殼牌粉煤加壓氣化裝置運行中出現(xiàn)的問題及應對措施

閔文偉

（天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452）

天津渤化永利化工股份有限公司有日處理煤量2000t殼牌粉煤加壓氣化裝置兩套，配套30萬t合成氨、50萬t甲醇和4.6億標m3的制氣裝置，項目自2007年5月份開工建設，2010年8月和10月兩臺爐相繼一次開車成功，從開車到穩(wěn)定運行，工程技術人員花了大量的時間進行技術攻關，先后對工藝操作、工藝流程再造、設備改造、儀表電氣優(yōu)化等方面進行大膽創(chuàng)新，收到了較好效果，為長周期高負荷穩(wěn)定運行打下了堅實基礎，下面就運行過程中出現(xiàn)的問題及應對措施與大家進行探討和學習。

1 流程介紹

殼牌煤氣化技術采用干粉煤加壓氣化，是當今清潔利用煤炭資源的國際先進技術之一［1］。干煤粉多燒嘴進料，高溫高壓氣化，廢熱鍋爐冷卻，具有調(diào)節(jié)能力強、碳轉(zhuǎn)化率高，氧耗低，冷煤氣效率和熱效率高，煤氣有效氣CO+H2含量高，含塵量低，燒嘴壽命長，氣化爐內(nèi)無耐火磚襯里和轉(zhuǎn)動部件，維護量少，連續(xù)運轉(zhuǎn)周期長，無需備爐，單爐生產(chǎn)能力大，煤種適應性廣，環(huán)境友好等特點。殼牌加壓粉煤氣化裝置主要由煤粉制備、煤粉加壓輸送、加壓氣化、渣水脫除、干法除灰、濕法除灰、初步水處理和公用工程共8個單元組成。

2 運行中出現(xiàn)的問題

2.1 殼牌煤氣化因其采用粉煤為原料，對煤種的使用性比較廣，不同的廠家，因設計煤種不同，氣化裝置的設計不盡相同，開車初期由于對殼牌工藝了解不深，對煤質(zhì)控制不嚴，多次因煤質(zhì)波動造成氣化爐堵渣或氣化爐過燒，水冷壁澆注料嚴重脫落等問題。

2.2 螺旋輸送給料機是煤粉制備單元中的關鍵設備，主要將煤粉袋式過濾器收集下來的煤粉經(jīng)過螺旋輸送給料機輸送到下游或是分配到煤粉加壓輸送的另一個系列，在開車過程中多次出現(xiàn)螺旋輸送給料機故障，造成氣化爐減負荷的事故。

2.3 開工燒嘴是殼牌煤氣化裝置的關鍵設備，運行的好壞直接關系到開車的進程，也是殼牌關鍵設備中操作最困難，技術要求最高的設備，各廠家在這個設備的操作中都出現(xiàn)大大小小的困難，點火過程中經(jīng)常出現(xiàn)燒毀，延長開車時間的問題。

2.4 氣化爐實際運行負荷達不到設計值，即使短時間達到100%負荷，13TI0019溫度超過750℃，合成氣冷卻器很快就會出現(xiàn)積灰問題，不能達到長周期運行要求[2]。

2.5 撈渣機是渣水脫除單元中關鍵設備，在原始開車過程中，經(jīng)常出現(xiàn)渣撈不走，減速機超負荷運行，運行振動大，頻繁故障無法運行的問題。

3 原因分析及應對措施

3.1 殼牌煤氣化技術煤種適應性強存在認識上誤區(qū)，適應性強指的是殼牌煤氣化對煤種的要求不高，從無煙煤到褐煤都可以采用煤氣化粉煤加壓技術，但一旦設計煤種確定后，氣化爐設計就定型了，實際生產(chǎn)的煤種也就只局限在設計煤種上下2%～3%的波動，同時對煤質(zhì)的穩(wěn)定性要求十分苛刻，波動范圍窄，爐溫控制要求精準［3］。

原因分析：首先，殼牌粉煤加壓氣化技術工藝包設計關鍵設計依據(jù)是設計煤種，一旦煤種確定，整個工藝各單元系統(tǒng)都是根據(jù)煤種的灰分、熱值、揮發(fā)分、水分等關鍵指標設計磨煤輸送能力，渣、灰處理能力，如實際生產(chǎn)過程中所用煤種與設計煤種有較大差別，特別是灰分指標超設計值較多，就會出現(xiàn)氣化爐負荷達不到設計值，而渣灰處理能力已超設計值。其次，對煤質(zhì)管理的不重視，認為殼牌煤氣化爐與鍋爐類似，把原料煤當燃料煤，灰熔點高了，認為多加石灰石就可以調(diào)整過來，忽視了煤質(zhì)的不均勻性和石灰石添加系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，因煤質(zhì)的不穩(wěn)定，爐溫波動大，靠人為調(diào)整氧煤比來維持爐溫恒定，幾乎做不到，氣化爐水冷壁不是過燒就是渣口堵渣，很難使氣化爐穩(wěn)定運行，抓好煤質(zhì)管理是氣化爐穩(wěn)定運行的前提。最后，爐溫的控制不能單單靠13FI0047來控制，應參考其它參數(shù)共同判斷爐溫變化，做到早判斷，早調(diào)整，發(fā)現(xiàn)異常及時調(diào)整。13FI0047是反映小室蒸汽產(chǎn)量的計量點，也是爐溫高低最直接的控制點，13FI0047的控制也不是一成不變的，與煤種，與水冷壁澆注料厚度、下游中壓蒸汽管網(wǎng)壓力波動等因素息息相關，如果爐溫的控制單憑這一個點，就容易出現(xiàn)爐溫控制不是過高就是過低的情況，嚴重時直接導致停車［4］。

