Shell煤氣化長(zhǎng)周期運(yùn)行的總結(jié)與探討

戚繼濤(中國(guó)神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司煤氣化中心,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

鄂爾多斯煤制油分公司選用Shell干粉煤氣化技術(shù)，其任務(wù)是為煤液化裝置和液化油提質(zhì)加工裝置提供氫氣。兩套煤氣化裝置平行布置，設(shè)計(jì)日投煤量為2000 t，設(shè)計(jì)具有完全相同的制氫能力。

1 氣化爐的自身缺陷

1.1 煤種使用受限

多個(gè)廠家的生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際表明，并不是任何單一的煤種都能運(yùn)用于Shell煤氣化工藝。選用灰熔點(diǎn)低、活性好、灰分含量在8%-20%、水分含量在5%-10%、適合Shell氣化的良好煤種，才能有效保證氣化爐長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

1.2 燒嘴罩易泄漏

Shell氣化進(jìn)料的煤燒嘴設(shè)計(jì)為兩通道進(jìn)料。中心通道進(jìn)料為粉煤，由載體氣（氮?dú)猓┘訅狠斔蛧姵觯h(huán)隙通道進(jìn)料為氧氣或氧氣和蒸汽混合體，由外管網(wǎng)輸送噴出。實(shí)際生產(chǎn)中，氧氣和蒸汽的混合為均相流，其流量相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較容易控制的；而煤粉輸送為氣固混相流，其固體物的流量、流速相對(duì)來(lái)說(shuō)較難控制，出現(xiàn)波動(dòng)在所難免，難以穩(wěn)定控制的結(jié)果將導(dǎo)致氧煤比在瞬間失衡，失衡的差異會(huì)導(dǎo)致煤粉燃燒不充分或燃燒過(guò)氧。

1.3 “十字架”冷卻器積灰

目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行Shell煤氣化工藝的公司，普遍經(jīng)歷過(guò)十字架冷卻器積灰問(wèn)題，導(dǎo)致生產(chǎn)停止。造成十字架冷卻器積灰的原因有：煤種及配煤?jiǎn)栴}、負(fù)荷較高的情況下激冷氣量不足、氧煤比失調(diào)超溫等。實(shí)際運(yùn)行中，供煤煤質(zhì)的不穩(wěn)定是影響合十字架卻器積灰的主要因素。

殼牌公司對(duì)于此問(wèn)題的分析為：由于煤中飛灰的固化溫度不一致，有部分飛灰在氣化時(shí)未能固化，在通過(guò)十字架冷卻器后溫度進(jìn)一步下降,部分有黏性的飛灰在十字架冷卻器上掛壁結(jié)垢，使得換熱效率降低，最終形成超溫。通過(guò)配煤或添加劑改變煤中灰的固化溫度，以防止結(jié)垢，或者通過(guò)循環(huán)壓縮機(jī)葉輪擴(kuò)能來(lái)增加壓縮機(jī)激冷氣量，降低激冷后合成氣的溫度來(lái)改善此情況。

2 煤粉輸送的一致性及穩(wěn)定性

2.1 煤粉輸送的一致性分析

在Shell粉煤氣化工藝中，由于固體懸浮物的不規(guī)則流動(dòng)性及操作的實(shí)際，一般采用中壓載氣氣力經(jīng)輸煤管道輸送，而準(zhǔn)確測(cè)量輸煤管道進(jìn)料粉煤質(zhì)量流量是Shell粉煤氣化裝置實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

四條輸煤管道內(nèi)的粉煤依靠中壓氮?dú)膺M(jìn)行密相輸送，由于氣固兩相非均相流的特殊性，每條輸煤管道內(nèi)的粉煤流量無(wú)法直接測(cè)量，是通過(guò)測(cè)量管道內(nèi)粉煤速度和密度，再通過(guò)溫壓補(bǔ)償及輸送管道的管徑計(jì)算得出。輸煤管道上的不同儀表、閥門往往導(dǎo)致粉煤計(jì)量不夠準(zhǔn)確，因此在開車前需對(duì)輸煤管道上更換或維修的密度、速度等計(jì)量?jī)x表進(jìn)行校正、標(biāo)定，以實(shí)現(xiàn)氣化爐總控制氧煤比一致的目的。

