殼牌粉煤加壓氣化裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及應(yīng)對措施

閔文偉

（天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452）

天津渤化永利化工股份有限公司有日處理煤量2000t殼牌粉煤加壓氣化裝置兩套，配套30萬t合成氨、50萬t甲醇和4.6億標(biāo)m3的制氣裝置，項(xiàng)目自2007年5月份開工建設(shè)，2010年8月和10月兩臺爐相繼一次開車成功，從開車到穩(wěn)定運(yùn)行，工程技術(shù)人員花了大量的時間進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，先后對工藝操作、工藝流程再造、設(shè)備改造、儀表電氣優(yōu)化等方面進(jìn)行大膽創(chuàng)新，收到了較好效果，為長周期高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，下面就運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題及應(yīng)對措施與大家進(jìn)行探討和學(xué)習(xí)。

1 流程介紹

殼牌煤氣化技術(shù)采用干粉煤加壓氣化，是當(dāng)今清潔利用煤炭資源的國際先進(jìn)技術(shù)之一［1］。干煤粉多燒嘴進(jìn)料，高溫高壓氣化，廢熱鍋爐冷卻，具有調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、碳轉(zhuǎn)化率高，氧耗低，冷煤氣效率和熱效率高，煤氣有效氣CO+H2含量高，含塵量低，燒嘴壽命長，氣化爐內(nèi)無耐火磚襯里和轉(zhuǎn)動部件，維護(hù)量少，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期長，無需備爐，單爐生產(chǎn)能力大，煤種適應(yīng)性廣，環(huán)境友好等特點(diǎn)。殼牌加壓粉煤氣化裝置主要由煤粉制備、煤粉加壓輸送、加壓氣化、渣水脫除、干法除灰、濕法除灰、初步水處理和公用工程共8個單元組成。

2 運(yùn)行中出現(xiàn)的問題

2.1 殼牌煤氣化因其采用粉煤為原料，對煤種的使用性比較廣，不同的廠家，因設(shè)計(jì)煤種不同，氣化裝置的設(shè)計(jì)不盡相同，開車初期由于對殼牌工藝了解不深，對煤質(zhì)控制不嚴(yán)，多次因煤質(zhì)波動造成氣化爐堵渣或氣化爐過燒，水冷壁澆注料嚴(yán)重脫落等問題。

2.2 螺旋輸送給料機(jī)是煤粉制備單元中的關(guān)鍵設(shè)備，主要將煤粉袋式過濾器收集下來的煤粉經(jīng)過螺旋輸送給料機(jī)輸送到下游或是分配到煤粉加壓輸送的另一個系列，在開車過程中多次出現(xiàn)螺旋輸送給料機(jī)故障，造成氣化爐減負(fù)荷的事故。

2.3 開工燒嘴是殼牌煤氣化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，運(yùn)行的好壞直接關(guān)系到開車的進(jìn)程，也是殼牌關(guān)鍵設(shè)備中操作最困難，技術(shù)要求最高的設(shè)備，各廠家在這個設(shè)備的操作中都出現(xiàn)大大小小的困難，點(diǎn)火過程中經(jīng)常出現(xiàn)燒毀，延長開車時間的問題。

2.4 氣化爐實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計(jì)值，即使短時間達(dá)到100%負(fù)荷，13TI0019溫度超過750℃，合成氣冷卻器很快就會出現(xiàn)積灰問題，不能達(dá)到長周期運(yùn)行要求[2]。

2.5 撈渣機(jī)是渣水脫除單元中關(guān)鍵設(shè)備，在原始開車過程中，經(jīng)常出現(xiàn)渣撈不走，減速機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)行振動大，頻繁故障無法運(yùn)行的問題。

3 原因分析及應(yīng)對措施

3.1 殼牌煤氣化技術(shù)煤種適應(yīng)性強(qiáng)存在認(rèn)識上誤區(qū)，適應(yīng)性強(qiáng)指的是殼牌煤氣化對煤種的要求不高，從無煙煤到褐煤都可以采用煤氣化粉煤加壓技術(shù)，但一旦設(shè)計(jì)煤種確定后，氣化爐設(shè)計(jì)就定型了，實(shí)際生產(chǎn)的煤種也就只局限在設(shè)計(jì)煤種上下2%～3%的波動，同時對煤質(zhì)的穩(wěn)定性要求十分苛刻，波動范圍窄，爐溫控制要求精準(zhǔn)［3］。

