影響SHELL煤氣化長(zhǎng)周期運(yùn)行的瓶頸與解決方法

閆海營(yíng)（神華鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

影響SHELL煤氣化長(zhǎng)周期運(yùn)行的瓶頸與解決方法

閆海營(yíng)（神華鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

shell煤氣化裝置在當(dāng)前世界的各種煤氣化裝置中效率值最好、適應(yīng)范圍廣、污染最小。國(guó)內(nèi)引進(jìn)了19套SCGP裝置共23臺(tái)爐，煤氣化裝置的低成本長(zhǎng)周期安全運(yùn)行成為許多公司需要考慮的問(wèn)題。文章通過(guò)對(duì)當(dāng)前shell煤氣化裝置影響長(zhǎng)周期運(yùn)行的問(wèn)題進(jìn)行分析，淺談操作優(yōu)化以及技術(shù)改造。

shell煤氣化裝置；長(zhǎng)周期運(yùn)行；操作優(yōu)化；技術(shù)改造

Shell粉煤氣化技術(shù)是荷蘭殼牌公司開(kāi)發(fā)的一種清潔環(huán)保的煤制合成氨技術(shù)，該技術(shù)首次應(yīng)用于荷蘭Demkolec 25萬(wàn)KW整體煤氣化燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電工廠，于1993年開(kāi)始運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)行周期逐漸提高。其節(jié)約型和清潔型的特性也是目前化工生產(chǎn)節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用的有效途徑。由于氣化反應(yīng)在高溫下進(jìn)行，且原料粒度很小，氣化反應(yīng)進(jìn)行的極其充分，影響環(huán)境的副產(chǎn)物很少，可以做到接近零排放，相比其他德士古等煤氣化工藝，屬于“清潔煤”工藝。在進(jìn)入中國(guó)后，殼牌煤氣化技術(shù)迅速被應(yīng)用到大型化工公司。工業(yè)界對(duì)這種裝置的評(píng)價(jià)比較高——安全、穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行效率高等等。當(dāng)前影響殼牌煤氣化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的原因主要有內(nèi)因也就是設(shè)備本身和外因操作經(jīng)驗(yàn)兩方面。通過(guò)技術(shù)改造或者提高操作水平，能夠有效的改變裝置的運(yùn)行狀況。

1 內(nèi)因?qū)づ泼簹饣倪\(yùn)行影響分析與解決方法

1.1 合成器過(guò)濾器濾芯故障

最初過(guò)濾器濾芯采用陶瓷濾芯，由于設(shè)計(jì)負(fù)荷偏小或者反吹閥故障以及工況發(fā)生重大變化，如系統(tǒng)壓力波動(dòng)、煤種變化造成飛灰粘度變大等原因，合成氣中的大量飛灰堆積會(huì)引發(fā)過(guò)濾器濾芯出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)濾芯瓷管斷裂。對(duì)激冷氣壓縮機(jī)以及下游水洗塔造成很大的影響。

目前普遍的解決方法是：采用國(guó)產(chǎn)化金屬濾芯代替陶瓷濾芯，金屬濾芯強(qiáng)度高，可以滿足過(guò)濾要求，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)壓力波動(dòng)以及除橋的情況下，使用壽命可達(dá)兩年左右。

1.2 煤燒嘴以及燒嘴罩故障

燒嘴罩工作頻率高，且處于外圍運(yùn)作。當(dāng)前國(guó)內(nèi)所采用的每一臺(tái)殼牌煤氣化裝置統(tǒng)計(jì)，均發(fā)生過(guò)或大或小的燒嘴罩泄漏。

通過(guò)改進(jìn)燒嘴罩技術(shù)將整個(gè)燒嘴罩向氣化爐內(nèi)延伸25mm，燒嘴罩水冷管噴嘴由φ5mm改為φ6mm，燒嘴罩的使用壽命越來(lái)越長(zhǎng)。

1.3 合成氣冷卻器

長(zhǎng)期運(yùn)行的裝置尤其低負(fù)荷高溫運(yùn)行容易使合成氣冷卻器十字吊架積灰結(jié)垢。積灰結(jié)垢是不可逆的，會(huì)影響冷卻器內(nèi)的空間，合成氣通道變小對(duì)會(huì)設(shè)備造成沖刷，同時(shí)合成氣冷卻器換熱效果下降，合成氣溫度升高。影響裝置的穩(wěn)定持續(xù)性能。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行總結(jié)出，保持合成氣冷卻器入口13TI0019點(diǎn)溫度在650℃以下，十字吊架處積灰速度明顯比溫度高時(shí)低很多。這需要激冷氣壓縮機(jī)提供充足的合成氣量，使合成氣中的飛灰的黏度降低，減少飛灰積聚；盡量保持高負(fù)荷適當(dāng)降低爐溫運(yùn)行；通過(guò)調(diào)節(jié)配煤比例改變飛灰的固化溫度；另外也可以采用加大激冷氣量降低合成氣的溫度。

