淺談殼牌氣化裝置煤線穩(wěn)定性的影響因素及處理措施

張志雷

摘 要：殼牌氣化裝置在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛，本文對(duì)殼牌氣化裝置運(yùn)行過程中影響煤線穩(wěn)定性的因素進(jìn)行分析，并且提出應(yīng)對(duì)策略，旨在提高殼牌氣化裝置煤線穩(wěn)定性，更好地進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：殼牌氣化裝置 煤線穩(wěn)定性 影響因素 處理措施

中圖分類號(hào)：TQ545 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）11-0-01

引言

我國的煤化工行業(yè)迅猛發(fā)展，煤氣化作為一項(xiàng)核心技術(shù)，是從國外引進(jìn)的，大部分為殼牌煤粉加壓噴流床氣化技術(shù)，殼牌煤氣化過程是在高溫、高壓條件下進(jìn)行的反應(yīng)，煤粉、氧氣以及少量蒸汽會(huì)在加壓條件下并流進(jìn)入氣化爐中，在一個(gè)比較短的時(shí)間內(nèi)會(huì)完成升溫、揮發(fā)分脫除、裂解、燃燒、轉(zhuǎn)化等一系列物理變化與化學(xué)變化。殼牌氣化裝置運(yùn)行過程中，煤線穩(wěn)定性是一個(gè)十分重要的因素，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率有極大影響。為了進(jìn)一步提高殼牌氣化裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性，必須要積極加強(qiáng)煤線穩(wěn)定性控制，對(duì)影響煤線穩(wěn)定性的因素進(jìn)行分析，對(duì)癥下藥。

一、殼牌氣化裝置工藝流程簡(jiǎn)介

殼牌氣化裝置是殼牌煤氣化反應(yīng)的主要場(chǎng)所，其反應(yīng)流程如下：從煤場(chǎng)運(yùn)來原煤，經(jīng)過干燥、制粉之后，煤粉再通過下一個(gè)單元，在壓力條件下被送到氣化爐的煤燒嘴處，此時(shí)氣化爐中的條件大約為4MPa、1500℃，在氣化爐中，煤粉與蒸汽進(jìn)行燃燒反應(yīng)，分別生成合成氣、灰渣、飛灰等物質(zhì)，合成氣再從氣化段的頂部流出，利用來自濕洗段的“ 冷態(tài)” 合成氣進(jìn)行急冷，將合成氣的溫度降低到900℃左右，然后在合成氣的輸送段、氣體返回段、合成氣的冷卻段中進(jìn)一步進(jìn)行降溫，最后從合成冷卻器的底部流出來。在整個(gè)反應(yīng)過程中，有很多不能燃燒的組分都會(huì)以熔渣的形式從氣化段的底部排出，然后在渣浴中經(jīng)過溫度驟降，分散成玻璃狀的小顆粒，這些顆粒物質(zhì)再與渣水一起從渣池底部排出氣化爐，進(jìn)入渣水處理系統(tǒng)。其中有一小部分熔渣會(huì)以飛灰的形式通過急冷段、輸送段、合成氣冷卻段，然后與合成氣一起排出氣化爐，并且被收集在飛灰脫除系統(tǒng)中。在整個(gè)裝置中，氣化爐是膜式水冷壁及水管型冷卻器，安裝在整個(gè)氣化爐外殼中。

二、影響氣化裝置煤線穩(wěn)定性的因素以及處理措施

殼牌煤氣化裝置采用粉煤輸送，多燒嘴對(duì)置加壓氣流床氣化工藝，煤線穩(wěn)定性對(duì)整個(gè)裝置系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有重要影響，不穩(wěn)定的煤線會(huì)導(dǎo)致氣化爐溫度波動(dòng)較大，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)造成煤渣在氣化爐口堵塞，而且在SGC入口也會(huì)嚴(yán)重積灰，其次還會(huì)損壞煤燒嘴和燒嘴罩。因此，在氣化裝置運(yùn)行過程中要對(duì)煤線穩(wěn)定性進(jìn)行分析，排除影響煤線穩(wěn)定性的因素，確保煤線穩(wěn)定運(yùn)行，為氣化裝置穩(wěn)定安全運(yùn)行提供基礎(chǔ)。對(duì)煤線穩(wěn)定性造成影響的因素有以下幾個(gè)方面：

1.原材料的質(zhì)量影響和控制

1.1煤粉的質(zhì)量問題。煤粉的質(zhì)量是影響氣化裝置穩(wěn)定性的重要因素，尤其是當(dāng)煤粉的粒度不均勻時(shí)，很容易導(dǎo)致煤線阻塞。在生產(chǎn)過程中，由于一些廠家對(duì)煤粉粒度的控制程度不強(qiáng)，主觀上放寬了煤粉粒度的要求，將粒度的范圍放寬到5-250μm之間，所以煤粉輸送過程中出現(xiàn)了不均勻狀態(tài)，對(duì)密度測(cè)量的準(zhǔn)確性以及穩(wěn)定性產(chǎn)生了影響，最終影響煤線生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

