四喷嘴水煤浆气化炉结渣及预防对策

许峰波

摘要：气化炉是气化工业设备中主要设备，其正常运行能保证排渣。为确保其正常运行，应避免结渣，确保排渣顺利，提高其运行效率。

关键词：四喷嘴水煤浆；气化炉结渣；预防对策

气化炉在气化中起着重要作用，并且为保证其有效运行，防止结渣，确保排渣顺畅，需提高其运行效率。但运行时常会发生结渣，降低运行效率，对设备产生不利影响。所以应采取针对性措施，确保排渣顺畅，从而提高气化炉运行效率。

一、四喷嘴水煤浆气化炉结渣类型

1、激冷室堵渣。其原因为：激冷后，炉渣无法进入锁斗，导致激冷室堵渣。若发生该现象，系统无法运作，需停车降温，进入激冷室，清理堵渣，使其恢复正常。

2、下降管堵渣。流动时，渣受不同因素影响，粘结于下降管，致使其挂渣，甚至发生烧穿情况。所以下降管堵渣后，将系统停车，待温度下降用人工清理挂渣。若发生烧穿，需及时更换。

3、渣口结渣。其是气化炉结渣类型之一，表现在渣口变小，压差增大，使燃烧室灰渣不能排出，从而影响系统运行、炉膛压力和合成气产出，甚至导致炉壁超温，影响气化炉运行。

4、挂渣。其是一个常见问题，包括下降管内外壁、炉壁挂渣。表现在熔渣、飞灰渣、水、合成气等，以胶融状附于下降管内壁、气化炉炉壁，从而形成挂渣，堵塞通道，影响气化炉液位。

二、四喷嘴水煤浆汽化炉结渣原因

1、高温。水煤浆进入气化炉，煤的一些易融化物质会因高温而融熔液化，呈球状，在其内部强烈流动，从而碰撞其内壁。另外，气流与本身沉积影响，从而沉积于壁面，发生结渣。

2、煤灰组成。煤结渣性和煤灰化学成分、熔点、灰量、煤矿物形态、分布有关。煤结渣性和煤灰成分密切相关，酸性氧化物增加了煤灰熔点，降低其结渣性；碱性氧化物能降低煤灰熔点，提高其结渣性。当组分接近时，高灰煤更易结渣。灰量对结渣性影响也体现在灰分在10～25%时，灰熔点出现最低值。所以低灰熔点、高灰分及碱酸比值大的煤其结渣性强。煤矿物质形态与分布方面，和结渣性有关的玻璃态物质是因煤内在矿物质转化有关问题。

3、原料煤煤质特性。煤是固体可燃有机岩，结构包含有/无机结构，对煤炭加工使用有指导意义。因其组成复杂多样性、非晶质性，因而煤分离成简单化合物较困难。当然，煤质会影响气化炉运行。煤的工业分析是煤炭工业使用指标，包括水分与灰分。

①水分。其是煤重要组成部分，分为游离水、化合水。游离水与煤成物理态结合水；化合水包含结晶水与热解水，结晶水含量小，热解水是煤高温下氧及氢结合水，煤中的水常指游离态吸附水，100℃时从煤中完全析出，而结晶水CaSO4•2H2O在160℃及2Al2O3•4SiO2•4H2O在550℃以上才析出。可见，煤水分会影响气化炉的结渣。

②灰分。煤燃烧后所得残渣是煤矿物质在高温下转化得出，煤灰分与矿物质区别大，且矿物质高温下分解、氧化、化合后转化成灰分。灰分大会造成热效率低，增加1%，煤耗增加2.0～2.5%，还会增加灰渣。为防止气化炉结渣，需用低灰分煤。

4、煤灰黏温特性。煤灰熔融和黏温性与其化学成分有关，而且与在高温下各矿物有关。然而，因煤矿物复杂多样性、不均匀性，煤灰成分不同，导致气化炉排渣状态多样性。煤灰结渣和高温下各温度区间，煤灰熔融时矿物质转变密切相关，煤灰黏度常在15～25Pa·s，随温度变化较稳定。