處理措施：首先，在實際生產(chǎn)過程中，要嚴格控制入爐煤的煤質(zhì)和均一性，煤質(zhì)控制主要抓住與設計煤種的統(tǒng)一，嚴格控制原料煤的水分、揮發(fā)分、灰熔點、熱值、灰分，越接近或優(yōu)于設計煤種為宜，水分和揮發(fā)分主要考慮磨煤干燥能力和磨煤布袋的安全性，灰分和熱值主要考慮渣、灰系統(tǒng)的處理能力和經(jīng)濟性，灰熔點主要考慮爐溫控制要溫。一般情況下，原煤控制值水分不超過12%，揮發(fā)分不超過28%，灰熔點在1400-1450℃，熱值大于2.39±107J/kg，灰分在12%～16%為宜。其次，在均一性上，要求對原煤進行四點控制法，從礦點、入庫、混配、入爐進行多點控制，每步都嚴格把關，每堆煤進行多點取樣，一般一個混樣，三個分樣，以檢驗原煤或混配后的均一性，要求灰熔點相差不超過50℃，灰分不超過2%p[5]。最后，在爐溫的控制上可以參考甲烷含量、二氧化碳含量、急冷段水汽密度、渣水密度、小室蒸汽產(chǎn)量、渣的型態(tài)、灰渣殘?zhí)慷鄥?shù)來判斷爐溫的變化趨勢，特別是水淬渣中小細渣、針形渣、玻璃渣各自占的比例來判斷爐溫的高低，要求多取渣，多看渣，每兩小時取一次渣，遇到氧煤比調(diào)整較多和負荷調(diào)整較大時，更是如此，通過這種日積月累，找出適合自己煤種的負荷與13FI0047的對應關系。

3.2 螺旋輸送給料機技術要求較高，設備選型上較困難，實際運行達不到要求，同時在設備配置上不合理，可以取消部分設備。

原因分析：螺旋輸送給料機在設備配置上共8臺，分別為X1102A/B/C/D四臺，X1104A/B兩臺，X1205A/B兩臺，原設計考慮輸送煤粉容易造成軸承進粉損壞的特殊性，要求給料機為通軸設計，約10m的鉸刀中間不允許有支撐軸瓦，支撐全部靠兩端的軸承座支撐，實際運行中長軸有一定的撓度，經(jīng)常出現(xiàn)兩端軸承進煤粉磨損嚴重，造成故障。同時在設備配置上，我們發(fā)現(xiàn)X1102A/C和X1205A/B與V1201上下落差較大，不需要傳動設備就自己自流下粉[6]。

處理措施：針對長軸較大這一固有缺點，通過設備改造，將長軸增加中間支撐軸瓦，以3m左右為長度單位，進行增設，減少因軸撓度大對軸承的影響，同時定期對軸承進行加油，達到了較好效果，故障率大大降低，更換時間大大縮短。經(jīng)過對落差和下煤自流角度的計算，取消了X1102A/C和X1205A/B，由原設計的8臺設備，縮減到4臺設備，從實際運行情況看，煤粉自流順暢，也沒用出現(xiàn)管線堵粉的問題，從根本上解決了設備故障對生產(chǎn)的影響[7]。

3.3 開工燒嘴對氧油比、通道的潔凈度、銅頭的預緊力、柴油背壓及柴油的控制系統(tǒng)要求非常嚴格，在開車過程中有一個環(huán)節(jié)出問題，都有可能造成銅頭和或冷卻水夾套燒毀，延緩開車進度。

原因分析：開工燒嘴原始設計中柴油和氧氣在燒嘴頭部，也就是銅頭部位進行混合，噴出頭部后，在點火燒嘴引燃的條件下，點火燒嘴才能點著，點火過程中先進柴油，后進氧，柴油一般先給個預開度，柴油穩(wěn)定后，在進氧，在進氧過程中如果出現(xiàn)氧壓和流量波動，氧煤比波動大，輕則燃燒不好，火焰強度差，重則直接燒毀銅頭和水夾套，即使通過模擬試車，用氮氣代替氧氣模擬整個開車過程，也時常出現(xiàn)燒毀的問題，設計不合理是其主要問題。

