论PKM气化炉运行中应注意的问题

【摘要】本文主要研究了PTM气化炉的工艺技术原理，分析了PTM加压气化技术，并探讨了PKM气化炉运行中应注意的问题，对于PTM气化炉的运行起到了积极作用。

【关键词】PKM气化炉;运行;改进

气化炉是一个具有复杂物理化学过程的热动力系统装置,气化过程中发生的化学反应的多样性更加深了气化炉的运行的复杂性。PKM气化炉采用自热式逆流移动床加压气化技术, 经过十多年的连续运行, 在原料煤无法保证设计要求的情况下, 探索出一套适合优化操作及应注意的问题。

１．PKM 气化炉工艺技术原理

煤加压气化技术采用自热式、逆流移动床生产工艺，是一个在高温高压下进行的复杂多相的物理化学反应过程，在本质上是将煤由高分子固态物质转变为低分子气态物质的过程，气化过程的基本反应，即 C+H2OCO+H2。

在 2.8MPa (表压) 压力下，900~1100℃的温度条件下，用中压蒸汽和氧气作为气化剂进行气化，生产粗煤气。在气化炉内煤由上部加入，气化剂逆流流动，煤在向下运动的过程中经过煤半焦焦灰渣。在气化炉内煤由上至下大致分为四个区，即干燥区、干馏区、气化区、灰渣区。气化区又分为氧化层、还原层和甲烷层。主要化学反应：

C+O2CO22C+O22CO

C+CO22COC+H2OH2+CO

C+2H2CH4CO+3H2CH4+H2O

2.PKM加压气化技术改进的技术内容

该项目属于化工科学技术领域，技术人员在安全生产运行稳定基础上，进行了几项大胆的改变工艺条件尝试：

（1）对高压给水系统进行改造，保证稳定充足提供夹套给水，取掉炉内保温砖，减少炉内煤焦挂壁，提高生产负荷。

（2）合理降低气化炉生产汽氧比，提升反应温度，气化反应速度加快，致使未分解的水蒸气相对减少，减少粗煤气中水分夹带量。此项措施不但节约了蒸汽消耗，减少了酚水焦油排放量，降低了回收车间处理酚水焦油的压力，做到节能减排。

（3）大胆尝试非工艺、设备停车，气化炉保压停车后高负荷恢复开车，加快提氧负荷速率，稳定生产负荷，确保下游工号高负荷稳定生产。

3.PKM气化炉运行中应注意的问题

3.1气化炉提压升温

（1）燃烧的煤块在气化炉内形成了着火点,着火形成并增加,逐渐接成片,在床层内形成了固定的燃烧层。随着氧气量的增加,氧化反应加剧,放出的热量增加(见图1)。另一方面,气化炉内气流的通过会带走热量,通过气化炉壁与煤热交换也有热损失。变化较平坦。只有气流与煤层的混合温度居于点2以右,热量积蓄于碳层,温度进一步提高,氧化反应迅速稳定进行。在温度低于T2时,已形成的着火点降温消失而导致燃烧层熄灭,曲线Ⅲ与曲线Ⅰ相切点P为临界点,对应的温度Tp,为临界温度,若床层和气流的混合温度低于Tp,则燃烧过程根本无法进行。

图1 放热与移热曲线

（2）由于煤自身结构和粒度的不均匀性以及层内热量积累的不同,点火初期燃烧反应很弱,同一截面上并不是产生了均匀的着火面,在炉子中间热量容易积累,形成的活性点就多,着火点多,而炉篦四周及边缘就少,所以需人为地调整着火点再分布,加速火层的培养。这样,着火点离开了原来的位置,进入低温区,使低温区升温。而着火点离开的的地方,由于原有的高温,将通过氧化反应产生新的着火点。炉篦应间断运行,否则不但不能产生新的着火点,还会使旧着火点熄灭。

3.2 PTM气化炉的故障处理原则

气化炉操作不正常时,应首先考虑气化炉的安全。煤气中的 CO2和氧含量是重要的安全指标,CO2≥35%、O2>1.0%,应作气化炉停炉处理。气化炉发生以下故障,应考虑停车:

（1）加煤系统故障,炉内严重缺煤;此时极容易烧透, 氧气一旦穿入煤气中就会发生过氧爆炸。

（2）长时间不能排灰,火层严重上移,气化炉出口温度超标。

（3）炉内严重漏水,夹套耗水明显增大,煤气中 CO2明显偏高。

3.3 PTM气化炉结渣

3.3.1如何确认气化炉结渣?

