BGL气化炉运行参数优化研究

BGL气化炉运行参数优化研究

李佳奇

呼伦贝尔金新化工有限公司    内蒙古  呼伦贝尔市    021506 

摘  要：呼伦贝尔金新化工有限公司BGL气化装置于2011年9月开始试车，该装置采用碎煤熔渣加压气化工艺技术，利用当地褐煤作为入炉煤进行加压气化，到目前为止已经经历了196炉次开停车运行，在气化炉的运行维护控制及排渣控制方面摸索出了大量的经验，气化炉的运行工况也得到了稳定控制。本文主要从影响BGL气化炉运行的因素及运行控制进行了分析和阐述，总结了相关的运行经验，对稳定BGL气化炉的运行有重要的意义。

关键词：影响因素；维护；BGL气化炉；经验

云南云天化股份有限公司2022年技术论文

1  BGL气化炉运行情况简介

BGL气化工艺在国内运行经验已经成熟，但在褐煤直接入炉气化时遇到了大量的技术瓶颈，如鼓风口回火烧蚀严重、鼓风口附近耐火砖烧蚀严重、烧嘴损坏、排渣困难、粗煤气出口带尘和油严重、气化炉运行周期缩短等问题。

BGL气化炉自2011年9月3日第一台气化炉点火投料试车运行时长不足12小时，其后不断的总结经验和技术改造，使气化炉的运行工况也得到了不断提升，运行周期也实现了单炉连续运行时间突破355天的记录；同时，也完成了气化炉不加石油焦冷备开车，加深了对BGL气化原理的掌握和运用，为BGL气化炉计划停车不用卸煤直接再次点火开车积累了丰富的经验。到目前已进行了196炉次BGL气化炉开停车操作，通过对开停车中影响气化炉运行的因素及维护控制经验进行了总结分析和提炼。本文从影响BGL气化炉运行的影响因素及其控制入手进行了阐述和分享，有利于经验的传承和BGL气化工艺的学习和掌握。

2  BGL气化炉运行的影响因素

2.1  原料煤煤质

从我公司BGL气化炉运行情况来看，煤质对BGL气化炉的稳定运行起着决定性的作用，其中的灰分、水分、挥发分、固定碳含量及煤的粒度、机械强度等对气化炉的稳定运行至关重要。

2.1.1  灰分

原料褐煤的灰分含量为12.5～19%，BGL气化技术为液态排渣气化，灰份含量越低越有利于气化，而且气化后所产生的灰份含量较少，有利于下渣口的排渣，灰份含量低不会对下渣口排渣产生影响。原料煤的灰分控制除了做好筛分工作，必须采用源头控制,将煤质控制提前到坑口进行管理，才能保证装置的稳定运行。

表2.1   原料煤分析数据

2.1.2  水分

东明矿煤质具有较高的水份含量，一般全水份为：30～35%，高水份原料煤气化后所产生的大量水汽气被粗煤气带出气化炉，经洗涤冷却器洗涤后进入煤气水系统，送至煤气水分离装置，使煤气水分离装置负荷大大增加；同时，褐煤进入气化炉后水份被迅速加热并气化膨胀，褐煤块发生爆裂粉化，导致床层阻力降上升发生偏流，大量煤粉带出气化炉。因此较低的水分对加压气化是有好处的，褐煤水分较高，挥发份也较高，在干馏阶段，煤半焦形成时的气孔率大，当其进入气化层时，反应气体通过内扩散进入煤的内部时容易进行，因而，气化的速度加快，生成的煤气质量也更好。

水份的控制也要前移至煤矿，一是做好煤矿的疏干，二是要留有一定的地存煤进行倒换。

2.1.3  挥发份

原料褐煤具有较高的挥发份约为34.95%，挥发份其主要成分是焦油、酚、氨等物质，这些物质被粗煤气带出气化炉，经高压喷射煤气水洗涤后进入煤气水管线，其中的焦油经常堵塞煤气水管线，严重时会发生焦油和煤粉形成的混合物堵塞废热锅炉底部和洗涤循环泵入口管线，这时废锅积液槽的煤气水就会无法外送，积液槽液位一直在升高，严重时导致气化炉停车无法运行。这方面由褐煤本身的特性决定，没有效的办法进行控制，采用混煤的技术手段可行但成本不能承受。

2.1.4  固定碳

原料褐煤的固定碳含量约为45.67%，对于BGL气化技术，原料煤的固定碳含量越高越好，固定碳含量越高参与气化反应的有效成分越多，反应后产生的粗煤气质量越好，加入气化炉后燃烧时间越长，加煤频率越低。这方面也是由褐煤本身的特性决定，没有效的办法进行控制，采用混煤的技术手段可行但成本不能承受。

