Shell氣化爐合成氣冷卻器積灰原因及應對策略

武文斌

(同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

Shell氣化爐合成氣冷卻器積灰原因及應對策略

武文斌

(同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

在合成氣冷卻器應用當中，積灰是經常出現(xiàn)的問題。就shell氣化爐合成氣冷卻器積灰原因及應對策略進行研究。

shell氣化爐；合成氣冷卻器；積灰原因；應對策略

引 言

我國某企業(yè)，其氣化裝置在生產初期，合成氣冷卻器存在著較為嚴重的積灰情況，并因此對氣化爐的周期以及負荷造成了較大的影響。針對該問題，該企業(yè)對積灰問題的形成原因進行了深入排查，并采用針對性的措施進行優(yōu)化改善。

1 合成氣冷卻器積灰

在高溫環(huán)境下，煤灰具有較為明顯的黏結特征，且根據其種類的不同，也具有著不同的黏結性。對此，積灰結垢問題則經常出現(xiàn)在不同氣化爐以及鍋爐當中。該企業(yè)積灰現(xiàn)象主要表現(xiàn)在：第一，出口溫度較高。在氣化爐點火投煤，且其負荷在90%以上后，冷卻器入口溫度一直在650 ℃左右，而出口溫度則為280 ℃左右。此時，冷卻器良好運行，沒有發(fā)生積灰現(xiàn)象。而當穩(wěn)定運行10 d左右后，其出口溫度逐漸提升，并超出設計值340 ℃。在系統(tǒng)設備以及管道方面，其設計操作溫度皆為340 ℃，如果系統(tǒng)較長時間處于高溫度下，濕洗塔以及飛灰過濾器操作溫度也將逐漸增加，因此，對系統(tǒng)設備與管道形成較大的考驗，很可能會因此使管道出現(xiàn)熱應力變形問題，并導致更嚴重后果的發(fā)生。第二，過熱蒸汽溫度降低。當壓力維持在5.5 MPa時，蒸汽飽和溫度為270 ℃，當蒸汽過熱處理后，設計值為400 ℃。而當冷卻器出現(xiàn)積灰情況后，過熱蒸汽溫度則將出現(xiàn)較大幅度的降低，因過熱使大量蒸汽無法并網，并因此導致出現(xiàn)嚴重的浪費情況。在停車之后，將冷卻器側人孔打開，發(fā)現(xiàn)有大量飛灰在冷卻器管壁位置上黏結，并按照從上到下的順序飛灰積累量逐漸增加，最厚甚至達到4 mm。由于飛灰具有較強的黏結性，反應過程中形成的合成氣不能夠完全將其帶走，這也正是使冷卻器出口溫度提升、換熱效果逐漸變差的直接原因[1-2]。

2 積灰原因及解決方案

根據上述研究可以了解到，冷卻器積灰情況的存在，將會對裝置運行帶來以下問題：第一，冷卻器出口溫度升高，為系統(tǒng)的正常運行帶來較大的隱患；第二，冷卻器換熱效果變化，汽包副產蒸汽溫度低，因大量蒸汽在生產過程中放空而導致浪費情況的發(fā)生；第三，為了對冷卻器出口溫度進行降低，則需要適當降低氣化爐負荷，并因此提升生產成本。為了能夠對積灰問題進行有效的解決，該企業(yè)在經過大量探索實踐后，確定使用以下方式進行積灰控制，并獲得了較好的效果[3]。

2.1 激冷比控制

國內目前投產的Shell項目中，都對合成氣激冷流程進行了應用，對此，激冷氣品質與量則成為了合成器冷卻效果以及運行情況的重要內容，如果該值較小，那么在反應后形成的高溫氣體則不能夠完全在激冷段激冷，氣體在混合完成后，其溫度將在900 ℃以上。此時，合成氣當中存在的飛煤灰還沒有獲得完全的冷凝，即，還有相當比例的煤灰依然處于熔融狀態(tài)當中。對于該類煤灰，其非常容易在激冷段、冷卻器以及輸氣管上黏結，并導致積灰以及結垢問題的發(fā)生。在該項目中，在其余運行條件保持不變的情況下，當激冷比在1.1以上狀態(tài)下運行時，即能夠對冷卻器出口溫度的穩(wěn)定性進行保持。根據運行經驗，可以將激冷比盡可能設置在較大的比值，即在100%負荷下，需要保持該比值在1.1以上[4]。

2.2 氧煤比調節(jié)