原因分析：首先，殼牌粉煤加壓氣化技術(shù)工藝包設(shè)計(jì)關(guān)鍵設(shè)計(jì)依據(jù)是設(shè)計(jì)煤種，一旦煤種確定，整個工藝各單元系統(tǒng)都是根據(jù)煤種的灰分、熱值、揮發(fā)分、水分等關(guān)鍵指標(biāo)設(shè)計(jì)磨煤輸送能力，渣、灰處理能力，如實(shí)際生產(chǎn)過程中所用煤種與設(shè)計(jì)煤種有較大差別，特別是灰分指標(biāo)超設(shè)計(jì)值較多，就會出現(xiàn)氣化爐負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計(jì)值，而渣灰處理能力已超設(shè)計(jì)值。其次，對煤質(zhì)管理的不重視，認(rèn)為殼牌煤氣化爐與鍋爐類似，把原料煤當(dāng)燃料煤，灰熔點(diǎn)高了，認(rèn)為多加石灰石就可以調(diào)整過來，忽視了煤質(zhì)的不均勻性和石灰石添加系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，因煤質(zhì)的不穩(wěn)定，爐溫波動大，靠人為調(diào)整氧煤比來維持爐溫恒定，幾乎做不到，氣化爐水冷壁不是過燒就是渣口堵渣，很難使氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行，抓好煤質(zhì)管理是氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行的前提。最后，爐溫的控制不能單單靠13FI0047來控制，應(yīng)參考其它參數(shù)共同判斷爐溫變化，做到早判斷，早調(diào)整，發(fā)現(xiàn)異常及時調(diào)整。13FI0047是反映小室蒸汽產(chǎn)量的計(jì)量點(diǎn)，也是爐溫高低最直接的控制點(diǎn)，13FI0047的控制也不是一成不變的，與煤種，與水冷壁澆注料厚度、下游中壓蒸汽管網(wǎng)壓力波動等因素息息相關(guān)，如果爐溫的控制單憑這一個點(diǎn)，就容易出現(xiàn)爐溫控制不是過高就是過低的情況，嚴(yán)重時直接導(dǎo)致停車［4］。

處理措施：首先，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，要嚴(yán)格控制入爐煤的煤質(zhì)和均一性，煤質(zhì)控制主要抓住與設(shè)計(jì)煤種的統(tǒng)一，嚴(yán)格控制原料煤的水分、揮發(fā)分、灰熔點(diǎn)、熱值、灰分，越接近或優(yōu)于設(shè)計(jì)煤種為宜，水分和揮發(fā)分主要考慮磨煤干燥能力和磨煤布袋的安全性，灰分和熱值主要考慮渣、灰系統(tǒng)的處理能力和經(jīng)濟(jì)性，灰熔點(diǎn)主要考慮爐溫控制要溫。一般情況下，原煤控制值水分不超過12%，揮發(fā)分不超過28%，灰熔點(diǎn)在1400-1450℃，熱值大于2.39±107J/kg，灰分在12%～16%為宜。其次，在均一性上，要求對原煤進(jìn)行四點(diǎn)控制法，從礦點(diǎn)、入庫、混配、入爐進(jìn)行多點(diǎn)控制，每步都嚴(yán)格把關(guān)，每堆煤進(jìn)行多點(diǎn)取樣，一般一個混樣，三個分樣，以檢驗(yàn)原煤或混配后的均一性，要求灰熔點(diǎn)相差不超過50℃，灰分不超過2%p[5]。最后，在爐溫的控制上可以參考甲烷含量、二氧化碳含量、急冷段水汽密度、渣水密度、小室蒸汽產(chǎn)量、渣的型態(tài)、灰渣殘?zhí)慷鄥?shù)來判斷爐溫的變化趨勢，特別是水淬渣中小細(xì)渣、針形渣、玻璃渣各自占的比例來判斷爐溫的高低，要求多取渣，多看渣，每兩小時取一次渣，遇到氧煤比調(diào)整較多和負(fù)荷調(diào)整較大時，更是如此，通過這種日積月累，找出適合自己煤種的負(fù)荷與13FI0047的對應(yīng)關(guān)系。

