AP粉煤氣化技術(shù)運(yùn)行情況總結(jié)

張文博

(中海油大同煤制天然氣項(xiàng)目組，山西 大同 037100)

引 言

21世紀(jì)初，油價(jià)飛漲，中國(guó)合成氨工廠大力推進(jìn)“油改煤”技術(shù)，殼牌氣化所具有的高能量轉(zhuǎn)化效率、低水耗等優(yōu)點(diǎn)一直吸引著煤化工的從業(yè)者們。2018年5月7日，空氣化工產(chǎn)品公司完成收購(gòu)荷蘭殼牌旗下殼牌全球解決方案國(guó)際公司的煤氣化技術(shù)業(yè)務(wù)，自此殼牌氣化正式改名為AP氣化?；仡橝P氣化技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展，從湖北雙環(huán)930 t/d的投煤量，到山西潞安3 200 t/d的投煤量，單看市場(chǎng)，AP氣化技術(shù)的運(yùn)營(yíng)確實(shí)取得了巨大成功。然而，由最初的推崇備至，到前些年的不斷質(zhì)疑，再到近年來(lái)，關(guān)于AP氣化爐“安穩(wěn)長(zhǎng)滿(mǎn)優(yōu)”運(yùn)行的報(bào)道不斷見(jiàn)報(bào)，AP氣化裝置的在中國(guó)的運(yùn)行之路，值得深思與總結(jié)。

1 煤質(zhì)對(duì)氣化爐運(yùn)行的影響

無(wú)煙煤、煙煤、褐煤、石油焦等均可作為AP氣化爐原料，與其他技術(shù)相比，AP氣化技術(shù)宣傳重點(diǎn)是對(duì)煤的灰熔點(diǎn)范圍要求較寬，對(duì)煤的水分、灰分和硫含量要求也較寬。AP公司對(duì)國(guó)外典型煤種進(jìn)行了廣泛研究，對(duì)國(guó)外煤種建立了較為全面的數(shù)據(jù)庫(kù)，但卻相對(duì)缺乏對(duì)我國(guó)煤種的具體研究。我國(guó)煤種灰分一般在28%左右，且與國(guó)外煤種灰分組成差異較大，灰熔點(diǎn)溫度高于1 400 ℃的煤分別占我國(guó)煤炭年產(chǎn)量、儲(chǔ)量的55%和75%左右[1]?！皩挕钡牧硪粚雍x是，通過(guò)配煤、添加助熔劑等手段，可以改變?nèi)霠t煤特性，從而使更多種類(lèi)的煤可用于該氣化技術(shù)。但是，國(guó)內(nèi)的AP氣化工廠運(yùn)行業(yè)績(jī)表明，煤質(zhì)問(wèn)題仍然是AP氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的制約因素[2-4]。通過(guò)多個(gè)工廠的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果分析，煤質(zhì)問(wèn)題會(huì)直接或間接造成如下影響：

1) 水冷壁或者燒嘴因掛渣不良(如圖1)而燒壞。5 Pa·s～25 Pa·s灰渣黏度的溫度區(qū)間，如果與氣化爐操作窗口溫度不匹配，會(huì)影響水冷壁掛渣(如圖2)，“以渣抗渣”的工作原理無(wú)法實(shí)現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致燒嘴罩燒漏、燒嘴燒蝕、水冷壁燒壞等后果，直接引發(fā)停車(chē)。

圖1 損壞前、后的燒嘴罩

圖2 掛渣良好、過(guò)薄的水冷壁

2) 排渣不暢。AP氣化爐采用液體排渣技術(shù)，要求原料煤的FT低于1 400 ℃，使灰渣呈熔融狀態(tài)排出，因此，煤灰的熔融性直接決定著煤炭氣化過(guò)程中排渣方式的選擇。原料煤選擇不當(dāng)，氣化條件控制不匹配，氣化后產(chǎn)生的熔渣可能會(huì)因流動(dòng)速度過(guò)快而無(wú)法在水冷壁上形成足夠厚的渣層，進(jìn)而導(dǎo)致氣化爐內(nèi)件和相關(guān)設(shè)備的磨蝕和腐蝕，大量的熔渣還可能會(huì)在氣化爐下部的水浴池內(nèi)結(jié)成大塊渣，造成排渣困難甚至堵渣，見(jiàn)圖3。