1.2水分的影響。水是氣化裝置生產(chǎn)運(yùn)行過程中的重要物質(zhì)，不同的煤種對(duì)水分的要求不相同，有的企業(yè)在生產(chǎn)過程中對(duì)水分的控制不到位，水分含量太高，影響密度計(jì)和速度計(jì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的水平，從而影響氣化裝置指示的準(zhǔn)確性。

1.3雜質(zhì)的影響。從原煤到煤粉的制作過程中可能會(huì)出現(xiàn)各種雜質(zhì)，雜質(zhì)的存在干擾了煤粉流動(dòng)狀態(tài)的穩(wěn)定性，進(jìn)而對(duì)設(shè)備的正常工作產(chǎn)生影響，導(dǎo)致煤線參數(shù)出現(xiàn)不正常的波動(dòng)。

針對(duì)上述問題，要及時(shí)對(duì)原材料的質(zhì)量進(jìn)行控制，煤粉粒度均勻的標(biāo)準(zhǔn)是直徑小于5 μm的煤粉數(shù)量小于10%，直徑大于90μm的煤粉數(shù)量小于30%。對(duì)于生產(chǎn)過程中的水分，一般水分含量控制在1%-2%之間為宜。同時(shí)要對(duì)煤粉質(zhì)量進(jìn)行把控，對(duì)煤粉中的雜質(zhì)進(jìn)行過濾和清除，確保煤粉潔凈，滿足生產(chǎn)要求。

2.儀表和閥門的影響和控制

儀器的質(zhì)量是影響氣化裝置穩(wěn)定性的重要因素，主要有以下幾個(gè)方面。第一，儀表的安裝問題，儀表能否正確安裝，是影響氣化裝置工作性能的重要因素，儀表安裝必須要符合要求，速度計(jì)和密度計(jì)安裝時(shí)要避免受到弱電信號(hào)的干擾，以防測(cè)量不準(zhǔn)。第二，閥門安裝。閥門是控制各種原材料進(jìn)入裝置以及合成氣煤渣等物質(zhì)排出的重要“關(guān)口”，在閥門安裝過程中應(yīng)該要保證質(zhì)量同時(shí)要保證儀器閥門靈活可靠，并且要進(jìn)行校驗(yàn)，確保安裝合格之后才可以投入使用。第三，DCS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在DCS控制回路設(shè)計(jì)中應(yīng)該要保證參數(shù)正確，尤其是PID參數(shù)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行都有十分重要的影響，整定后的PID參數(shù)要具備高中低負(fù)荷下的良好的抗干擾能力以及穩(wěn)定性，當(dāng)出現(xiàn)故障的時(shí)候要能及時(shí)對(duì)脈沖的干擾進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

3.設(shè)備和管道的影響和控制

管道是原材料進(jìn)入以及合成氣和煤渣輸出的主要通道，在管道設(shè)計(jì)與安裝過程中，必須要滿足要求。在管道安裝與設(shè)計(jì)過程中常見的問題有管道直徑不符合要求，管道彎曲嚴(yán)重，極大地影響了原材料和產(chǎn)物的輸入輸出過程，影響煤線和氣化裝置的穩(wěn)定性。

4.氮?dú)獠▌?dòng)的影響和控制

氮?dú)馐巧a(chǎn)過程中的重要原材料，氮?dú)夂康牟▌?dòng)對(duì)煤線穩(wěn)定性的影響也很大，一般氮?dú)獾牟▌?dòng)包括壓力和流量波動(dòng)兩個(gè)方面，氮?dú)獾牟▌?dòng)會(huì)引起通氣錐氮?dú)饬髁康牟▌?dòng)，通氣錐是氮?dú)獾闹饕d體，所以氮?dú)夂康牟▌?dòng)會(huì)引起煤線密度以及速度的變化。

對(duì)氮?dú)獠▌?dòng)的影響進(jìn)行控制時(shí)，首先要看氮?dú)獠▌?dòng)的程度是否嚴(yán)重，如果只是輕微的氮?dú)獠▌?dòng)，則可以通過氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥的輕輕調(diào)解來消除影響，對(duì)氮?dú)獾墓馑俣群兔芏冗M(jìn)行控制，使其保持在一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)。如果氮?dú)獠▌?dòng)比較嚴(yán)重，則應(yīng)該要從整個(gè)裝置的維修、調(diào)整上著手，對(duì)通氣錐進(jìn)行整改設(shè)計(jì)，確保氮?dú)廨斔驼！?/p>

5.煤粉給料倉壓力波動(dòng)的影響和控制

在殼牌氣化裝置中，不穩(wěn)定的煤粉給料倉的壓力以及氮?dú)饬髁繒?huì)導(dǎo)致煤線的煤流速度不正常。針對(duì)這種問題，根據(jù)殼牌煤流量控制基礎(chǔ)理論，獲得不同煤流量下的速度是由氮?dú)獾妮斔蛠砜刂频?，所以在運(yùn)行過程中，可以通過煤粉給料倉的壓力和氣化爐的壓力之間的壓差以及速度加速器的氮?dú)饬髁块y的控制來保證煤粉給料倉正常運(yùn)行。

