Shell粉煤氣化裝置合成氣冷卻器積灰結(jié)垢的分析與對(duì)策

常秀華

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

Shell粉煤氣化裝置合成氣冷卻器積灰結(jié)垢的分析與對(duì)策

常秀華

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

對(duì)SGC容易積灰的原因和其將會(huì)產(chǎn)生的一些危害進(jìn)行了分析，對(duì)合成氣冷卻器飛灰的這一現(xiàn)象作了概述，并對(duì)Shell粉煤氣化裝置的一些簡(jiǎn)易流程工藝進(jìn)行了介紹。同時(shí)，對(duì)有效防止SGC積灰的控制方法從激冷溫度、飛灰粒徑以及配煤控制等方面進(jìn)行了介紹。

積灰；結(jié)垢；堵塞；控制方法

Shell煤氣化工藝，作為當(dāng)今全球范圍內(nèi)最為先進(jìn)的第二代煤氣化工藝之一，其從進(jìn)料方式來(lái)看，屬于氣流床氣化。相對(duì)其他的一些氣化爐，Shell工藝由于擁有碳轉(zhuǎn)化率相對(duì)較高、對(duì)大氣環(huán)境污染小、煤種的適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，在近些年一直得到國(guó)內(nèi)很多行業(yè)的青睞和追捧，例如，甲醇業(yè)、發(fā)電業(yè)和國(guó)內(nèi)化肥行業(yè)等[1]。當(dāng)然，Shell工藝也會(huì)受到很多其他因素的影響，如，燒嘴罩泄露或是失效、合成氣冷卻器結(jié)垢等。在這其中，較為難解決的問題是合成氣冷卻器積灰問題。近年來(lái)，經(jīng)過眾多技術(shù)改進(jìn)，當(dāng)前SGC積灰問題已經(jīng)得到了有效的解決，在此基礎(chǔ)上也得到了一定的經(jīng)驗(yàn)。

1 Shell煤氣化工藝流程簡(jiǎn)述

Shell煤氣化技術(shù)的一般工藝流程有：當(dāng)氧氣經(jīng)過氧氣預(yù)熱器被升溫到某特定溫度后，與中壓過熱蒸汽混合在一起，并導(dǎo)入噴嘴，之后，煤粉進(jìn)入氣化爐。在氣化爐的最上端，大約1 500 ℃的高溫合成原料被從壓縮機(jī)冷的合成器調(diào)至900 ℃左右，然后，再由此按照一定的順序進(jìn)入輸氣導(dǎo)管，此時(shí)，所有的傳熱器都會(huì)由高壓鍋爐水再次進(jìn)行強(qiáng)制性的循環(huán)，待到熱量回收后，該合成的原料氣溫度就會(huì)下降至300 ℃左右，進(jìn)入到陶瓷過濾器。此時(shí)，大約有99%的粉塵會(huì)被除掉。圖1為Shell煤氣化工藝的部分流程。

圖1 殼牌煤氣化工藝(SCGP)流程簡(jiǎn)圖

2 合成氣冷卻器結(jié)垢的表現(xiàn)

2.1 入口和出口溫度升高

當(dāng)合成氣冷卻器內(nèi)部結(jié)垢后，入口與出口處溫度的明顯上升便作為首先的突出的表現(xiàn)，而這其中，表現(xiàn)最為突出的就是合成氣冷卻器入口處的溫度。究其原因主要是，當(dāng)其發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象后，冷卻器的自身?yè)Q熱性能就會(huì)下降，之前熔融的飛灰黏結(jié)在測(cè)溫的原件紙上，因此導(dǎo)致其測(cè)量值較高。