圖3 積灰前、后合成氣冷卻器

3) 合成氣冷卻器積灰、高溫高壓飛灰過(guò)濾器濾芯斷裂等設(shè)備故障。煤質(zhì)帶來(lái)的積灰問(wèn)題主要表現(xiàn)在兩點(diǎn)：煤質(zhì)不穩(wěn)定，如不能及時(shí)調(diào)節(jié)氧煤比，飛灰中殘?zhí)苛窟^(guò)高，會(huì)使飛灰黏度增大，極易黏附在設(shè)備通道內(nèi)壁上，引發(fā)堵塞；高溫高壓飛灰過(guò)濾器的負(fù)荷是根據(jù)煤種預(yù)先設(shè)計(jì)的，如果入爐煤灰含量過(guò)高，超過(guò)過(guò)濾器設(shè)計(jì)余量，過(guò)濾器超負(fù)荷運(yùn)行，濾芯極易斷裂，同時(shí)還易引起除渣系統(tǒng)堵塞、合成氣冷卻器結(jié)垢等問(wèn)題[5]。

2 國(guó)內(nèi)AP氣化爐運(yùn)行情況

根據(jù)國(guó)內(nèi)多家AP氣化爐實(shí)際運(yùn)行業(yè)績(jī)可以發(fā)現(xiàn)，煤質(zhì)問(wèn)題對(duì)AP氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行有重大影響。

國(guó)內(nèi)第一家試車(chē)的AP氣化裝置——湖北雙環(huán)，在2006年5月17日至8月31日106 d的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，共計(jì)停車(chē)7次(不含1次計(jì)劃停車(chē))，其中2次是因煤燒嘴罩問(wèn)題導(dǎo)致停車(chē)[6]。

安慶煤氣化裝置在2006年運(yùn)行過(guò)程中共計(jì)7次停車(chē)，其中，2次是因燒嘴罩燒蝕泄漏停車(chē)；2007年共計(jì)7次停車(chē)，其中，1次是燒嘴罩燒蝕泄漏后停車(chē)，1次是高溫高壓飛灰過(guò)濾器濾芯斷裂造成停車(chē)；2008年共計(jì)7次停車(chē)，其中1次是因煤質(zhì)波動(dòng)，導(dǎo)致堵渣停車(chē)；2009年共計(jì)停車(chē)5次，1次因氣化爐堵渣，導(dǎo)致聯(lián)鎖動(dòng)作緊急停車(chē)，2次因渣池聯(lián)鎖動(dòng)作停車(chē)[7]。

在岳陽(yáng)氣化裝置不斷更換煤源的過(guò)程中，如果不能及時(shí)有效地調(diào)整控制參數(shù)，會(huì)直接影響燒嘴點(diǎn)火，并帶來(lái)堵渣、積灰等問(wèn)題[8]。從2006年12月至2012年，岳陽(yáng)氣化裝置在第45個(gè)操作循環(huán)時(shí)，已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了145 d，總結(jié)過(guò)去經(jīng)驗(yàn)，AP公司把長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸歸結(jié)為4點(diǎn)：高溫高壓飛灰過(guò)濾器的堵塞、合成氣冷卻器積灰、排渣系統(tǒng)的堵渣、燒嘴罩的故障，而這4點(diǎn)正與穩(wěn)定的煤質(zhì)、合適的煤種密不可分[9]。

河南中原大化集團(tuán)公司煤氣化裝置投運(yùn)后，由于氣化爐堵渣，被迫長(zhǎng)期停車(chē)檢修，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。公司技術(shù)人員把原因歸結(jié)為三點(diǎn)：1) 所用煤種含灰量太高(高達(dá)50%)；2) 助熔劑(石灰石)添加比例不合適，造成爐內(nèi)灰渣黏度較大，形成渣塊較大；3) 氣化爐膜式壁上形成的渣層較厚，從擋渣屏上流下的渣黏度很大，形成的渣較多也較大[10]。

廣西柳化[11]自2007年開(kāi)工到2012年運(yùn)行5年中的停車(chē)原因中，不計(jì)下游工序造成的停車(chē)以及計(jì)劃停車(chē)，燒嘴罩泄露導(dǎo)致的停車(chē)占了6.4%，堵渣占2.6%，積灰占11.5%，高溫高壓飛灰過(guò)濾器故障占7.7%。

