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对置式多喷嘴气化炉烘炉过程中常见的四个问题及解决方法

编辑:耐火浇注料   时间:2020-12-22    浏览:   
     宁波中金石化对置式多喷嘴气化炉采用耐火砖作为内衬,耐火砖具有隔热、保温效果好和使用周期相对较长的优 点。投料生产前需要使用液化石油气对其升温加热,满足焦煤浆顺利着火。耐火砖加热是一个精细过程,因操作原因 可能出现一些异常情况。

     1 耐火砖脱落和断裂

     (1)气化炉烘炉过程中要严格按照升温曲线操作,筒体耐火砖由三种不同材料的砖筑成,依次为向火砖、支撑 砖、绝热砖,各种砖的热阻和传热性不一样。当烘炉升温过快时,耐火砖的表面温度和砖体内部温度差过大,形成一 种热应力,当这种热应力大于其屈服强度时,造成砖的内部产生裂纹直到整体断裂。

     (2)正常烘炉时要求炉膛上、下温差控制在 50℃以内,上、下温差过大时砖面之间将发生相对位移。各层炉砖发 生相对位移的速度不同,高铝砖面间将产生摩擦剪切力,使砖与切砖泥之间的连接断开,也会使砖面受到破坏脱落。河南耐火砖的损坏给气化炉投料炉壁超温埋下了危险,投料着火后炉内气化反应生成的CO2、CO、H2 等高温气体(约 1 30 0℃)通过裂纹发生窜气,造成表面超温现象。工艺操作进行降负荷和降温处理,炉壁挂渣依然不可控的情况下进行紧 急停工,影响气化生产的连续性及经济效益。

     2 烘炉渣口堵塞

     气化用煤一般都是以含灰量在5%~15%(wt)为主,越低越好。在预膜外混式工艺烧嘴口处煤浆流股与氧气流股进 行能量交换,煤浆被雾化,粒径约为 100um。四个工艺烧嘴在同一水平面上,相邻烧嘴夹角为 90°,四股射流撞击形 成一定的流场结构,分别为射流区,撞击区,撞击流股,回流区,折反流区,管流区。水煤浆和氧气进入气化炉后在 1 300℃左右(根据不同煤种调节)温度下,依次进行雾化,传热,蒸发,脱挥发分,燃烧,气化等六个物化反应。燃烧 和气化反应剩余的液态灰渣,一部分由合成气直接带入激冷室,另一部分在耐火砖表面形成渣层。渣层按形态可分为 液态,塑态,固态,其中液态渣在重力和气流的带动下被连续排出。

     渣层在气化炉工况稳定及进料不变的情况下,其形态和厚度一般稳定不变,渣层起到了防止高温热量的直接热腐 蚀;灰渣和强还原性气体(H2+CO)对耐火砖的冲刷和化学腐蚀,起到了以渣抗渣和保护耐火砖的作用。但是炉壁挂渣在 气化炉紧急停工或停炉前升温熔渣不彻底,可能造成气化炉在升温过程中发生渣口堵塞。公司在一次急停 B#气化炉 (未进行升温熔渣),生产运行的 A#气化炉因炉壁超温不可控被迫停工。公司为了 B#气化炉能尽快投料,在烘炉升温 过程中未能严格按照升温曲线操作,升温到后期阶段(900℃左右)DCS 操作人员发现负压表的读数在不断变大,同时 炉膛下部温度在缓慢降低,上部温度上升过快。检查开工抽引低压蒸汽的压力和蒸汽流量控制阀阀位均正常,现场检 查气化炉密闭和烘炉低压蒸汽凝液低点排液正常,认为渣口发生堵塞,最后在预热烧嘴视镜处观察发现渣口基本堵 死。对事故分析认定为 B#气化炉紧急停工时炉壁上有大量挂渣,气化炉烘炉升温过快,渣层发生较大面积的断裂和 脱落,在渣口处形成堆积造成堵塞。

     3 回火

     四喷嘴气化炉烘炉系统分手动和自动点火,在实际操作过程中发现手动点火更加直观和方便。气化炉发生回火的 根本原因是炉膛负压不足,未能形成倒挂火炬,常见的回火原因有以下几点。