2.1.5  煤的粒度的影响

原料煤的粒度对气化炉的运行影响非常大，粒度过大或过小气化炉内很容易发生偏烧现象，炉内原料煤的粒度适中，炉内反应稳定，各处的反应速度相同，炉内的燃烧层在同一高度上，有利于气化炉床层火层的培养；同时，粒度适中，减少了床层阻力，能减少气体带出物；在气化过程中若原料煤的粒度过小，气体带出的粉煤增多，使得某一区域内出现空洞，气化剂或其他气体未来得及与燃料反应就由空洞直接通过，即发生沟流现象。通常入炉煤的粒度控制在6～85mm，在这个粒度范围之内，能有效的避免因粒度过小产生沟流、偏烧等情况的发生，不会发生小粒子填充到大粒子的间隙；有效避免了床层空隙率减小，床层阻力显著增加现象的发生，从而有效减少了床层发生沟流、架桥现象影响气化剂均压分布情况的发生，因此入炉煤粒度的大小对BGL气化炉的稳定运行至关重要，使用型煤就可有效避免粒度对BGL气化炉运行的影响，但前提是型煤的性能能够满足气化炉设计用煤要求。

煤的粒度控制关键是把好入炉这一关，除了破碎、取煤之外，还需要做好入炉煤的筛分以及除灰工作。

2.1.6  煤的热稳定性的影响

原料煤的机械强度对气化炉的运行也起着相当关键的作用，如果原料煤的抗破碎能力差，机械性能也较差，因此原料煤易破碎，原料煤加到气化炉内容易产生许多煤粉，使床层阻力增加，也使气化炉容易产生沟流现象，影响气化剂均压分布，引起气化炉内火层发生偏烧，鼓风口壁温频繁波动，导致炉子工况恶化，煤粉增多还会使出口气体带出物增多，造成废锅底部和洗涤循环泵入口管线发生堵塞。

图2.1  汽氧比与渣池渣温度关系图

2.2  汽氧比

2.2.1  汽氧比影响

汽氧比越高，炉内所能达到的最高温度也就越低，渣池温度随着降低渣粘度大不易排渣，同时水蒸汽的耗量相对增大，水蒸汽

分解率也相对降低，气化炉出口煤气中二氧化碳和甲烷含量增加，有效气一氧化碳和氢气含量下降，不利于合成氨原料气的生成，而且水蒸汽分解率降低所产生的煤气水量增加，加大煤气水分离工段的处理负荷。

相反，汽氧比小则会使燃烧反应加剧，气化炉内温度升高，出口煤气中的一氧化碳和氢气含量增加，二氧化碳和甲烷含量降低。蒸汽分解率增加，蒸汽消耗量相对减少，但渣池温度会升高，造成熔渣析出单质铁，容易堵塞下渣口造成气化炉停车；同时，褐煤具有较高的反应活性。但过低汽氧比容易使设备烧坏，特别是炉内耐火材料很容易被烧坏，因此要将汽氧比控制在适当范围内，不宜过高或过低都会对气化炉造成影响。

2.2.2  汽氧比控制

汽氧比是调整、控制气化过程温度、改变煤气组成，影响副产品产量及质量的重要因素，一般随煤种或者排渣工况作出适当的调整，BGL气化炉汽氧比设计制范围设定在0.7～1.22kg/Nm3，目前我公司BGL气化炉正常运行时汽氧比控制在0.88～1.02 kg/Nm3左右。

BGL气化炉渣池的温度主要通过汽氧比调整来控制，相同负荷，汽氧比越高，渣池温度越低，汽氧比越低渣池温度越高。为了保证渣池温度，针对我公司所用的煤种来说，较低的汽氧比有利于气化炉的稳定运行，但是不利于设备的安全。气化炉的碳化硅耐火砖在氧化条件下极易被烧蚀。

汽氧比的调整依据主要是根据渣温来进行调整，如果渣温太高（即渣的颜色鲜亮），渣的粘度（流动性很好）或者铁从渣中分离的较多，那么汽氧比应该增加。相反地，如果渣温太低，就得使用额外火焰以清除排渣口的部分堵塞。同样，在排渣时就可以观察到渣粘度高。应该注意的是，低汽氧比和较长时间床层压差高会引起喷嘴和气化炉耐火材料的巨大损坏，并且过高或过低的汽氧比会产生很多的排渣问题。

床层压差高表明一个不受控制的气化剂的转换和蒸汽-氧气混合物的转向反吹，转向反吹的结果是气化剂喷嘴周围的衬里温度强烈的上升，导致耐火材料的烧蚀。另外长期床层压差高让气化炉长周期运行会导致气化炉煤炭床层的通道建立，即发生沟流现象，而这会反过来会导致氧穿透被迫使气化炉紧急停车。