6.控制模式的影響和控制

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，殼牌氣化裝置的控制模式對(duì)煤線的穩(wěn)定性也有極大影響，控制模式中的問題主要有兩個(gè)，一個(gè)是儀器自身的故障，另一個(gè)是操作人員在操作的時(shí)候出現(xiàn)的誤操作使得參數(shù)輸入設(shè)定值和實(shí)際測(cè)量值之間的偏差太大，從而引起閥門的調(diào)節(jié)幅度太大，最終影響煤線穩(wěn)定性。針對(duì)這種問題，必須要對(duì)各種參數(shù)以及操作過程進(jìn)行控制，尤在實(shí)際生產(chǎn)過程中，殼牌氣化裝置的控制模式對(duì)煤線的穩(wěn)定性也有極大影響，控制模式中的問題主要有兩個(gè)，一個(gè)是儀器自身的故障，另一個(gè)是操作人員在操作的時(shí)候出現(xiàn)的誤操作使得參數(shù)輸入設(shè)定值和實(shí)際測(cè)量值之間的偏差太大，從而引起閥門的調(diào)節(jié)幅度太大，最終影響煤線穩(wěn)定性。針對(duì)這種問題，必須要對(duì)各種參數(shù)以及操作過程進(jìn)行控制，尤其是對(duì)氧氣和煤粉的比例、二氧化碳含量、小室蒸汽產(chǎn)量等進(jìn)行控制時(shí)，參數(shù)變化必須要緩慢、均勻，小幅度的調(diào)節(jié)不會(huì)引起煤線參數(shù)的大幅度波動(dòng)，操作人員應(yīng)該要掌握參數(shù)的調(diào)節(jié)方法，小幅度調(diào)節(jié)參數(shù)變化。

7.自動(dòng)控制下的單燒嘴波動(dòng)引起共振的影響和控制

在當(dāng)前的生產(chǎn)過程中，有的企業(yè)采用自動(dòng)控制模式，氧氣和煤粉的用量、速度、密度等控制都是由機(jī)器自動(dòng)完成的，在這種情況下，4燒嘴或6燒嘴的氣化爐的氧負(fù)荷分配比較標(biāo)準(zhǔn)，但是如果出現(xiàn)氧壓或氧流量的波動(dòng)，就會(huì)引起煤線參數(shù)的波動(dòng)，對(duì)整個(gè)裝置的生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。根據(jù)煤流量的控制原理可知，當(dāng)這些參數(shù)進(jìn)行波動(dòng)的時(shí)候，不同的波動(dòng)之間也會(huì)相互影響，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)彼此加劇相應(yīng)的波動(dòng)，另一種情況是，某一個(gè)或者幾個(gè)燒嘴出現(xiàn)意外跳車或人為停車，從而導(dǎo)致其他煤燒嘴的負(fù)荷出現(xiàn)嚴(yán)重波動(dòng)，根據(jù)煤流量控制原理，這種現(xiàn)象也會(huì)導(dǎo)致煤線參數(shù)的波動(dòng)。此外，在單燒嘴的控制過程中，如果采用手動(dòng)控制，則煤流量調(diào)節(jié)閥控制器就失去了對(duì)參數(shù)進(jìn)行跟蹤和調(diào)節(jié)的能力，外部的干擾也會(huì)引起燒嘴煤線參數(shù)的波動(dòng)。

針對(duì)這種問題，主要通過操作人員的技術(shù)控制，將自動(dòng)控制功能調(diào)節(jié)為手動(dòng)控制，由技術(shù)人員對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行控制，從而提高系統(tǒng)的干預(yù)能力，減少不平衡現(xiàn)象。

8.操作方面的影響和控制

在殼牌氣化裝置運(yùn)行過程中，操作人員的專業(yè)而技術(shù)水平以及工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)煤線的穩(wěn)定生產(chǎn)有十分重要的影響，而且操作人員要具備突發(fā)問題的處理能力，當(dāng)前有的操作人員對(duì)各種參數(shù)的設(shè)計(jì)，對(duì)故障問題的應(yīng)急處理能力不強(qiáng)，所以導(dǎo)致裝置的參數(shù)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，影響煤線穩(wěn)定性。

針對(duì)這種問題，要積極加強(qiáng)操作人員的培訓(xùn)和教育，操作人員應(yīng)該要掌握各種原材料、載氣、系統(tǒng)壓力參數(shù)的波動(dòng)對(duì)煤線產(chǎn)生的影響，同時(shí)又要熟悉儀表、設(shè)備等對(duì)煤線的穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，及時(shí)加強(qiáng)這些問題的研究，對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)判，做好應(yīng)急處理，尤其是要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行控制，確保輸入輸出參數(shù)的正常，減少煤線參數(shù)的波動(dòng)和影響。

結(jié)語

綜上所述，在殼牌氣化中，煤線的穩(wěn)定對(duì)氣化裝置的生產(chǎn)有極大影響，影響煤線穩(wěn)定性的因素有很多，主要是參數(shù)問題、操作技術(shù)問題。在氣化裝置生產(chǎn)過程中要積極加強(qiáng)影響煤線穩(wěn)定性的因素的控制，提高氣化裝置生產(chǎn)穩(wěn)定性。

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