煤灰临界黏度温度是降温时，液态煤灰渣因晶体析出而迅速增大的黏度温度。温度低于临界黏度温度时，灰渣黏度变化大。煤灰渣黏温特性取决于液态渣黏度，而液体渣黏度取决于煤灰初始硅铝比，其随温度下降而逐渐增加，呈现玻璃渣特性，临界黏度温度变化不明显，温度低于此温度时，一些矿物会沉淀，若其含量高会影响煤灰熔融温度变化。

5、煤的矿物质。其可分为内外在矿物，因其与炭集体结合程度不同，所以煤气化时形成飞灰机理不同，其会影响气化炉飞灰的沉积，从而影响壁面性质。气化炉的飞灰颗粒组分与原煤外在矿物组成区别较大，与内矿物差异小。喷嘴平面颗粒黏温曲线接近内矿物黏温曲线，而气化炉气相颗粒黏温曲线接近原煤灰分黏温曲线，气化炉中各碳转化率颗粒沉积行为不同。内矿物未释放，外矿物熔融后易过气流碰撞至壁面，沉积于气化炉壁面形成熔渣，造成气相中颗粒无外矿物，所以成分倾于内矿物成分。随着碳转化率提高，逐渐释放内在物及焦炭，增加焦炭颗粒黏性，增加焦炭颗粒被壁面捕捉率，释放内矿物及焦炭颗粒同时被捕捉，致使气化炉气相颗粒组成倾于总灰分，壁面熔渣由外矿物形成，使其成分与总灰分不同，使熔渣排出气化炉所需助溶剂不能总因总灰分熔渣黏度预测。若熔渣组成与总灰分差异造成流动性差，温度波动会导致气化炉局部积渣，无法顺利排渣。

6、煤灰沉积。其会影响系统运行，以及气化炉燃烧器设计负荷、燃烧器温度、流速等。其过程复杂，沉积物与其它物质发生化学反应，形成灰渣，从而发生结渣。

三、四喷嘴水煤浆气化炉结渣的预防对策

1、加强原料控制。原料煤是气化炉动力来源，其水分和灰分会影响气化炉结渣，所以需选用优质煤，以确保系统正常运行。并且加强控制煤原料质量能影响气化炉作业温度和工艺使用，运用优质煤能提高系统运行效率，提高设备寿命。气化工程中，所用煤种应与设计一致。若选择和设计煤种时差异大，需使用配煤方法来提高煤燃烧特性，使其接近最初设计。

2、遵守操作规范。操作不当会造成气化炉结渣，对此，技术与管理人员需规范自身行为，严格遵循其要点，注意其规范及注意事项，按实际操作，以防临时工况变化造成结渣。另外，要加强控制气化炉控制中心氧比例，控制在15～16%最优，并保持其上下温差不太大，50℃为标准。并且实际作业中还需注重系统负荷变化，及时调整激冷水量，有效保护设备。

3、科学配比水煤浆。水煤浆由煤粉、水和少量添加剂组成的混合物，是气化工艺主要燃料，其污染低、效率高、流动性强。本身品质会影响结渣，但影响水煤浆品质因素复杂，控制质量时需考虑综合性因素。所以需优化配煤比与方法，提高原煤质量，减少结渣的发生。另外，配煤时需考虑各煤质构成，改善矿物质组分，灵活调整煤灰熔融特性等指标。

4、加强运行管理。只有确保气化炉正常运行，才能减少结渣的发生，所以需加强工艺系统运行管理，完善管理制度，落实负责，从而培养责任制，确保系统有效运行，防止结渣的发生。另外，还需提高相关人员专业素养，加强专业培训，提高其综合素养，以便满足系统顺利运行需求，防止结渣的发生。

参考文献：

[1]蒋兵.四喷嘴气化炉炉渣的优化控制[J].化肥设计,2016(05):42-43.