张的背景下，在单一、优质的煤炭持续、稳定的供应中，做到连续、稳定地供给下去。一旦入炉煤质量不符合要求，就会出现气化炉超温、渣口压差波动等问题。

1、解析渣土进口压差走高。

影响渣口压差上升的指标一般有灰分，灰熔点，粘温特性等几个方面。 其中灰分质量分数增高，一般通过渣口灰分增加而压差增大； 粘温特性是流体阻力的量度，它反映了煤灰在熔融状态下流动的特性，相应的灰熔点的流动区间越小， 挂渣性能越差，煤灰粘性过大后极易在温度较低的渣口堆积，进而使渣口通量减少，从而导致渣口压差上升；灰熔点与粘温特性有一定的对应关系，灰熔点的过高超过航天炉所能承受的极限，不能将煤中的灰组分融化成较好的流动形态，而粘性较大的流动形态也会出现在渣口压差上升的现象中。

 2、渣口上涨后的表征现象

对各煤气化企业而言，控制渣口压差上涨是必须面对和解决的问题，不能单纯通过表测压差表来判断，而要通过精确判断渣口压差的走势，这样才能避免出现误判的情况发生。经过多年的经验总结，综合判断可以分为以下几种：

(1)在气化炉激冷室液位计气相端增加远传压力点， 利用渣口压差的趋势变化，准确判断渣口趋势。岗位操作员对入炉煤的煤质变化能有一定的预见性判断，然后在压差表选择千帕单位等级时，提前调节炉温。原航天炉渣口压差(13PDT0054)等于炉顶压减气化炉出口的煤气管道压力，因此压差表包括液位计处压差， 仅凭此压差表无法准确判断真实渣口的积渣情况，但通过液位计气相端取压的方式来判断渣口压差，也存在液位计量表造成取压点不准后，造成取压点不准的弊病，因此，由于液位计量表造成取压点需要岗位操作员及时查看，以辅助判断压差表气化炉液位曲线的变化趋势。

（2）利用合成气在线分析表进行辅助判断，晋煤中适合入炉的煤品质常常波动，受到煤场实际条件的限制。入炉煤发生波动后，无法利用相关煤质分析数据进行预测性调整输煤比例。 如果在渣口处出现积渣，则表明该煤种的流动性不适合用于航天炉。 由于渣口的位置特殊，导致渣的流动速度容易减缓，从而使得氧化还原反应出现异常。 这些变化最终体现在煤气的成分上，使得一氧化碳的含量逐渐增加。氢气含量会逐渐减少，二氧化碳含量也会缓步下降，而有效气体（CO+H2）的含量则会明显增加。随着渣口堵塞情况的加重，问题将进一步恶化。在高炉温熔渣过程中，即使汽包的产汽量较高，盘管的密度较低，氧煤比也会显著高于正常水平。 然而，煤气组分仍然随着渣口压差的波动而变得更加恶化。在此提醒操作人员，切勿仅凭分析表而误判炉况，不应单纯认为氧煤比过低，就盲目提高温度，这可能导致炉膛出现大面积掉渣和垮渣，从而损坏盘管。

 (3)认真观察渣量和渣样，这对挂渣情况的判断，对入炉煤的流向反馈，都是非常直观的。粗渣的外观形态如果呈现出很多类似玻纤丝的情况，说明炉膛内的熔渣具有很大的流动粘性，渣口处会出现类似玻纤丝的粗渣形态，在经过冷水的刺激冷却后，经过减速和流动后，渣口处会出现类似玻纤丝的粗渣形态。 一般情况下，粗渣形态应呈结晶颗粒状态，外观呈墨绿色；在挂渣差强人意的情况下，粗大的渣子形状如同煤泥，没有一个固定的形状。

3、渣土口压差异增大处置措施

控制渣口压差应以配煤为主，对气化炉长周期运行造成影响的重要隐患，只有稳定适宜的入炉煤质，在炉膛内部条件反应十分复杂的情况下，一旦形成堵渣，就难以做到精确熔渣，只有稳定适宜的入炉煤质，才能从根本上保证渣口的稳定。 要防止渣口压差上升，首先要把好入炉煤的质量关，对不符合要求的煤种， 通过调煤或掺添加剂等手段，对指标进行调整。 煤灰的熔融性主要是受高温下矿物成分和含量的影响，但高温下矿物结合形成的共熔体对熔融的影响是一样的。