在氣化反應控制中，氧煤比是其中的一項關鍵因素，將直接對氣化爐反應溫度、有效氣體成分以及煤轉化率產生影響。如果在生產當中能夠做好氧煤比的控制，即能夠有效地滿足Shell設計指標。如果該指標過高，那么生產中形成的高溫氣體則不能夠在激冷段完全激冷，并因此導致冷卻器入口結垢，甚至燒壞爐膜壁。而如果該比值過低，那么煤粉則將因反應不完全對煤的轉化率產生較大的影響，且合成氣有效成分含量將低于設計值，沒有充分反應的飛灰以及煤粉將在進入到冷卻器當中之后，在換熱器管壁位置逐漸黏結，以此加劇冷卻器的積灰程度。對此，就需要在實際生產中，保證煤質的基礎上做好氧煤比的控制。在實際操作中，做好氧煤比的調節(jié)需要控制以下幾方面內容：第一，汽包一段蒸汽產量；第二，合成組分二氧化碳含量；第三，渣池循環(huán)水固含量。在實際生產中，氧煤比的高低同煤質具有直接的關聯(lián)，上述參數(shù)在實際生產中，將根據系統(tǒng)硬件設計情況以及煤質情況而存在一定的變化。

2.3 氣化爐負荷影響

在Shell氣化爐中，其負荷可以在40%～100%調整，當其具有較低的負荷時，則將具有較低的產氣量，且經過冷卻器的流速以及合成氣流量也將更低。對于不同類型的煤來說，其煤灰在高溫環(huán)境當中都將具有一定的黏結性，而當運行時間逐漸延長的情況下，也將有部分煤灰會在換熱器管壁上黏結，只有當飛煤灰合成氣吹掉速率同煤灰黏結速率相等時，才能處于平衡。如果合成氣量過小，不能夠將冷卻器上存在的飛灰吹掉，那么管壁上積灰厚度則將不斷增加，并使得冷卻器出口溫度逐漸提升。當負荷較低時，則具有較高的單耗，所具有的經濟性就越低。對此，無論是從合成氣冷卻器積灰避免角度還是從經濟運行角度，都需要保證氣化爐能夠保持較高的運行負荷。

2.4 敲擊器敲擊頻率

為了避免水冷壁在生產當中出現(xiàn)積灰結垢情況，Shell公司在輸氣管、冷卻器以及激冷段都對部分敲擊器進行了設計，以此通過振動的方式起到除灰的效果。對此，則可以根據實際積灰情況對敲擊器的敲擊頻率進行適當?shù)脑黾印Ｔ谇脫羝鬟\行中，儀表空氣是其主要的動力來源，對此，則可以根據積灰的程序對儀表空氣壓力進行適當?shù)奶嵘?，以此實現(xiàn)工況的改善。當然，提升空氣壓力、增加敲擊頻率也將會對敲擊器壽命產生影響，并可能提升其故障率，需要在聯(lián)系生產需求的基礎上做好調節(jié)。

2.5 石灰石配比

如果所使用的煤具有較高的灰熔點，則可以通過一定氧化鈣的應用實現(xiàn)煤灰熔點的降低。但如果氧化鈣加入量過多，則可能因氧化鈣單體的析出而提高灰熔點。對于氧化鈣來說，其由于自身不會參加氣化反應，當將氧化鈣加入后，則相當于增加了煤中灰分的含量，若使更多灰分同合成氣一起進入到冷卻器，則積灰程度進一步增加。由此可以了解到，并不是加入越多的氧化鈣越好，而是需要根據煤種的不同進行適量的添加。在該企業(yè)裝置運行初期，添加的石灰石量較高，為煤量的10%左右，并因此導致冷卻器積灰情況的發(fā)生。在經過排查分析之后，將該比例降低為5%，經過實踐，當將配比降低后，則將為冷卻器以及氣化爐提供更大的操作空間。

3 結束語

本文以某企業(yè)為例對shell氣化爐合成氣冷卻器積灰原因及應對策略進行了一定的研究，在做好積灰原因把握的基礎上，該企業(yè)從激冷比、氧煤比、氣化爐負荷、敲擊器敲擊頻率以及石灰石配比這幾方面進行了針對性的處理，使氣化爐積灰問題得到了有效的控制，具有較好的應用借鑒價值。

[1] 李亞東.Shell粉煤氣化裝置合成氣冷卻器積灰結垢的控制[J].化肥設計,2010,48(2):27-29.

[2] 劉芃鑫，郭明波.殼牌(SHELL)氣化爐在環(huán)保中的應用及存在的問題[J].化工設計通訊,2010,36(2):1-4.

[3] 張彥民，侯劉濤.殼牌氣化爐垮渣事故的原因及處理[J].化肥設計,2010,48(3):40-41.

[4] 吳玉新，蔡春榮，張建勝，等.二次氧量對分級氣化爐氣化特性影響的分析和比較[J].化工學報,2012,36(2):369-374.

Reasonsandcountermeasuresofashdepositioninsyngascoolerofshellgasifier

WUWenbin

(DatongGuangfaCoalChemicalIndustryCo.,Ltd.,DatongShanxi037000,China)

In application of synthetic gas cooler, ash deposition is a common problem. In this paper, the reasons and countermeasures of ash deposition in shell gasifier are studied.

shell gasifier; syngas cooler; ash deposition reason; countermeasure

2017-03-06

武文斌，男，1989年出生，2011年畢業(yè)于黑龍江科技大學，本科，助理工程師，從事殼牌煤氣化技術研究工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.22

TQ545

A

1004-7050(2017)03-0068-03

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