3.2 螺旋輸送給料機(jī)技術(shù)要求較高，設(shè)備選型上較困難，實(shí)際運(yùn)行達(dá)不到要求，同時在設(shè)備配置上不合理，可以取消部分設(shè)備。

原因分析：螺旋輸送給料機(jī)在設(shè)備配置上共8臺，分別為X1102A/B/C/D四臺，X1104A/B兩臺，X1205A/B兩臺，原設(shè)計(jì)考慮輸送煤粉容易造成軸承進(jìn)粉損壞的特殊性，要求給料機(jī)為通軸設(shè)計(jì)，約10m的鉸刀中間不允許有支撐軸瓦，支撐全部靠兩端的軸承座支撐，實(shí)際運(yùn)行中長軸有一定的撓度，經(jīng)常出現(xiàn)兩端軸承進(jìn)煤粉磨損嚴(yán)重，造成故障。同時在設(shè)備配置上，我們發(fā)現(xiàn)X1102A/C和X1205A/B與V1201上下落差較大，不需要傳動設(shè)備就自己自流下粉[6]。

處理措施：針對長軸較大這一固有缺點(diǎn)，通過設(shè)備改造，將長軸增加中間支撐軸瓦，以3m左右為長度單位，進(jìn)行增設(shè)，減少因軸撓度大對軸承的影響，同時定期對軸承進(jìn)行加油，達(dá)到了較好效果，故障率大大降低，更換時間大大縮短。經(jīng)過對落差和下煤自流角度的計(jì)算，取消了X1102A/C和X1205A/B，由原設(shè)計(jì)的8臺設(shè)備，縮減到4臺設(shè)備，從實(shí)際運(yùn)行情況看，煤粉自流順暢，也沒用出現(xiàn)管線堵粉的問題，從根本上解決了設(shè)備故障對生產(chǎn)的影響[7]。

3.3 開工燒嘴對氧油比、通道的潔凈度、銅頭的預(yù)緊力、柴油背壓及柴油的控制系統(tǒng)要求非常嚴(yán)格，在開車過程中有一個環(huán)節(jié)出問題，都有可能造成銅頭和或冷卻水夾套燒毀，延緩開車進(jìn)度。

原因分析：開工燒嘴原始設(shè)計(jì)中柴油和氧氣在燒嘴頭部，也就是銅頭部位進(jìn)行混合，噴出頭部后，在點(diǎn)火燒嘴引燃的條件下，點(diǎn)火燒嘴才能點(diǎn)著，點(diǎn)火過程中先進(jìn)柴油，后進(jìn)氧，柴油一般先給個預(yù)開度，柴油穩(wěn)定后，在進(jìn)氧，在進(jìn)氧過程中如果出現(xiàn)氧壓和流量波動，氧煤比波動大，輕則燃燒不好，火焰強(qiáng)度差，重則直接燒毀銅頭和水夾套，即使通過模擬試車，用氮?dú)獯嫜鯕饽M整個開車過程，也時常出現(xiàn)燒毀的問題，設(shè)計(jì)不合理是其主要問題。

處理措施：西安航天［8］針對開工燒嘴容易燒毀的問題，利用設(shè)計(jì)院自身優(yōu)勢，結(jié)合點(diǎn)火、燃燒的原理，從設(shè)計(jì)上改變了柴油和氧氣在頭部混合容易燒毀的缺陷，研發(fā)了點(diǎn)火開工一體化燒嘴，柴油和氧氣分別走兩個通道，在頭部外混合，另外利用節(jié)流膨脹原理使頭部在介質(zhì)流過后能自然冷卻，達(dá)到自保護(hù)的作用，另外在對氧油比的控制上，波動范圍也大大變寬，柴油壓力、流量波動能力也增強(qiáng)，開工的成功率幾乎百分之百。

3.4 循環(huán)氣壓縮機(jī)是殼牌煤氣化裝置核心設(shè)備之一，打氣量的不足是造成氣化爐不能高負(fù)荷運(yùn)行的主要原因。

原因分析：循環(huán)氣壓縮機(jī)的打氣量直接關(guān)系到氣化爐負(fù)荷率，在原始設(shè)計(jì)中，氣化爐激冷比設(shè)計(jì)為1.0～1.1，激冷后的溫度為900℃，13TI0019溫度為2/3FT-150℃，保守約750℃，但各廠家使用煤種不同，溫度控制也不多盡相同，通過運(yùn)行激冷比在1.25以上，19溫度控制在700以下是比較符合長周期穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)際要求的，在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上怎樣增加大氣量對負(fù)荷提升尤為重要。