煤灰组分中 SiO2 和 Al2O3 也是重要的影响因素，SiO2 含量越高，所形成的玻璃体成分越多，因此随着 SiO2 含量的增加，煤灰的流动温度与软化温度的差值也就越大。SiO2 质量分数在 45%~60%的范围内，软化温度和流动温度的温差随着 SiO2 含量而变大，无论其他组分的含量如何，SiO2 质量分数在 45%~60%时增加 SiO2，而灰熔融温度降低；但 SiOO2 质量分数超过 60%时，SiO2 含量增加对灰熔融温度的影响没有一定的规律，也就是灰熔点的高低不是简单的线性关系，因此，SiO2 质量分数在 60%以上时，SIO2 含量升高对灰熔融温度的影响没有一定的规律。

一般煤灰中 AL203 含量比 SIO2 少，大多数煤灰成分中 AI203 质量分数在 15%~30%， 晋煤中能采购的华亭、陕煤等众多矿点对灰组分的检测结果也符合本次试验的结果，目前我国煤灰中 AL203 含量低于 SIO2 的煤灰含量在 15%~30%之间，根据试验数据可知，当 Al203 质量分值低于 12%时，熔点先减小后增大的规律； 当 Al203 的质量分值高于 15%时，随着 AI2O3 含量的增加，灰熔融温度有规律地提高； AL203 质量分数在 25%以上，软化温度和流动温度的温差随着含量的提高而变小； 当其质量分值大于 30%时，煤灰熔点总大于 1350 ℃。 因此，一旦煤质波动，煤灰中 AI203 含量是分析的一个很重要的指标，而煤灰中的 AI203 含量的变化，势必造成炉温控制调整的调整。

通过以上分析，煤灰组分的数据积累是影响气化炉挂渣、渣口处渣堆积的一个重要因素。 所以选择适合灰组分的原料煤，是防止渣口处积渣的重要方法。另外，不要急于将渣温过度升高，以免造成炉膛整体平稳运转的更大损伤，出现堵塞渣口的现象后再进行加温。因此，可以尝试以下几种措施：

(1)使氧温升高，氧流速升高，促使火焰下移，渣口渣土温度升高，渣口堵渣现象得到改善。

（2）通过降低系统压力或内部压差，以使火焰拉伸，从而熔化渣料。

（3）适度提升炉温，保持炉膛内的挂渣稳定，以防止出现大范围的垮渣情况。

(4)煤种的更换，其熔渣工艺在客观环境的制约下是极其困难的。应尽量提高炉膛温度，主盘管密度建议不低于 650kg/m3(航天炉)，蒸气包产汽上限控制在 5t 以内， 当炉膛压差达到一定差值时(一般不超过 100kPa)，炉膛内的积渣会出现骤落现象， 此时应及时调整氧气的调节开度，以免发生过氧性。 但如果不能替代合适的煤种，渣口压差仍将反弹上涨。

 (5)渣口上升后长时间不处理也会造成气体偏流冲刷激冷环的问题渣口上升后可选择拉伸粘度在50Pa.s 以下、灰熔点在 1180~1250 ℃、灰分质量得分在 7%~12%的煤种进行处理。适当提高灰分，对堵塞渣口的积灰可以起到冲刷作用，这里要注意的是，单靠温度熔融，如果压差和发气量不够，在渣口压差升高的情况下，渣口的堵渣问题是不能过分减轻负荷的。

4 结语

《航天矿渣口压差上升的现象及常见原因》通过实际操作经验，在叙述矿渣口压差上升后可能产生的危害及防治对策的同时， 对其进行了详细的介绍。 重点研究了航天炉原料煤控制指标，并就入炉煤在燃烧室反应中可能出现的现象，在灰组分中氧化铝、 二氧化硅、氧化钙三者关系发生变化后的相关专业试验资料进行了分析。 可以明确的是，炉膛煤指标超过航天炉液体排渣流动温度的要求，离不开炉膛口阻力的上升。本文提供了不管哪种方法都需要一个过程的渣口压差上升 5 种方法来解决控制，不可能马上得到解决，经常处于非正常水平的渣口压差势必会引起气化炉停车检修。所以控制渣口压差要以预防为主，所以煤气化装置长周期稳定运行的关键是要做好原料煤的分析化验，分类储存，配比掺烧。

参考文献

[1 ］于遵宏，王辅臣．煤炭气化技术［ M].北京：化学工业出版社，2010.

[2]王洋，房倚天，黄戒介，等．煤气化技术的发展 ﹣ ﹣ 煤气化过程的分析和选择［ J]．东莞理工学院学报，2006(4):93-100.

[3 ］李文，白进．煤的灰化学［ M]．北京：科学出版社，2013.