2.1.1 磨煤?jiǎn)卧瞥龊细衩悍?，顆粒大于90μm＜10%，顆粒小于5μm＜10%，水分含量為＜3%；

2.1.2 四條煤粉管線按要求投用伴熱，要求溫度大于80℃。鄂爾多斯煤制油公司原設(shè)計(jì)為每條煤線一根低溫電伴熱，因無(wú)法滿足煤粉穩(wěn)定的要求，技改在每條煤粉管線上增加了一根高溫電伴熱。

2.1.3 由于四條煤粉供料由對(duì)應(yīng)的兩個(gè)煤粉貯倉(cāng)供料，兩個(gè)貯倉(cāng)稱重儀存在的偏差不一致，導(dǎo)致煤循環(huán)標(biāo)定不一致，建議將煤循環(huán)標(biāo)定改在同一煤粉貯倉(cāng)進(jìn)行（見圖一），以實(shí)現(xiàn)在同條件下煤粉輸送的一致性。

2.1.4 粉煤流量標(biāo)定，需在單位時(shí)間段（大于30分鐘）內(nèi)煤粉輸送穩(wěn)定，如果該時(shí)間段內(nèi)煤粉穩(wěn)定性較差，須重復(fù)該穩(wěn)定數(shù)據(jù)采集。

2.1.5 煤粉測(cè)量的重復(fù)性好。模擬煤粉給料倉(cāng)與氣化爐保持一定壓差下，煤粉以不同負(fù)荷經(jīng)輸煤管道送至煤粉貯倉(cāng)中，修正單位時(shí)間內(nèi)煤粉貯倉(cāng)增加量與輸煤管道煤粉累積量，得出歸納公式。

2.1.6 煤循環(huán)的準(zhǔn)確性確定。對(duì)循環(huán)修正后計(jì)算出來(lái)的煤流量按實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)行的常用負(fù)荷進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證，以確定該負(fù)荷生產(chǎn)運(yùn)行下的煤量偏差為最小。

2.2 煤粉輸送的穩(wěn)定性分析

Shell煤氣化爐的爐溫控制是以進(jìn)入氣化爐的氧氣量不變，通過(guò)生產(chǎn)控制的氧煤比來(lái)決定進(jìn)入氣化爐的煤粉量的多少來(lái)實(shí)現(xiàn)的，煤粉的進(jìn)料量決定氣化反應(yīng)。由此可見，煤粉流量的準(zhǔn)確、穩(wěn)定對(duì)煤粉加入量、氣化效率等起到?jīng)Q定性的作用。

2.2.1 通過(guò)煤粉給料單元的充泄壓閥門的PID參數(shù)優(yōu)化，解決控制滯后的問(wèn)題，減少煤粉給料倉(cāng)壓力常規(guī)PID調(diào)節(jié)時(shí)間對(duì)氣化爐壓力波動(dòng)的影響，降低粉煤鎖斗罐與給料罐連通時(shí)的壓力波動(dòng)，同時(shí)避免與除橋造成的壓力波動(dòng)重疊；

2.2.2 通過(guò)煤粉給料單元的順控邏輯優(yōu)化，在順控中設(shè)置閥門預(yù)置閥位，降低粉煤鎖斗罐架橋除橋時(shí)的壓力波動(dòng)；

2.2.3 提高粉煤系統(tǒng)伴熱等級(jí)，以提高伴熱溫度，解決煤粉中水分析出造成的板結(jié)、架橋現(xiàn)象，保證下料順暢。

因此，使用Shell煤氣化工藝的企業(yè)，應(yīng)在投料試車階段及生產(chǎn)運(yùn)行階段對(duì)煤粉管線輸送的一致性及穩(wěn)定性引起重視，流量一致及穩(wěn)定的運(yùn)行對(duì)燒嘴及燒嘴罩的長(zhǎng)周期運(yùn)行有很大好處。

3 氣化爐系統(tǒng)的運(yùn)行控制

3.1 原煤質(zhì)量的控制

Shell氣化爐的正常運(yùn)行需對(duì)原料煤的供煤穩(wěn)定引起足夠的重視，檢驗(yàn)分析的準(zhǔn)確性及及時(shí)性是掌握原料煤變化情況的重要保障。煤灰分的熔融性決定著粉煤氣化的溫度，在一定時(shí)間間隔內(nèi)及時(shí)對(duì)制出的煤粉取樣分析，才能掌握進(jìn)爐煤粉的指標(biāo)參數(shù)，最終為氣化爐的生產(chǎn)運(yùn)行控制提供有效的操作依據(jù)；灰分的突然變化增加了十字架冷卻器積灰及渣口積渣的風(fēng)險(xiǎn)，影響穩(wěn)定生產(chǎn)。因此把控好原料煤供應(yīng)，有利于Shell氣化爐運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2 氣化爐爐溫的控制

