殼牌氣化爐試開車問題

劉 智

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037003)

1 Shell煤氣化簡介

Shell(殼牌)煤氣化技術是目前世界上先進的氣流床氣化煤氣化技術，具有煤種適應廣泛、氣化爐溫高、氣化氧氣消耗量低、運轉時間長、環境效益好等優勢。其工藝過程為以N2/CO2為載體輸送粉煤、氧氣混合少量水蒸氣再加壓,并流后進入氣化爐,在極短的時間內完成升溫、揮發分燃燒及轉化等一系列物理和化學過程,氣化產物是以H2和CO(約80%～90%)為主的合成氣,CO2(<10%)、N2(根據工況不同而有變化)含量很少，以及其他少量的H2S、CS、CH4等雜質氣體(輸送煤粉的載氣工況不同，合成氣組分略有改變)。合成氣中含有原煤總量中約80%的能量,另外15%的有效能量是以飽和蒸汽的形式獲得的。整個過程大約存在5%的能量流失,使煤炭的能量充分且有效的利用。合成氣可以用來制造純水煤氣、氫、二氧化碳,生產上可以合成甲醇、尿素、氨、含氧化合物等其他的一些衍生物質,還可用于發電和供熱的燃料,并可作為城市用燃料氣供用戶使用[1]。

殼牌的石化燃料氣化技術可以追溯到20世紀50年代，當時開發了以渣油為基本原料的Shell氣化工藝(SGP)，隨后又在渣油氣化工藝的基礎上，又開發出了殼牌粉煤氣化技術。該技術從1972年開始進行大量試驗，直到正式投入商業化運行,前后共經歷大約35年的開發發展歷程。在我國，此套工藝主要用于化工生產，到目前為止建成了多套甲醇、合成氨的先進生產裝置。

2 裝置原理及簡易流程

如89頁圖1，殼牌氣化爐工藝流程圖所示。

1) 原料煤經過磨煤機的研磨和干燥后，由重力和機械輸送送至粉煤貯倉。

2) 干燥的煤粉經過變壓力的鎖斗系統加壓后，進入高壓系統，然后通過對稱式燒嘴與氧氣、蒸汽一并被送入氣化爐內。

3) 在進入氣化爐以后，煤粉與氧氣、蒸汽發生部分氧化反應，極限溫度能達到1 600 ℃，操作窗口溫度大概在1 400 ℃～1 600 ℃。操作壓力在2.0 MPa～4.0 MPa。高溫促使煤中的灰分熔化并流至底部渣池，經冷水淬冷后變成爐渣用渣皮帶送出，避免了有毒熱解副產物的產生。

4) 高溫合成氣用K-1301低溫循環合成氣激冷，使飛灰固化，之后進入合成氣冷卻器得到進一步冷卻，同時產生中壓飽和蒸汽和中壓過熱蒸汽。

5) 氣化爐出來的合成氣進入飛灰過濾器中，通過飛灰過濾器將固體灰顆粒去除掉。

6) 進入冷卻器的合成氣中含大約82%的原煤能量，稱之為冷煤氣效率。氣化爐連同合成氣冷卻器產生的蒸汽大約含15%的額外能量。

7) 進入濕洗工序的合成氣已基本沒有固體微粒，但仍有從煤粉中產生的微量氨及氰化氫等物質。其中氨和鹵素經水洗去除。

8) 系統的工藝水大部分可以循環使用。但是為防止其中雜質的積累，將濕洗的一部分工藝水進行初步水處理，經汽提將其中酸性氣體脫除后，將工藝水返回系統循環使用。

圖1 殼牌氣化爐工藝流程圖

3 試車中遇到問題及解決方法

3.1 磨煤稱重給煤機問題

稱重給煤機設計不足及刮擦斷裂，稱重給煤機是裝置中重要的原煤計量輸送裝置且為動設備。由于前期設計安裝調試時，未發現設計量不足，調試不穩定。但在設備長期運行時皮帶刮爛、稱重流量不準的問題突顯。