2.2 合成氣冷卻器過熱段差壓持續(xù)升高

一般正常情況下，過熱段的壓差較為穩(wěn)定，而當(dāng)水冷壁上的飛灰黏結(jié)速率和合成氣吹掃的速率近乎一樣時(shí)，那么此時(shí)，就會(huì)達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生一定的轉(zhuǎn)變，或者是氣化爐在高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，如果激冷氣量比較起來(lái)并不算充足時(shí)，那么在合成氣之間所夾帶的一些飛灰在經(jīng)過激冷后仍會(huì)繼續(xù)保持熔融狀態(tài)。最后，通過輸氣導(dǎo)管才能夠得以冷卻，并沉積在合成氣冷卻器的周邊，造成過熱段的壓差進(jìn)一步的提升。

3 合成氣冷卻器結(jié)垢的危害

合成氣冷卻器結(jié)垢，只有當(dāng)合成氣冷卻器的入口處被堵塞超過百分之五十的時(shí)候才會(huì)被察覺。這時(shí)，將會(huì)逼迫工廠通過降負(fù)荷的方法生產(chǎn)，甚至非計(jì)劃性的停車。

如果情況進(jìn)一步惡化，該通道就會(huì)被堵塞，而運(yùn)行還在持續(xù)當(dāng)中，那么高速合成氣對(duì)輸氣導(dǎo)管以及合成氣就會(huì)形成開口，最后就會(huì)使得高溫爐水發(fā)生泄漏，進(jìn)而使得洗滌塔出口處的溫度升高，最后導(dǎo)致連鎖性的停車。

嚴(yán)重堵塞的合成氣冷卻器入口段，見圖2。

圖2 嚴(yán)重堵塞的合成氣冷卻器入口段

4 避免結(jié)垢的措施

4.1 改變?cè)厦悍N的灰分組成

從表1可以看出，大多數(shù)煤灰中SiO2含量比較大，且大都呈現(xiàn)酸性，在這其中，堿性氧化物的存在也對(duì)降低灰熔融的溫度起到了一定的幫助作用。

表1 燃燒后的灰分成分表

在我國(guó)，一些廠家通過相互的交流與學(xué)習(xí)，最終得出，要想解決合成氣冷卻器結(jié)垢，首先要配煤或者是摻燒石灰石。

4.2 增加激冷氣量，控制SGC入口溫度

在經(jīng)過激冷后，合成氣的溫度大概是灰熔融點(diǎn)的三分之二，從冷口進(jìn)入到過熱器的入口，這時(shí)候，合成氣溫度就會(huì)降低至150 ℃。而當(dāng)激冷量不足，或者激冷氣溫度過高時(shí)，此時(shí)的飛灰即便已經(jīng)固化，但其黏性仍然沒有失去，從而會(huì)粘在中壓過熱器十字上面，或是管壁上[2]。

在實(shí)際的生產(chǎn)過程當(dāng)中，我們一般都會(huì)用“過度激冷”的方法，較為典型的激冷后溫度為850 ℃。

4.3 控制飛灰粒徑

正常情況下，飛灰粒徑在1 μm～100 μm，其分布見圖3。相關(guān)研究表明，SGC結(jié)垢和飛灰的粒徑分布之間有著很緊密的聯(lián)系，當(dāng)<1 μm的飛灰粒子比較多時(shí)，就很容易產(chǎn)生SGC的堵塞，而>100 μm的飛灰顆粒較為嚴(yán)重時(shí)，也就只有少部分會(huì)在管壁形成相對(duì)穩(wěn)定的飛灰滯留表層。

圖3 飛灰粒徑分布

4.4 調(diào)整敲擊器的振打頻率

在需要清潔的一些受熱面板表面用氣動(dòng)操作的敲擊器進(jìn)行脈動(dòng)敲擊，有黏性沉淀物的受熱面筒體被聲波提速到某特定值之后，在沉淀物質(zhì)與受熱面相互作用，產(chǎn)生不同的慣性作用，使沉淀物最終會(huì)被抖落。