（1）检查灰样, 有大渣块, 颜色较黑。

（2）旋转炉篦转动困难, 不落灰或灰量很少。

（3）气化炉工况恶化, 可能有烧偏和沟流现象。粗煤气中的 CO2降低,O2量增加。

（4）加煤过程中, 气化炉顶部温度产生波动, 粗煤气出口温度上升。

3.3.2气化炉结渣的处理方法

（1）逐步降低氧负荷。

（2）加强排灰, 将渣块排出,必要时可采用炉篦正反转交替旋转的方法。

（3）在注意灰结构的情况下逐步增大汽氧比。

3.3.3如何预防气化炉结渣?

（1）注意煤的含灰量, 根据灰渣的外观和煤气的分析样, 谨慎的调节汽氧比。

（2）高负荷运行时, 注意火层温度不要过高, 汽氧比不可过低, 否则很容易造成气化炉结渣。

3.4气化炉的优化操作

气化炉的运行有以下主要控制指标：

（1）灰锁温度。

（2）气化炉出口温度。

（3）煤气成份。

（4）H2O/O2的调整。

灰锁温度间接反映火层的高度, 温度升高说明火层偏低, 灰层薄容易烧坏炉篦;该温度偏低说明火层高, 气化反应时间缩短, 煤气质量和产气量都会下降, 应加快排灰速度。气化炉出口温度同样为火层高度的间接反映, 该温度升高证明火层偏上, 容易烧坏布煤器, 必须降负荷生产。通过上下两个温度的控制, 可以有效地控制火层, 建立良好的工况。如果两个温度发生异常, 出现“双高”, 且灰中有残碳存在, 说明火层偏烧, 局部反应状况不好。此时, 观察夹套耗水量, 判断是否漏水, 另一方面如果较长时间处于低负荷运行, 应将气化炉负荷提到 60%以上, 低负荷下容易引起炉篦布气不均匀。气化炉出口组份反映气化反应的状况, 在气化炉上下温度和汽氧比一定时, 煤气组份是相对稳定的。如果 CO2升高, 反映气化反应不好, 可能由以下原因造成:

（1）火层高。

（2）干馏层结焦的干扰。

（3）炉内漏水。

（4）火层偏烧等。

汽氧比的调整是重要的操作之一, 主要依照灰的外观和煤气成分进行调节。固态排渣要求有适度的结渣, 灰细灰粗都会造成炉篦子不下灰, 汽氧比的调整首先要满足排灰的要求。煤气中（下转第163页）（上接第123页）的 CO2含量反映了反应状况好坏, 正常情况下CO2升高, 说明汽氧比偏高,CO2偏低说明汽氧比低, 反应温度高,容易发生结渣。

3.5创新点

（1）对高压给水改造，取掉炉内保温砖层，增加炉内横截面积，提高负荷稳定生产。

（2）降低汽氧比，减少蒸汽消耗和煤气水的产量。

（3）确定在非工艺和设备原因、煤质较好、运行工况良好、停车不超过30 分钟的停车气化炉高负荷恢复和改变常规速度提负荷，以保证稳定供气。

3.6应用及效益情况总结

PKM 炉工艺技术改进在气化炉生产应用后，气化炉工况运行稳定，减少了中压蒸汽的消耗，降低了废水的产出，节能减排工作做到了实处，实施高负荷恢复和快速提负荷多次，取得良好经济效益和社会效益。

4.结束语

总而言之，在PTM气化炉运行中注意以上问题,不但保证了气化炉的运行,而且气化炉工作后工况稳定,满足生产需要。PKM气化炉技术的应用日渐成熟, 有很好的发展前景。