截止2013年1月中國(guó)神華鄂爾多斯煤制油有限公司氣化爐由于濾芯斷裂引起的停車(chē)共16次，占停車(chē)總次數(shù)的20%以上[12]。

大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限責(zé)任公司氣化裝置自2010年10月投料試車(chē)以來(lái)，到2012年7月20日，3臺(tái)氣化爐因工藝原因共計(jì)停車(chē)31次，其中，由于堵灰、堵渣原因，造成停車(chē)13次[13]。

3 氣化爐運(yùn)行初期問(wèn)題統(tǒng)計(jì)

表1為雙環(huán)、安慶、柳化、天安公司氣化裝置運(yùn)行第一年停車(chē)因素統(tǒng)計(jì)，圖4為上述四家公司氣化裝置運(yùn)行首年的停車(chē)因素占停車(chē)總數(shù)的比重圖。由上可知，裝置運(yùn)行首年，停車(chē)次數(shù)均較多，由于煤質(zhì)、配套公用工程、電氣儀表等問(wèn)題，裝置均難以長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，這也正是AP氣化爐在建成試車(chē)之后被廣泛質(zhì)疑的原因。圖4可見(jiàn)，雙環(huán)、安慶、天安公司的氣化裝置可能因?yàn)槊嘿|(zhì)問(wèn)題導(dǎo)致的停車(chē)占到停車(chē)總數(shù)的50%；另外，公用工程、電氣儀表系統(tǒng)以及操作人員的誤操作，也是造成停車(chē)的主要因素。由此側(cè)面反應(yīng)出氣化裝置的復(fù)雜性，對(duì)配套設(shè)施要求較高，對(duì)操作人員的素質(zhì)要求也高。

表1 氣化爐運(yùn)行業(yè)績(jī)停車(chē)統(tǒng)計(jì) 單位：次

圖4 停車(chē)因素統(tǒng)計(jì)

4 典型運(yùn)行故障分析

由表2可知，隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累、運(yùn)行中暴露問(wèn)題的不斷解決，柳化氣化裝置的停車(chē)次數(shù)在逐年下降，運(yùn)行周期在穩(wěn)步提高。隨著運(yùn)行時(shí)間的積累，管理者對(duì)煤質(zhì)管理水平的提高，因煤質(zhì)問(wèn)題導(dǎo)致的停車(chē)次數(shù)在顯著下降。當(dāng)然如果煤質(zhì)變化后沒(méi)有及時(shí)調(diào)節(jié)生產(chǎn)，同樣會(huì)即刻帶來(lái)嚴(yán)重后果，如2012年有3次停車(chē)是全部因?yàn)榉e灰所致。

表2 柳化氣化裝置停車(chē)統(tǒng)計(jì) 單位：次

5 結(jié)語(yǔ)

AP技術(shù)在國(guó)內(nèi)運(yùn)行已有多年，盡管該技術(shù)對(duì)煤質(zhì)要求比較寬泛，但是根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，煤質(zhì)問(wèn)題仍然是影響生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的主因。正如AP氣化爐引入中國(guó)伊始專(zhuān)家們討論的那樣[14-15]，煤質(zhì)管理需要投入大量精力與物力。如何保證煤質(zhì)的穩(wěn)定，如何平衡配煤方案的經(jīng)濟(jì)性和長(zhǎng)期性，如何及時(shí)監(jiān)測(cè)、響應(yīng)在線煤質(zhì)的變化，仍然是氣化技術(shù)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行需要突破的關(guān)鍵問(wèn)題。

隨著國(guó)家對(duì)煤炭清潔利用提出的更高要求，總結(jié)已經(jīng)投產(chǎn)的煤化工裝置運(yùn)行業(yè)績(jī)對(duì)新上煤化工項(xiàng)目意義重大。AP氣化技術(shù)不僅是為煤炭的清潔轉(zhuǎn)化利用提供了技術(shù)和裝置，更是為煤化工人提供了思路和平臺(tái)。相信在多方共同努力之下，寶貴的煤炭資源能更好地為地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)，為國(guó)家發(fā)展做出貢獻(xiàn)。