氣化爐爐溫?zé)o法直接測(cè)量，需通過(guò)氣化爐間接指標(biāo)、激冷段等多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)、合成氣組分含量及各相關(guān)指標(biāo)的復(fù)雜計(jì)算近似得出。過(guò)高的爐溫，既影響合成氣的有效成分、降低氣化效率，又能導(dǎo)致氣化爐煤燒嘴、燒嘴罩、水冷壁等設(shè)備內(nèi)件高溫?zé)g損壞，導(dǎo)致水汽泄漏至爐膛。長(zhǎng)期低溫操作，由于渣的流動(dòng)性變差，將在渣倒錐處形成較厚的掛渣，最終在渣收集器中形成架橋，導(dǎo)致堵渣。

長(zhǎng)周期下氣化爐爐溫的控制的原則為在保證液態(tài)排渣的前提下盡可能保持相對(duì)較低的溫度，排渣時(shí)應(yīng)及時(shí)觀察渣的形態(tài)，以參考指導(dǎo)爐溫控制。爐溫調(diào)整需保證爐膛的溫度不會(huì)出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)，氧煤比的K3值應(yīng)按15分鐘內(nèi)不超過(guò)0.005的速率進(jìn)行限速控制。

因此，爐溫控制影響煤粉的氣化率、水冷壁的使用周期及氣化系統(tǒng)的穩(wěn)定，監(jiān)控好氣化爐各段的溫度指示，當(dāng)局部熱偶損壞時(shí)，可通過(guò)各換熱設(shè)備后的熱偶溫度差及工藝氣成分的變化來(lái)綜合判斷。

3.3 加減負(fù)荷的控制

加減負(fù)荷時(shí)不可大幅度操作，而應(yīng)小幅勻速進(jìn)行操作，將負(fù)荷控制器的升降速率由設(shè)計(jì)的432千克/分調(diào)整至36千克/分，這樣平穩(wěn)的工況可有效吸收小幅度的波動(dòng)。

3.4 氣化爐壓力的控制

氣化爐壓力的高低，是決定煤線速度能否達(dá)到較高及燒嘴與氣化爐壓差的一個(gè)主要指標(biāo)。當(dāng)系統(tǒng)壓力波動(dòng)幅度不大時(shí)，可小幅度進(jìn)行微量調(diào)整或不調(diào)整；如果波動(dòng)幅度過(guò)大時(shí)，應(yīng)根據(jù)速度及爐溫對(duì)煤線進(jìn)行干預(yù)。

3.5 排渣系統(tǒng)的操作

排渣系統(tǒng)是將氣化爐產(chǎn)生的粗渣定時(shí)排出。在正常生產(chǎn)中，操作員可根據(jù)渣系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的液位、差壓、流量、電流及皮帶稱重儀等一些參數(shù)判斷堵渣或其他異常工況。當(dāng)排渣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和處理是很重要的。

若有堵渣發(fā)生，采取上頂下壓法破除，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。鄂爾多斯煤制油公司在渣鎖斗罐下渣堵渣處做過(guò)技改，將循環(huán)水泵來(lái)低壓水改至渣鎖斗罐下部，若排渣不利時(shí)，可采取開啟循環(huán)水泵來(lái)低壓水反沖的方法以疏松架橋，再適當(dāng)帶壓排渣的方式消除渣架橋。

采用氣化爐相對(duì)低溫操作模式后，導(dǎo)致粉煤氣化效率有所下降，灰、渣中碳含量上升，細(xì)渣較多。細(xì)渣懸浮于渣收集器，不易被排出，由此造成渣水循環(huán)泵蝸殼及葉輪等磨蝕較重、頻次較高，潛在泄漏不可控風(fēng)險(xiǎn)，制定定期切換檢查渣水泵機(jī)制，杜絕泄漏發(fā)生。

3.6 飛灰過(guò)濾器的優(yōu)化

配煤生產(chǎn)后，過(guò)濾器設(shè)計(jì)負(fù)荷偏小，且運(yùn)行強(qiáng)度稍差。通過(guò)試用，技改將陶瓷濾芯升級(jí)為鐵鋁合金濾芯，提高了生產(chǎn)波動(dòng)時(shí)的強(qiáng)度；