3.1.1 皮帶刮爛或斷裂

原因:稱重給煤機皮帶與下煤管距離太近，如圖2所示，只有5 cm，調試時下煤量少，無刮皮帶情況。正常運行中給煤量大，容易與皮帶發生刮擦現象，導致皮帶撕裂或刮爛。

圖2 稱重給煤機改造前、后對比圖

3.1.2 稱重流量不準

原因：校驗不準，內部設定參數不準確。

解決方法：首先，對于皮帶刮擦改造如圖2所示，將皮帶與下煤管距離擴大到8 cm，且對落煤管方向改為15 cm。從而解決了刮擦問題。皮帶校驗改為用沙袋連續校準，修改內部參數，保證了流量的準確性。

3.2 氣化堵渣

對于氣化爐堵渣問題，在每個企業中處想的情況不同。我車間的堵渣問題如圖3氣化爐內部渣口結構圖所示，通常在熔渣進入U1400系統前會形成1和2兩層。1層區域為固定渣層，通常為10 mm左右。2層區域為流動渣層，一般是8 mm～10 mm。當然根據煤種的不同有一定的出入。由于我們在前期試車中對于煤種的了解程度不夠，按照殼牌煤氣化開車表進行操作。導致爐溫控制相對偏低，而導致1層區域逐漸加厚，當留到渣口附近是流動溫度不夠，同時1層和2層同時加厚導致渣口的堵塞。從13pdi0065(氣化爐渣口壓差)的數據波動劇烈可明顯顯示出堵渣的跡象[2]。

圖3 氣化爐內部渣口結構圖

所以在試車過程中，我們要不斷的積累操作經驗，不斷的改善煤質。尋找一個最適合自己的操作區間。為后續更好的操作做好鋪墊和記錄。

3.3 煤線卡塞異物問題

在開車過程中，我們發現4#煤線在跳車一次后，便出現每隔幾個小時，煤量波動非常大的情況。并且全開煤角閥，煤量仍然沒有上升，直至跳車。經過分析判斷。最終確定煤角閥卡塞。

處理措施：在不停車的情況下，首先要保證氣化爐工況穩定。先將U1200煤粉加壓輸送系統充壓完畢，U1500飛灰收集系統充壓完畢。將水汽系統緩慢收小去管網13PV0040A調節閥。保證13PV-0040B有余量，防止在停燒嘴時，汽包壓力波動對外中壓蒸汽管網造成太大影響。然后停掉4#煤燒嘴。同時緩慢提升總氧負荷。保證后工況CO2夠用。當系統穩定后，對煤角閥進行拆開檢查。發現有一條V-1204的長螺栓15 cm左右。檢查完畢，恢復后。正常投入煤燒嘴后，再緩慢降至正常氧負荷。

3.4 飛灰外排管線堵塞

通常飛灰管線堵塞都不外乎幾個因素。

1) 飛灰太濕；

2) 伴熱不夠；

3) 送灰氮氣壓力太低或溫度太低；

4) V-1508送灰倉故障。

處理方法：

1) 飛灰太濕，一般可能是飛灰溫度低或氣化爐漏水造成，檢查U1500系統溫度。同時對氣化粗合成氣進行分析。依次排查，確定正確因素。

2) 伴熱問題是最常見的因素，對應檢查。如發現此類問題，應及時做出處理。排放冷凝水系統，檢查蒸汽伴熱站是否投用。

3) 送灰氮氣問題。操作員應迅速檢查各個儀表確定壓力及溫度，同時結合現場人員進行排查，可及時處理。

4) 當各個因素排查完畢，確定為V-1508送灰倉故障時，應及時聯系設備人員檢維修。以便造成因拖延造成飛灰無法排放。

4 結語

在煤化工企業中，煤氣化試車過程中會出現各式各樣的問題。以上只簡單介紹幾個典型的問題。但是不管發生什么問題，都要沉著應對，首先由第一發現人或直接操作者做出正確的應對措施。若無法解決，必須及時上報。保證任何問題都要及時有效的解決，才能保證裝置安全穩定的運行。