殼牌氣化爐運行中的常見問題

劉宏明

（同煤廣發化學工業有限公司,山西 大同 037000）

我國是一個資源大國,具有豐富的煤炭儲量,每年中國的煤炭開采量高達10億t,煤炭資源的消耗占全國能源總消費的7/10以上。我國的煤炭資源主要用于電力工業和運輸行業,煤化工方面消耗的煤炭量也比較多。煤化工工藝的逐漸發展和進步,比較早期和成熟的煤氣化反應裝置有魯奇,而目前國內已經引進了比較先進的荷蘭殼牌氣化爐。

1 殼牌氣化爐的結構和工作原理

殼牌氣化爐是荷蘭的一個氣化爐品牌,具有比較先進的工藝技術,當前我國已引進十余臺荷蘭殼牌氣化爐,但尚未達到成熟階段。氣化爐結構復雜,以此投資成本高,主要用于合成氨、甲醇等。殼牌氣化爐的組成部分有外殼體、內水冷壁、輔屬設備,可分為三大部分,即反應室、輸氣管、合成氣冷卻器。殼牌氣化爐的外殼體能承受氣化反應的高壓力（5.0MPa）,但不能承受其高溫（1 500 ℃）,其內壁側為膜式水冷壁,由水管經焊接組成,水冷壁的表面均勻焊有銷釘,釘的數量級為13mm～16mm,此外,為了對水冷壁形成有效的保護,防止水冷壁被氣化反應的高溫損壞,其表面還涂抹了一層耐火泥,且每根水冷壁管內都均勻分布著來自強制循環泵的循環水,以便將氣化反應產生的熱量及時帶走,防止溫度過高損壞水冷壁［1］。氣化爐的汽包中水汽分離后會產生中壓蒸汽,這些蒸汽將供給裝置自用或被輸送到蒸汽管網。煤粉氣化爐的反應室內在氧氣中進行燃燒,產生氫氣、一氧化碳、甲烷、硫化氫等,形成成分較復雜的粗合成氣,此時的反應溫度較高,約為1 500℃,粗合成氣產生后先被激冷氣激冷,再經過輸氣管被輸送到返向室,此時氣體溫度降低至約900℃,合成氣再經過冷卻器的冷卻后溫度降大幅度降低,在300℃左右,此時要進行粗合成氣的去飛灰處理,將其輸送到下游的高溫高壓飛灰過濾器,除飛灰操作完成后應將約30%的合成氣送至氣化爐作為其激冷氣。在反應溫度適合時,將煤燒嘴燃燒后的熔渣噴射到對面的水冷壁上,一些熔渣會形成固定的渣層,固定再水冷壁上,對水冷壁起到一定的保護作用。若爐溫偏高,水冷壁上的固定渣層會較薄,保護作用較??；若爐溫偏低,則熔渣流動性會較差,導致固定渣層過后,剩余的熔渣會順著固定渣層下流至渣池,通過激冷后濕法排渣至渣池。

2 殼牌氣化爐的特點

對煤種適應性較強是荷蘭殼牌氣化爐的一個顯著特點,因此可利用殼牌氣化爐實現多種煤的轉化,如褐煤、煙煤等等,殼牌氣化爐的煤轉化率較高能達到91%以上。有效氣體成分含量高是殼牌氣化爐的一個重要優勢,在殼牌氣化爐中煤經過反應后,產生的氣體中89%以上都是一氧化碳和氫氣這樣的有效氣體,粗煤氣中的二氧化碳含量極少,只有3%～4%,同時反應后不產生焦油。殼牌氣化爐具有氧耗低的特點,其采用干法進料,因此與德士古等以往的氣化工藝相比耗氧量少,氣化壓力約4MPa。殼牌氣化爐還具有無污染的特點,為環保事業的進行做出了貢獻,殼牌氣化爐產生的粗煤氣其中的硫、氨等污染性氣體都會在后續工藝中被反應掉,不會對環境造成污染。此外,反應后產生的灰渣會等可被作為建筑用料,既創造了效益,又保護了環境。殼牌氣化爐具有十分明顯的優勢,但也存在不可忽視的缺點。如結構龐大、復雜,氣化壓力低。殼牌氣化爐的結構相對更具復雜性,包括煤粉過濾器、煤鎖、渣鎖、灰鎖等各種各樣的裝置。殼牌氣化爐使用干法進料、氣流床氣化（氣化溫度高）、液體排渣（對煤粒度沒有特殊要求）,在活性、結焦性、水、硫、氧、灰分方面敏感性較低,因此可用于多種煤的轉化。雖然從技術層面上講,殼牌氣化爐適用的煤種廣泛,但從經濟角度上考慮,一些煤種不適宜用殼牌氣化爐氣化。如一些水分太高、灰分太低或太高、粉粒過大、灰熔點過高的煤如果用殼牌氣化爐進行氣化將會產生問題,消耗大量的能源,降低經濟效益［2］。