高壓反吹閥門供氣由氣化爐激冷段及飛灰過(guò)濾器共同供氣，改造為飛灰過(guò)濾器單獨(dú)供氣，避開反吹用氮的沖突及解決反吹壓力不足的現(xiàn)象，有效保證了反吹效果。

3.7 洗滌塔的運(yùn)行控制

嚴(yán)格控制洗滌塔pH值，防止鹽份、灰分等結(jié)垢。若結(jié)垢一旦形成，將導(dǎo)致文丘里及填料阻力增加，結(jié)垢物的脫落，經(jīng)循環(huán)后堵塞噴淋管及噴淋頭,影響整個(gè)噴淋水洗效果，為此優(yōu)化改造將噴淋管的孔徑適當(dāng)擴(kuò)放，以減緩堵塞及延長(zhǎng)使用周期。

3.8 AUGRS閥門雙閥憋壓

雙閥憋壓的主要原因可能是填料泄漏、閥體密封泄漏、閥體外漏以及連接件松動(dòng)等情況，常有的故障現(xiàn)象為軸斷、執(zhí)行機(jī)構(gòu)齒輪齒條、連接件損壞等。

AUGRS閥門為浮動(dòng)球球閥，在有壓力作用下，球體能產(chǎn)生微量的位移并緊壓在出口端的密封面上，保證出口端強(qiáng)制密封。優(yōu)化改造將消除憋壓現(xiàn)象，使閥門在壓力均衡下開啟。

4 氣化廢水的排放控制

面對(duì)依然嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和污水治理，是勢(shì)在必行。

采用氣化爐相對(duì)低溫操作模式后，導(dǎo)致粉煤氣化效率下降，濾餅產(chǎn)量明顯增加。由此帶來(lái)的廢水處理問(wèn)題已逐步顯現(xiàn)、暴露，若不能有效改善及合理的消除，必將是長(zhǎng)周期運(yùn)行中又一絆腳石。

4.1 氣化廢水異常原因

4.1.1 細(xì)渣量較大。

4.1.2 沉降槽內(nèi)沉降空間不足。

4.2 氣化廢水異常處理

4.2.1 依生產(chǎn)周期，可周期性的間斷提高操作爐溫，減少細(xì)渣量，同時(shí)適當(dāng)熔融渣屏的掛渣，以減薄其積渣的厚度，以防堵渣的風(fēng)險(xiǎn)；

4.2.2 加大濾餅排出量，及時(shí)排出由于各環(huán)節(jié)影響泥漿排出工作進(jìn)行而延誤積攢的濾餅，以保證進(jìn)出濾餅量平衡；

5 結(jié)語(yǔ)

筆者認(rèn)為以上措施是氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，同時(shí)渣水、合成氣所涉及的設(shè)備、管道的磨損和腐蝕及運(yùn)行中的一些不可控因素也是影響長(zhǎng)周期的因素。因此對(duì)停爐檢修也提出了更高的要求，高質(zhì)量的停爐檢修，是氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的前提。即在正常運(yùn)行期間對(duì)氣化工況進(jìn)行正確控制，在停爐檢修期間對(duì)裝置全面、細(xì)致的消缺，可實(shí)現(xiàn)氣化爐運(yùn)行達(dá)到長(zhǎng)周期，單臺(tái)氣化爐的運(yùn)行周期可以輕易超過(guò)百天。

嚴(yán)格控制操作指標(biāo)與不斷優(yōu)化操作，是長(zhǎng)周期運(yùn)行的根本保證。Shell粉煤氣化應(yīng)根據(jù)原煤及負(fù)荷的變化，不斷優(yōu)化操作，確定最佳運(yùn)行操作指標(biāo)，并嚴(yán)格按照確定的指標(biāo)執(zhí)行生產(chǎn)，當(dāng)關(guān)鍵指標(biāo)產(chǎn)生偏離，及時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整。

為確保Shell煤氣化裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行，還需加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，對(duì)裝置實(shí)行嚴(yán)密監(jiān)控。堅(jiān)持每日對(duì)裝置進(jìn)行監(jiān)控，將關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)波動(dòng)或異常情況立即進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整處理，及時(shí)遏制或消除各類影響裝置安穩(wěn)運(yùn)行的問(wèn)題。