B#气化炉加高改造总结

张雪艳

(兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州 277527)

兖矿鲁南化工有限公司(以下简称鲁南化工)西厂区B#气化炉建成以来，由于气化炉拱顶长径比存在设计过小的缺陷，造成拱顶砖运行寿命偏短，导致B#气化炉生产负荷一直未能达到设计要求。为此，成立了气化炉联合攻关小组，在气化炉的负荷和烧嘴尺寸上进行摸索，气化炉的拱顶砖寿命逐渐达到了4 000 h，但因气化炉长径比的制约，拱顶砖蚀损严重的局面没有得到根本改善。

2014年，根据公司生产需要，对气化炉工艺烧嘴结构进行优化，生产负荷提高10%，B#气化炉的负荷进一步提高，拱顶耐火砖的寿命出现大幅缩短的问题，最近气化炉拱顶砖的寿命都在3 000 h以下，造成设备检修频繁、维修费用大幅增加[1-2]。B#气化炉的拱顶设计缺陷再次成为提产的瓶颈问题。通过对气化炉内衬进行检查，发现耐火砖蚀损部位集中在拱顶部分，主要是由于B#气化炉拱顶长径比过小的缺陷，导致炉内向上的撞击气流对拱顶造成冲刷所致。为实现B#气化炉的高负荷、长周期稳定运行，依据华东理工大学在实验室的模拟数据，参考C#气化炉烧嘴室以上尺寸对B#气化炉燃烧室进行改造，将B#气化炉烧嘴口以上的直筒段加高1 554 mm，以延长拱顶耐火砖的使用寿命。

1 B#气化炉现状

B#气化炉主要受压元件的板材为SA387Gr11Cl2(燃烧室)及SA387Gr11Cl2+316L(激冷室)轧制复合钢板，其中激冷室壳体采用316L轧制复合钢板[3-4]。B#气化炉技术特性：设计压力4.8 MPa，工作压力4.0 MPa，液压试验压力6.2 MPa，容器直径3 400 mm、长度22 055 mm，设备净质量197 600 kg，燃烧室壳体设计温度425 ℃、壳体工作温度410 ℃，燃烧室容积 42.5 m3，物料介质为高温煤气、熔渣。

2 项目实施情况

2015年5月，华东理工大学完成图纸设计及系统衡算。依据设备改造图纸，先由制造厂卷制需增高的筒节，并将新制造的拱顶封头与其焊接，在制造厂经无损检测和热处理。

2016年2月16日，开始实施B#气化炉拱顶加高改造工作。现场安装时，仅需焊接一道焊口。先去除耐火砖，然后进行内部清理，确定位置处，对气化炉筒体进行环形切割，打磨下半部分气化炉的切口，将组对好的上半部分炉体(拱顶封头和增高的筒节预先在制造厂焊接)与下半部分进行焊接；经无损检测、热处理后，砌筑烧嘴以上部位的耐火材料，最后进行相关的检查验收等工作。完成耐火砖结构改造后，烧嘴以上部位需增加直筒段，高铬砖M砖增加640块，质量约11.584 t；低铬砖C1增加640块，质量约9.472 t；空心球B1砖增加840块，质量约2.520 t。

该改造项目于2016年3月1日完成，拱顶备件及切割焊接施工费用112万元，仪表热偶、温变等部件28万元，耐火砖增加费用25万元，工程公司吊装等施工费用40万元，共计205万元。

3 改造后运行情况

B#气化炉拱顶加高完成后，于2016年4月29日开车投入运行，现对气化炉改造前、后运行情况进行对比。

3.1 气化炉改造前、后负荷情况

根据B#气化炉拱顶改造完成后，B#气化炉氧气流量由6 300 m3/h(标态)提高到6 628 m3/h(标态)，考核指标为6 600 m3/h(标态)，平均增加328 m3/h(标态)，煤浆流量提高0.5 m3/h，湿煤气量平均增加20 169.2 m3/h(标态)，运行期间系统稳定，运行负荷达到预期目标。

3.2 气化炉改造前、后指标的对比情况

(1) 有效气成分对比

在B#气化炉负荷提升前后，合成气有效气成分一直保持在85%(体积分数)左右，说明B#气化炉拱顶加高改造完成后，在煤种和煤浆浓度保持稳定的前提下，气化反应的冷煤气效率未受到影响。