處理措施：西安航天［8］針對開工燒嘴容易燒毀的問題，利用設計院自身優(yōu)勢，結(jié)合點火、燃燒的原理，從設計上改變了柴油和氧氣在頭部混合容易燒毀的缺陷，研發(fā)了點火開工一體化燒嘴，柴油和氧氣分別走兩個通道，在頭部外混合，另外利用節(jié)流膨脹原理使頭部在介質(zhì)流過后能自然冷卻，達到自保護的作用，另外在對氧油比的控制上，波動范圍也大大變寬，柴油壓力、流量波動能力也增強，開工的成功率幾乎百分之百。

3.4 循環(huán)氣壓縮機是殼牌煤氣化裝置核心設備之一，打氣量的不足是造成氣化爐不能高負荷運行的主要原因。

原因分析：循環(huán)氣壓縮機的打氣量直接關系到氣化爐負荷率，在原始設計中，氣化爐激冷比設計為1.0～1.1，激冷后的溫度為900℃，13TI0019溫度為2/3FT-150℃，保守約750℃，但各廠家使用煤種不同，溫度控制也不多盡相同，通過運行激冷比在1.25以上，19溫度控制在700以下是比較符合長周期穩(wěn)定運行實際要求的，在現(xiàn)有設備基礎上怎樣增加大氣量對負荷提升尤為重要。

處理措施：K1301循環(huán)氣壓縮機原始設計打氣量為193572kg/h，機組在設計之初電機富裕量較大，只通過對葉輪的改造，使打氣量提升到241965kg/h（提高25%），負荷也從80%提升到92%，為了使負荷進一步提升，通過增加支撐瓦接觸面積，電機和變頻器擴容，使打氣量提高到275000kg/h（又提高15%），使負荷具備了105%的能力[9]。

3.5 撈渣機溢流堰設計不合理，張緊裝置設計不合理。

原因分析：刮板撈渣機主要用于從液體與固體混合物中將符合一定粒度的固體物質(zhì)分離出來。刮板撈渣機由前后箱體組成，前箱體盛渣，通過溢流堰將清液溢流到后箱體，在經(jīng)過初步水處理系統(tǒng)處理后回用，原撈渣機溢流堰設計較高，撈渣機在撈渣過程中，液位控制較高，刮板經(jīng)過前箱體的上箱體時，只有少部分渣撈走，經(jīng)過幾輪下渣后，渣堆積在上箱體的爬坡段，越積越多，最后造成堵渣，減速機超負荷跳車，溢流堰高造成液位高，撈渣效率低。撈渣機在原設計中張緊裝置在機頭，撈渣機的鏈條經(jīng)過一段時間運行后，鏈條有拉長的現(xiàn)象，為避免上下刮板相互剮蹭，幾乎每個月都要對鏈條進行截斷調(diào)整，每次調(diào)整都要對減速機進行相應調(diào)整。

處理措施：針對溢流堰設計不合理的問題，將溢流堰往下調(diào)整，溢流堰的上堰略高于前箱體底部導向輥100mm左右，使撈渣時液位降低，提高撈渣效率，在一個下渣周期內(nèi)保證渣能拉走，同時在溢流堰門洞內(nèi)增加過濾網(wǎng)，防止大渣塊溢流過去影響渣水泵的運行。針對張緊裝置不合理的問題，將張緊裝置改為機尾張緊，通過增加改向棍、彈簧和絲桿，調(diào)整鏈條的預緊力，免除了頻繁截短鏈條和調(diào)整減速機的工作，使撈渣機穩(wěn)定運行周期大大加強。

4 結(jié)束語

針對殼牌粉煤加壓氣化裝置開車后陸續(xù)暴露出的問題，在對產(chǎn)生這些問題的原因進行認真分析的基礎上，提出了相應的解決辦法并實施改造，達到了長周期高負荷穩(wěn)定運行目的。

［1］唐宏青.Shell煤氣化工藝的評述和改進意見[A].煤化工，2005：06.

［2］吳楓，閻承信.關于Shell氣化法原料用煤的探討[J].大氮肥，2002：05.

［3］任曉旺.殼牌煤氣化裝置的生產(chǎn)運行與技改措施[J].化肥設計,2011：01.

［4］陸文學,徐美同.殼牌（shell）煤粉加壓氣化技術[J].燃料與化工,2003：05.

［5］張彥民,候劉濤.殼牌氣化爐垮渣事故的原因及處理[J].化肥設計,2010：03.

［6］張冬梅.Shell氣化爐中大塊渣形成機理及析鐵過程研究[D].安徽理工大學,2012.

［7］劉澤,唐煜.撈渣機故障分析及技術改造[A].化學工程師,2012：04.

［8］曾小毛,陳利.開工燒嘴檢修要點及改進方法[J].大氮肥,2011,（34）：3.

［9］蘇瑩瑩.shell煤氣化撈渣機故障分析及解決措施[B].化工設計通訊,2015,（41）：1.