1.4 氣化爐環(huán)形空間在運(yùn)行時(shí)為負(fù)壓，容易進(jìn)高溫氣體，對(duì)燒嘴膨脹節(jié)損害較大，溫差產(chǎn)生積液對(duì)燒燼管線與氣化爐連接管件造成腐蝕泄漏

經(jīng)過(guò)對(duì)燒燼管線的改造由兩個(gè)進(jìn)口改為一個(gè)進(jìn)口，并保持小流量氮?dú)獾耐ㄈ?，保證環(huán)形空間微正壓。

1.5 設(shè)備以及連接部件材質(zhì)的影響

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期的運(yùn)行，有些設(shè)備或管道出現(xiàn)腐蝕、泄漏、堵塞的情況，重點(diǎn)部位會(huì)影響到裝置的安全運(yùn)行。

渣水循環(huán)泵泵殼磨穿，由于渣水密度較高，泵殼在長(zhǎng)時(shí)間磨蝕下發(fā)生泄漏造成系統(tǒng)停車。

激冷氣壓縮機(jī)冷熱氣體匯集處三通材質(zhì)不高造成腐蝕穿透造成系統(tǒng)停車。

環(huán)形空間氮?dú)夤芫€與氣化爐以及合成氣冷卻器連接處，溫差大造成冷卻積液腐蝕穿透，造成系統(tǒng)停車。

冷氣壓縮機(jī)的入口過(guò)濾器，壓縮機(jī)前管道被腐蝕，導(dǎo)致灰塵和雜質(zhì)進(jìn)入過(guò)濾器，長(zhǎng)期累積引發(fā)堵塞。

除渣系統(tǒng)渣池、渣收集器，介質(zhì)為高密度渣水，在長(zhǎng)周期運(yùn)行下部分管件或者設(shè)備本身受沖刷磨蝕的情況下發(fā)生泄漏造成系統(tǒng)停車。

應(yīng)對(duì)類似以上磨蝕泄漏情況，我們?cè)谌粘Ｉa(chǎn)中應(yīng)該加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，重點(diǎn)部位設(shè)置管理臺(tái)賬，在運(yùn)行或者停工檢修期間進(jìn)行測(cè)壁厚監(jiān)控重點(diǎn)部位運(yùn)行情況，擇機(jī)更換管件消除隱患。

2 外因?qū)づ泼簹饣倪\(yùn)行影響分析與改進(jìn)方法

2.1 單燒嘴跳車對(duì)氣化爐運(yùn)行的影響

在原始設(shè)計(jì)中，當(dāng)四個(gè)煤燒嘴有一個(gè)熄滅，此時(shí)總負(fù)荷控制器在串級(jí)控制狀態(tài)，其余三個(gè)煤燒嘴將平均分擔(dān)總負(fù)荷。需要操作人員及時(shí)將三條煤線負(fù)荷控制器打手動(dòng)，阻止負(fù)荷上升防止單燒嘴過(guò)氧造成燒嘴損壞。

單燒嘴跳車后，系統(tǒng)壓力瞬間大幅下降，對(duì)煤線穩(wěn)定性以及爐溫影響很大。

針對(duì)此類情況，我們將四條煤線負(fù)荷控制器打在“手動(dòng)”位置，當(dāng)有燒嘴跳車時(shí)，剩余的燒嘴負(fù)荷不會(huì)自動(dòng)升負(fù)荷，杜絕了因單燒嘴跳車發(fā)生過(guò)氧現(xiàn)象。

2.2 升降負(fù)荷速度對(duì)氣化爐運(yùn)行的影響

氣化爐在升降負(fù)荷時(shí)原始設(shè)計(jì)曲線速度過(guò)快，在降負(fù)荷的過(guò)程中，如果不及時(shí)提升O/C調(diào)節(jié)煤量，氣化爐爐溫過(guò)低，會(huì)造成氣化爐堵渣，嚴(yán)重時(shí)渣口堵塞造成停車；在提升負(fù)荷的過(guò)程中，如果不及時(shí)降低O/C調(diào)節(jié)煤量，氣化爐爐溫迅速上升會(huì)造成爐壁渣層變薄，造成垮渣U1400除渣系統(tǒng)堵渣，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起過(guò)氧燒穿燒嘴或者燒嘴罩。

為保證氣化爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行將負(fù)荷控制器速率由最初設(shè)計(jì)的432kg/min，更改為36kg/min。