(2) 渣中可燃物对比

B#气化炉炉渣中可燃物的质量分数在提负荷前平均为15.6%，提负荷后平均为16.2%，无明显变化，说明B#气化炉拱顶加高后对煤浆的雾化反应没有影响。

(3) 渣口压差对比

B#气化炉在改造前，其渣口压差在0.020～0.026 MPa之间波动，改造后渣口压差在0.021～0.024 MPa之间波动，改造前、后渣口压差始终在一定范围内变化，气化炉未发生渣口堵塞等异常情况。相较于C#气化炉，B#气化炉在燃烧室长出 1 m 距离及激冷室尺寸差异情况下，排渣及煤气洗涤没有明显异常。

(4) 气化炉拱顶温度对比

B#气化炉拱顶加高后，气化炉拱顶温度在改造前平均为229.8 ℃，改造后平均温度为215.4 ℃，降低了14.4 ℃，效果比较明显。这说明气化炉拱顶加高后，拱顶与烧嘴中心线的垂直距离增大，远离了燃烧室内的高温反应区，减轻了烧嘴出口的撞击流股对拱顶耐火砖的冲刷，拱顶处耐火砖运行环境得到较大的改善。

(5) 预制块的烧蚀情况

观察B#气化炉运行1个月后拱顶预制件，其圆台原来高320 mm，现高300 mm，按此蚀损速率，预制件及B砖处可运行10个月。

(6) 产量对比

选取双炉为A/B运行状态(且A炉负荷和现在一致)下数据。气化所产煤气一部分用于生产甲醇，另一部分向变压吸附装置送气。由于甲醇系统负荷一直为满负荷，所以多产的煤气量可从变压吸附气量上体现。通过对比加负荷前、后变压吸附气量的变化可以看出，煤气量平均每班增加45 000 m3(标态)，每小时增加5 600 m3(标态)，B#气化炉运行300 d可产甲醇13.9 kt。

(7) 比氧耗和比煤耗对比

B#气化炉在改造后，比氧耗和比煤耗均有所降低，进一步验证了改造不仅产量有所提高，同时消耗相对降低，只有稳定、高效、长周期，才能确保消耗维持在一个相对较低水平。

(8) 系统水质的变化

系统负荷提升后，灰水中除钙离子有不同程度的增加外，其他指标比较稳定。钙离子浓度的增加主要是因为系统负荷增加后，钙离子含量被进一步浓缩。现采用加大分散剂的加入量，增加向系统补入的脱盐水量以及加大外排废水的流量等方法，使系统内钙离子保持在一个相对稳定的浓度。

4 主要问题及原因分析

B#气化炉自改造开车以来，系统运行正常，单纯从烧嘴室中心线至拱顶的尺寸看，B#气化炉与C#气化炉相同，但由于B#气化炉属于早期的工业示范装置，该炉型在燃烧室及激冷室尺寸方面同西厂区C#气化炉及以后兄弟单位再使用的炉型都有差异，所以B#气化炉负荷从单烧嘴投氧量6 600 m3/h(标态)继续提高，能否达到或超过C#气化炉负荷，需要一段时间的观察。

5 效益分析

(1) 节省耐火砖更换费用。气化炉提负荷前，耐火砖每8个月更换1次，提产后每5个月左右更换1次，每次更换拱顶砖的费用约70万元(其中材料费60万元、工程费10万元)，2年间共需要更换3次，共计节约费用210万元。

气化炉改造后，耐火砖在提产的情况下，可以使用12个月，2年间共需更换2次，费用140万元。因此，改造气化炉后，每年仅节省耐火砖更换费用约35万元。

(2) 年度减少换砖次数1次，减少1次维修，降低维修费用约21万元。

(3) 提高单炉产气量。气化炉改造后，每年可增加气体产量34 272 000 m3/h(标态)，可增产甲醇13.9 kt，增加销售收入(不含税)2 235万元。

综上所述，项目改造后可降低生产成本：210/2+35+21=161万元，增加销售收入2 235万元。

6 结语

鲁南化工B#气化炉拱顶加高改造项目，证明对水煤浆气化炉原有设备进行改造以达到长周期运行是可行的，这种改造有效地提高了气化装置的运行经济性，开辟了水煤浆气化工艺的深挖潜能的新途径。

参考文献

[1] 曹忠信.水煤浆加压气化炉耐火衬里延长使用寿命探讨[J].化工设计通讯,2011,37(1)：22- 25.

[2] 李福文，孙化祥，丰中田.多喷嘴对置式水煤浆气化技术应用总结[J].化肥工业,2012,39(6)：35- 37.

[3] 马飞跃.水煤浆耐火砖气化炉改造的可行性分析[J].化肥工业,2012,39(4)：29- 32.

[4] 张希海，徐延梅.水煤浆气化炉托砖板损坏原因分析及技改方案[J].化肥设计,2012,50(4)：49- 50.