3 殼牌氣化爐運行中的常見問題及其解決方法

3.1 氣化爐無法直接測得反應溫度

煤粉在在殼牌氣化爐內與氧氣、蒸汽混合后一同進行反應,生成主要為一氧化碳和氫氣的粗合成氣,粗合成氣中還含有少量的二氧化碳和甲烷。氣化爐內反應溫度高,約為1 500℃,為此,不乏通過測量原件對爐膛內的溫度進行直接測量,通過一些關鍵指標綜合判斷爐溫情況。當負荷保持不變時,爐溫的高低可通過調節氧氣與煤粉的比來調節,爐溫的判斷則可借助氣化爐反應室的蒸汽產量,合成氣中各種氣體含量的多少及氣化爐的排渣形態的綜合分析來進行判斷。當氣化爐內的溫度高于正常溫度時,會導致換熱后產生過多的蒸汽。當溫度超過灰熔點時,則會使氣化爐內壁無法掛渣,會燒壞氣化爐內壁。如果氣化爐內溫度過低,煤粉受反應條件的影響無法反應完全,大部分的煤粉將隨渣進入排渣系統,導致排渣系統無法正常運轉甚至出現堵渣現象［3］。

3.2 水冷壁損壞及解決方法

由于溫度過高,氣化爐內的溫度只能通過蒸汽產量、合成氣的組分含量和爐渣外觀的綜合分析進行判斷,而不能直接測得,同時,氣化爐爐溫會受煤種變化而變化,還會受操作過程中氧碳比的影響。爐溫的高低會對水冷壁上渣層的形成及厚度造成直接的影響。當煤種保持不變時,若爐溫過高,則形成的渣層會過于薄,無法對水冷壁形成足夠的保護,容易導致高溫熔掉襯釘,損壞水冷壁；當爐溫過低時,形成的渣層會較厚,能很好的保護好水冷壁。當水冷壁的管道出現堵塞或水量不足的情況時,反應熱不能及時被循環水帶走,也會造成水冷壁干燒,損壞水冷壁。目前有效避免水冷損壞的方法如下：當煤種比較穩定時,可選用配煤,將氣化爐用煤調到合適的灰熔點,使其適合殼牌氣化爐的操作溫度,保證水冷壁掛渣。

3.3 燒嘴、燒嘴罩損壞原因及解決方法

殼牌氣化爐運行中常常會出現燒嘴、燒嘴罩損壞,導致燒嘴冷卻水漏入氣化爐,阻礙氣化爐正常運行,難以控制爐溫,造成渣口堵渣,最終導致氣化爐停工。殼牌氣化爐的燒嘴、燒嘴罩的損壞原因主要有以下幾點。第一,煤線速度、密度標定偏高,實際煤粉流量偏低。在氣化爐的運行中,通過速度計和密度計計算得出煤燒嘴的煤粉流量,從而確定O/C,進而確定合適的氣化爐溫度。若速度計、密度計偏高,將導致氣化爐溫度過高,水冷壁無法掛渣,損壞燒嘴、燒嘴罩。為了解決這一問題,應多次標定煤線的速度計和密度計,確保其準確性。第二,煤線速度過低。殼牌氣化爐的操作壓力為4MPa,若煤線的速度過低,則燒嘴與火焰的距離越近,燒嘴頭熱量較高,容易被損壞。為了解決這一問題,應及時調整煤線速度,將所有的燒嘴的煤粉速度都提升至7.5m/s以上,以便防止燒嘴、燒嘴罩因距離火焰過近、熱量過高而被損壞。

4 結論

殼牌氣化作為一種新的、先進的氣化工藝,與傳統的氣化工藝相比具有較顯著的優勢,但在其運行中仍常常出現一些問題,影響經濟效益和社會效益。為了實現殼牌氣化爐的長周期運行,必須有效解決這些問題。為此,對殼牌氣化爐運行中的常見問題進行調查和分析,探索和總結出有效的解決方法具有十分重要的現實意義。

參考文獻：

［1］ 夏正峰,孫中華.殼牌煤氣化爐的設備特性及技術管理探討［J］.化工管理,2017（2）：178.

［2］ 解晉業.殼牌煤氣化裝置氣化爐安全隱患及其分析［J］.探索科學,2016（6）：385,387.

［3］ 齊云飛.試論殼牌氣化爐的結構特點及操作維修［J］.科技視界,2016（23）：320,325.