2.3  下渣控制

2.3.1  初次排渣

初次排渣设定下渣顺控T1为150 s ～200s，T2为200s，T3为25s～30s（前三次排渣按此设定，其后的参数根据实际的工况来调整），下渣控制阀SP为18kPa，下渣控制阀的预设开度为78%，激活排渣压差为45kPa，取消排渣压差为-6.9kPa。允许操作人员调整参数T2、T3和下渣控制阀预设开度，以尽量确保下渣控制阀在18kPa附近，避免排渣压差降得过低或降至负值。

气化炉在切入汽氧运行后首次排渣的依据：有熔渣从排渣口连续滴落、压差高于45kPa且比较稳定，参考依据：①切汽氧后3～5小时；②排渣压差达到45kPa以上且基本温度并逐渐上涨。当观察排渣口有大量渣连续滴落且压差较稳定时则尝试进行手动排渣操作，使用手动模式尝试排渣25s，如果成功，将排渣系统投自动，继续观察排渣是否正常。第二次下渣则根据渣量及排渣压差调整排渣参数，排渣初期每次尽量少排渣以逐渐建立渣池液位，排渣期间密切关注下渣情况及渣池压差情况，防止液态渣排空的情况出现。

2.3.2  气化炉稳定运行期间下渣控制

禁止排渣时间T1为100～200s，允许排渣时间T2为0～600s，下渣时间T3为20～45s， T3和预置开度可根据排渣情况进行小幅调整，激活排渣压差原则设定值为40～55kPa，根据现场排渣情况、鼓风口视镜明亮程度，持续亮的时间进行调整，控制渣池压差在40～49kPa，一旦超出范围要及时人为干预调整排渣参数，确保气化炉建立正常的渣池液位。当班班组及时做好调整记录及交接班。

在观察烧嘴火焰时，若发现烧嘴火焰中带有火星、煤块或下渣量较少、下渣比较细，说明渣池内液态渣液位过低，需立即调整T1、T2、T3降低排渣频率，烧嘴标准火焰氧气流量提高10～15 Nm³/h，烧嘴额外火焰氧气流量提高5～10Nm³/h，待排渣正常后跟踪10分钟左右的时间后直接将T1、T3、T2恢复至先前的运行值，烧嘴额外火焰和标准火焰菜单氧气流量恢复至先前的运行值。

当观察排渣过程中，排渣口出现堵或排渣不畅时，及时将火焰调整为额外火焰，直至排渣正常后多观察3～5次再恢复为标准火焰运行，原则上排渣通畅后额外火焰运行时长不能超过1小时。气化炉在进行负荷加减时，需关注排渣压差的变化情况，同时排渣参数（T2、T3）的设定需根据负荷变化进行逐渐调整，以防止渣池液位排空或者上涨。

定期观察排渣的颜色及排渣的响声是否正常，主控人员加强仪表及仪表阀的监控，观察排渣的颜色及火焰的颜色，做一些预见性的判断，发现异常立即按程序安排协调处理。

为了更好控制下渣气化炉烧嘴菜单调整与燃料气组成和压力有关，组成变化时需要对菜单进行核算较复杂，压力变化时可以按照比值直接进行换算。不同压力遵循的原则：2.5～3.0按2.5MPa的火焰菜单执行，3.0～3.5按3.0MPa的火焰菜单执行，3.5～4.0按3.5MPa的火焰菜单执行，反之则根据液态渣的颜色及粘度决定是否降低一个档次的火焰菜单。气化炉正常运行期间燃料气每周取样分析一次，作为燃料气系统菜单调整的依据。当液氮洗工作异常时需要加大分析的频率。取样分析数据必须和取样时在线检测数据比对，两者偏差≥2%必须进行调校直至合格。气化炉运行期间通过察看DCS新增的液态渣理论温度、烧嘴火焰理论温度、连接短接温度指示、渣的颜色、渣的粒度、渣的分析等对重要参数进行微调。

图2.3  煤灰分过高时渣样

图2.4  稀铁多时的渣样

3  小结

根据以上影响因素的分析和对下渣控制要素的说明情况来看，要保证我公司BGL气化炉安全稳定长周期运行，就需要控制好下渣、入炉煤煤质、汽氧比、渣池液位等参数。

BGL气化炉通过11年多运行总结和改进，BGL气化炉的运行状况取得了较大的改善，鼓风口偏烧、下渣困难等问题已基本解决，但还存在鼓风口频繁切除、带尘和油严重等问题，接下来如何能够做好BGL气化炉“安、稳、长、满、优”的运行是我们需要长期坚持并研究的课题。

参考文献

[1]《制气装置工艺手册》,呼伦贝尔金化工,2022.11-15.

[2]《BGL气化炉优化运行方案》.