為了防止由于脈動(dòng)傳輸對(duì)受熱面產(chǎn)生一定的破壞，需要將帶冷卻的裝置焊在受熱面上。共有58個(gè)敲擊裝置，7個(gè)儀表控制臺(tái)分別對(duì)其進(jìn)行控制，分為單敲、雙敲2種，如果發(fā)現(xiàn)有結(jié)垢的傾向，可以用雙敲，以此來(lái)增加氣源的壓力，并進(jìn)行處理。

4.5 氧煤比的調(diào)節(jié)

以原料中煤的灰含量為10%為例進(jìn)行說明，如果SGC出現(xiàn)結(jié)垢情況，那么還沒有燒完的粉煤就會(huì)使合成氣冷卻器十字吊架的堵塞加劇。造成這一情況的原因是煤的中溫?zé)峤猓蠹s在400 ℃～600 ℃。此外，由于爐膛內(nèi)部介質(zhì)的性質(zhì)也不完全一樣，所以灰渣中的鐵也是不一樣的價(jià)態(tài)[3]。

4.6 合成氣冷卻器入口采用新吹灰器

由于十字吊架處很容易積灰，對(duì)此，我們首先應(yīng)該增加反吹的次數(shù)，然后再于該處裝上吹灰器，借此對(duì)整個(gè)吊臂都進(jìn)行清理，最后，再將中央吹灰器安裝在蓋板的最頂端，這樣就使得接受吹掃的表面積增大，即便是一些松散凌亂的小灰塵也能夠輕松掉下來(lái)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)SGC容易積灰的因素和其產(chǎn)生的一些危害進(jìn)行分析了解到，由于入口和出口溫度上升以及合成氣冷卻器過熱段壓差持續(xù)上漲，將會(huì)導(dǎo)致合成氣冷卻器出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，從而會(huì)造成合成氣冷卻器出現(xiàn)堵塞進(jìn)而產(chǎn)生連鎖停車的情況。通過改變?cè)厦悍N的灰分組成和氧煤比大小還有增加激冷氣量以及調(diào)整好敲擊器的振打頻率，可以有效地減少積灰情況的發(fā)生，同時(shí)，也可以在合成氣冷卻器入口使用新的吹灰器來(lái)增大吹掃的面積，將一些比較微小的灰塵吹掃下來(lái)。Shell粉煤氣化裝置合成氣冷卻器積灰結(jié)垢問題的有效解決，可以更進(jìn)一步提升Shell工藝的使用效果，對(duì)國(guó)內(nèi)煤氣化工藝的發(fā)展具有重要的意義。

[1] 閔文偉，劉軍.貧瘦煤對(duì)Shell粉煤氣化過程積灰影響研究[J].天津化工,2015,29(6):24-27.

[2] 田森.Shell粉煤氣化裝置激冷氣壓縮機(jī)高速軸振動(dòng)問題的研究[J].小氮肥,2016,44(8):14-15.

[3] 李斌，劉軍.Shell粉煤氣化裝置優(yōu)化配煤方案研究[J].中氮肥,2016,12(6):15-18.

AnalysisandcountermeasureforashaccumulationandfoulingofsyntheticgascoolerforShellpulverizedcoalgasificationdevice

ChangXiuhua

(DatongGuangfaCoalChemicalIndustryCo.,Ltd.,DatongShanxi037000,China)

The factors for ash accumulation and its harm are analyzed, and the phenomenon of fly ash on synthetic gas cooler is summarized, and some simple process of the device for Shell pulverized coal gasification is introduced. At the same time, the control method of effectively preventing SGC ash accumulation is introduced, including chilled temperature, particle size of fly ash and coal blending control.

ash accumulation; scalling blockage; control method

2017-03-06

常秀華，男，1988年出生，2011年畢業(yè)于東北石油大學(xué)，本科，助理工程師，從事殼牌煤氣化方面工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.33

TQ545

A

1004-7050(2017)03-0097-03

化機(jī)與設(shè)備