2.3 煤線速度對(duì)氣化爐運(yùn)行影響

在殼牌氣化爐開(kāi)工前期對(duì)煤線進(jìn)行標(biāo)定，目的是煤倉(cāng)稱重?zé)o偏差；使煤線速度計(jì)、密度計(jì)盡可能接近實(shí)際值；相同負(fù)荷的情況下四條煤線煤量最大程度上無(wú)偏差。

在改進(jìn)燒嘴罩本身性能的同時(shí)，我們通過(guò)增加助流氮?dú)夂湾F部氮?dú)饬髁勘M可能把煤線速度穩(wěn)定控制在8.0m/s以上。保證四個(gè)燒嘴的火焰長(zhǎng)度盡可能一致，增加氮?dú)饬吭谝欢ǔ潭壬献柚沽艘驂毫Σ▌?dòng)、煤粉角閥卡澀等原因產(chǎn)生回火的可能。自調(diào)整操作參數(shù)后煤燒嘴以及燒嘴罩的運(yùn)行壽命達(dá)到了兩年以上。

2.4 穩(wěn)定的氣化爐操作溫度

保持氣化爐合適的爐溫以達(dá)到“以渣抗渣”保護(hù)水冷壁的目的。氣化爐蒸汽產(chǎn)量可作為主要參數(shù)，用于確認(rèn)氣化爐是否運(yùn)行在操作窗口內(nèi)；同時(shí)可參考渣形微調(diào)氣化溫度，CO2和CH4作為監(jiān)控參數(shù)。

2.5 煤種的影響

實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明殼牌氣化爐對(duì)煤種也有其適應(yīng)性的要求，煤的灰分及灰成分是制約殼牌氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素。

表征煤屬性的分析指標(biāo)很多，但對(duì)殼牌氣化工藝有重大影響的指標(biāo)主要是灰中SiO2/Al2O3比、Fe2O3含量、灰熔點(diǎn)等與灰熔融性有關(guān)的指標(biāo)，直接影響氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)然也與煤中的水分、灰分、揮發(fā)分、硫含量、氯+氟含量和可磨指數(shù)有一定關(guān)系。

3 殼牌氣化爐達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的基本要求

(1)穩(wěn)定的煤質(zhì)，確保煤質(zhì)得到控制：

煤粉的顆粒度要求＜5um的應(yīng)小于5%,＞90um的應(yīng)小于5%；水分在2%以內(nèi)、灰分波動(dòng)在6%以內(nèi)、灰熔點(diǎn)波動(dòng)在100℃以內(nèi)、每次換煤都會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，操作人員需要適應(yīng)煤質(zhì)的變化。

(2)穩(wěn)定的煤線：?jiǎn)螣烀毫髁坎▌?dòng)控制在5%以內(nèi)。

(3)原煤煤中雜物控制，如：抹布、保溫棉、墊片、螺栓，充氣錐碎片等。

(4)煤倉(cāng)、煤線伴熱保溫加強(qiáng)，保持在80℃左右，以保證煤粉輸送效果。

(5)保持穩(wěn)定的V1205通氣錐流量和單燒嘴助流氮流量。

(6)爐溫控制：在操作窗口內(nèi)操作,在參考13TI0019點(diǎn)溫度，氣化溫度均值波動(dòng)的平均幅度為±25℃。

(7)保證V1201A與B稱重盡量小的偏差，在開(kāi)工前做煤粉循環(huán)測(cè)試進(jìn)行標(biāo)定。

(8)氣化爐系統(tǒng)壓力、以及下游壓力控制穩(wěn)定、V1205壓力控制穩(wěn)定。

(9)氮?dú)庀到y(tǒng)壓力控制穩(wěn)定，V1205A/B盡量錯(cuò)峰充壓。

4 結(jié)語(yǔ)

殼牌干粉煤氣化技術(shù)（SCGP）作為潔凈煤氣化的新技術(shù)在中國(guó)投入生產(chǎn)已接近十余年，各家企業(yè)的氣化裝置在運(yùn)行過(guò)程中都經(jīng)歷了諸多問(wèn)題，不過(guò)我們也看到大部分裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)情況已經(jīng)越來(lái)越好，存在的技術(shù)問(wèn)題逐步解決。隨著國(guó)內(nèi)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累和相關(guān)設(shè)備國(guó)產(chǎn)優(yōu)化，神華煤制油通過(guò)技術(shù)改造及操作人員的培養(yǎng)，相繼完善操作經(jīng)驗(yàn)和改進(jìn)了裝置的工藝設(shè)備。殼牌煤氣化裝置實(shí)現(xiàn)A級(jí)連續(xù)運(yùn)行200天，創(chuàng)造了世界同類型裝置運(yùn)行最好水平。我們相信殼牌煤氣化裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行是可以實(shí)現(xiàn)的。