處理措施：K1301循環(huán)氣壓縮機(jī)原始設(shè)計(jì)打氣量為193572kg/h，機(jī)組在設(shè)計(jì)之初電機(jī)富裕量較大，只通過對葉輪的改造，使打氣量提升到241965kg/h（提高25%），負(fù)荷也從80%提升到92%，為了使負(fù)荷進(jìn)一步提升，通過增加支撐瓦接觸面積，電機(jī)和變頻器擴(kuò)容，使打氣量提高到275000kg/h（又提高15%），使負(fù)荷具備了105%的能力[9]。

3.5 撈渣機(jī)溢流堰設(shè)計(jì)不合理，張緊裝置設(shè)計(jì)不合理。

原因分析：刮板撈渣機(jī)主要用于從液體與固體混合物中將符合一定粒度的固體物質(zhì)分離出來。刮板撈渣機(jī)由前后箱體組成，前箱體盛渣，通過溢流堰將清液溢流到后箱體，在經(jīng)過初步水處理系統(tǒng)處理后回用，原撈渣機(jī)溢流堰設(shè)計(jì)較高，撈渣機(jī)在撈渣過程中，液位控制較高，刮板經(jīng)過前箱體的上箱體時，只有少部分渣撈走，經(jīng)過幾輪下渣后，渣堆積在上箱體的爬坡段，越積越多，最后造成堵渣，減速機(jī)超負(fù)荷跳車，溢流堰高造成液位高，撈渣效率低。撈渣機(jī)在原設(shè)計(jì)中張緊裝置在機(jī)頭，撈渣機(jī)的鏈條經(jīng)過一段時間運(yùn)行后，鏈條有拉長的現(xiàn)象，為避免上下刮板相互剮蹭，幾乎每個月都要對鏈條進(jìn)行截?cái)嗾{(diào)整，每次調(diào)整都要對減速機(jī)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

處理措施：針對溢流堰設(shè)計(jì)不合理的問題，將溢流堰往下調(diào)整，溢流堰的上堰略高于前箱體底部導(dǎo)向輥100mm左右，使撈渣時液位降低，提高撈渣效率，在一個下渣周期內(nèi)保證渣能拉走，同時在溢流堰門洞內(nèi)增加過濾網(wǎng)，防止大渣塊溢流過去影響渣水泵的運(yùn)行。針對張緊裝置不合理的問題，將張緊裝置改為機(jī)尾張緊，通過增加改向棍、彈簧和絲桿，調(diào)整鏈條的預(yù)緊力，免除了頻繁截短鏈條和調(diào)整減速機(jī)的工作，使撈渣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行周期大大加強(qiáng)。

4 結(jié)束語

針對殼牌粉煤加壓氣化裝置開車后陸續(xù)暴露出的問題，在對產(chǎn)生這些問題的原因進(jìn)行認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的解決辦法并實(shí)施改造，達(dá)到了長周期高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行目的。

［1］唐宏青.Shell煤氣化工藝的評述和改進(jìn)意見[A].煤化工，2005：06.

［2］吳楓，閻承信.關(guān)于Shell氣化法原料用煤的探討[J].大氮肥，2002：05.

［3］任曉旺.殼牌煤氣化裝置的生產(chǎn)運(yùn)行與技改措施[J].化肥設(shè)計(jì),2011：01.

［4］陸文學(xué),徐美同.殼牌（shell）煤粉加壓氣化技術(shù)[J].燃料與化工,2003：05.

［5］張彥民,候劉濤.殼牌氣化爐垮渣事故的原因及處理[J].化肥設(shè)計(jì),2010：03.

［6］張冬梅.Shell氣化爐中大塊渣形成機(jī)理及析鐵過程研究[D].安徽理工大學(xué),2012.

［7］劉澤,唐煜.撈渣機(jī)故障分析及技術(shù)改造[A].化學(xué)工程師,2012：04.

［8］曾小毛,陳利.開工燒嘴檢修要點(diǎn)及改進(jìn)方法[J].大氮肥,2011,（34）：3.

［9］蘇瑩瑩.shell煤氣化撈渣機(jī)故障分析及解決措施[B].化工設(shè)計(jì)通訊,2015,（41）：1.