     (1)烘炉低压蒸汽低点排液阀未打开或排液管道发生堵塞。烘炉低压蒸汽经开工抽引器节流口后流速增加、压力 降低,低压蒸汽和抽引气进入混合室发生能量交换,最后进入增压室进行增压减速排出。低压蒸汽和抽引气进行热量 交换以及对外散热,将会有一部分低压蒸汽冷凝在管道中,当冷凝液积累到一定量时,会对弛放气排放形成一定阻 力,造成低压蒸汽流量波动,从而影响负压的稳定,负压波动较大时,发生回火。

     (2)操作不当。烘炉升温是一个连续调整的过程,需要中控和现场操作人员同时调整负压、流量,遵循先增负压 再加石油液化气流量。开工抽引低压蒸汽流量未做调整的情况下贸然增加石油液化气流量,相当于扩大了风门开度, 此时抽引低压蒸汽量不能形成足够的负压,使火炬倒挂。

     (3)分压罩损坏。分压罩起到加速石油液化气的作用,安装预热烧嘴过程中分压罩发生碰撞变形,降低或损坏了 分压罩的加速能力,当负压波动时,增加了回火的风险。

     (4)激冷室液位高。烘炉过程中激冷室液位严格控制在 1 500mm 以下,液位过高造成下降管端口被封住,燃烧 室与负压激冷室被隔离,造成燃烧室负压消失,发生回火。

     4 炉温掉落

     石油液化气经预热烧嘴进入炉膛内与空气充分混合后燃烧形成倒挂火炬,燃烧热辐射对耐火砖进行升温加热以达 到开工需求。整个烘炉周期内,需要连续调整空气流量Q1,液化气流量 Q2,气化炉负压 P 三者的对应关系,炉温提 升过程中操作不合理,未能匹配好Q1-Q2-P 会出现炉温不升反降的情况。在烘炉提温过程中,保持风门开度不变,D CS 操作通过调整 P-Q1升温达到最大值后,通知现场稍微开大风门,同时 DCS 操作人员调整好负压,现场开大液化 气入预热烧嘴最后一道手阀增加 Q2,炉温在短时间内下降 100+℃,最后 DCS 操作调整负压达最大值 10kPa(正常 8 ~10kPa)和适量减少液化气流量Q2,使得炉温掉落得到控制。

     石油液化气燃烧释放的热量一部分被耐火砖吸收,另一部分通过气化炉表面对外散热,还有一部分被水循环吸 收,最后一部分被燃烧废气带走。通过对炉温掉落分析认为石油液化气流量过大,大量未燃烧的石油液汽化气经过燃 烧室加热后带走了大量的燃烧热,使炉膛净热量产生损失,造成炉温下降。

     5 石油液化气管线结冰石油液化气在形成

     过程不可避免的存在微量水汽。烘炉时使用流量调节阀来控制石油液化气的流量,流量调节阀属于截止阀,具有连续 调整流量的优点和压降损失大的缺点。当石油液化气经过流量调节阀时被节流,流速增加、压力和温度降低,温度随 着节流强度的增加而下降,当温度低于冰点后石油液化气中的水汽发生相变,由气相→液相→固相。随着节流的连续 性,固相冰晶在石油液化气管道内不断积累,缩小了管径,造成供气不足;同时温度下降也降低了石油液化气的分压, 两者使烘炉倒挂火炬的长度变短、火芯变细,进而造成烘炉温度提不上和熄火现象的发生。

     解决办法如下。

     (1) 进装置前安装液化器,见图1。


图1 液化器工艺流程简图

     (2)分级节流。通过控制 A、B、C、D1和 D2阀使节流后的石油液化气温度在冰点以上,避免在同一点节流后形 成冰晶。

     (3)在石油液化气主管和节流阀后增设低压蒸汽伴热。利用低压蒸汽热传递增加石油液化气温度、提高分压和融 冰的作用。

     通过以上改造,在后期的使用过程中,解决了管道结冰的现象。

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