影響SHELL煤氣化長周期運行的瓶頸與解決方法

閆海營（神華鄂爾多斯煤制油分公司，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

影響SHELL煤氣化長周期運行的瓶頸與解決方法

閆海營（神華鄂爾多斯煤制油分公司，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

shell煤氣化裝置在當前世界的各種煤氣化裝置中效率值最好、適應范圍廣、污染最小。國內引進了19套SCGP裝置共23臺爐，煤氣化裝置的低成本長周期安全運行成為許多公司需要考慮的問題。文章通過對當前shell煤氣化裝置影響長周期運行的問題進行分析，淺談操作優化以及技術改造。

shell煤氣化裝置；長周期運行；操作優化；技術改造

Shell粉煤氣化技術是荷蘭殼牌公司開發的一種清潔環保的煤制合成氨技術，該技術首次應用于荷蘭Demkolec 25萬KW整體煤氣化燃氣—蒸汽聯合循環發電工廠，于1993年開始運行，連續運行周期逐漸提高。其節約型和清潔型的特性也是目前化工生產節能減排和循環經濟利用的有效途徑。由于氣化反應在高溫下進行，且原料粒度很小，氣化反應進行的極其充分，影響環境的副產物很少，可以做到接近零排放，相比其他德士古等煤氣化工藝，屬于“清潔煤”工藝。在進入中國后，殼牌煤氣化技術迅速被應用到大型化工公司。工業界對這種裝置的評價比較高——安全、穩定、使用壽命長、運行效率高等等。當前影響殼牌煤氣化裝置長周期運行的原因主要有內因也就是設備本身和外因操作經驗兩方面。通過技術改造或者提高操作水平，能夠有效的改變裝置的運行狀況。

1 內因對殼牌煤氣化的運行影響分析與解決方法

1.1 合成器過濾器濾芯故障

最初過濾器濾芯采用陶瓷濾芯，由于設計負荷偏小或者反吹閥故障以及工況發生重大變化，如系統壓力波動、煤種變化造成飛灰粘度變大等原因，合成氣中的大量飛灰堆積會引發過濾器濾芯出現裂縫，嚴重時可能引發濾芯瓷管斷裂。對激冷氣壓縮機以及下游水洗塔造成很大的影響。

目前普遍的解決方法是：采用國產化金屬濾芯代替陶瓷濾芯，金屬濾芯強度高，可以滿足過濾要求，應對系統壓力波動以及除橋的情況下，使用壽命可達兩年左右。

1.2 煤燒嘴以及燒嘴罩故障

燒嘴罩工作頻率高，且處于外圍運作。當前國內所采用的每一臺殼牌煤氣化裝置統計，均發生過或大或小的燒嘴罩泄漏。

通過改進燒嘴罩技術將整個燒嘴罩向氣化爐內延伸25mm，燒嘴罩水冷管噴嘴由φ5mm改為φ6mm，燒嘴罩的使用壽命越來越長。

1.3 合成氣冷卻器

長期運行的裝置尤其低負荷高溫運行容易使合成氣冷卻器十字吊架積灰結垢。積灰結垢是不可逆的，會影響冷卻器內的空間，合成氣通道變小對會設備造成沖刷，同時合成氣冷卻器換熱效果下降，合成氣溫度升高。影響裝置的穩定持續性能。

經過長期運行總結出，保持合成氣冷卻器入口13TI0019點溫度在650℃以下，十字吊架處積灰速度明顯比溫度高時低很多。這需要激冷氣壓縮機提供充足的合成氣量，使合成氣中的飛灰的黏度降低，減少飛灰積聚；盡量保持高負荷適當降低爐溫運行；通過調節配煤比例改變飛灰的固化溫度；另外也可以采用加大激冷氣量降低合成氣的溫度。

1.4 氣化爐環形空間在運行時為負壓，容易進高溫氣體，對燒嘴膨脹節損害較大，溫差產生積液對燒燼管線與氣化爐連接管件造成腐蝕泄漏

經過對燒燼管線的改造由兩個進口改為一個進口，并保持小流量氮氣的通入，保證環形空間微正壓。

1.5 設備以及連接部件材質的影響

經過長周期的運行，有些設備或管道出現腐蝕、泄漏、堵塞的情況，重點部位會影響到裝置的安全運行。

渣水循環泵泵殼磨穿，由于渣水密度較高，泵殼在長時間磨蝕下發生泄漏造成系統停車。

激冷氣壓縮機冷熱氣體匯集處三通材質不高造成腐蝕穿透造成系統停車。

環形空間氮氣管線與氣化爐以及合成氣冷卻器連接處，溫差大造成冷卻積液腐蝕穿透，造成系統停車。

冷氣壓縮機的入口過濾器，壓縮機前管道被腐蝕，導致灰塵和雜質進入過濾器，長期累積引發堵塞。

除渣系統渣池、渣收集器，介質為高密度渣水，在長周期運行下部分管件或者設備本身受沖刷磨蝕的情況下發生泄漏造成系統停車。

應對類似以上磨蝕泄漏情況，我們在日常生產中應該加強風險辨識，重點部位設置管理臺賬，在運行或者停工檢修期間進行測壁厚監控重點部位運行情況，擇機更換管件消除隱患。

2 外因對殼牌煤氣化的運行影響分析與改進方法

2.1 單燒嘴跳車對氣化爐運行的影響

在原始設計中，當四個煤燒嘴有一個熄滅，此時總負荷控制器在串級控制狀態，其余三個煤燒嘴將平均分擔總負荷。需要操作人員及時將三條煤線負荷控制器打手動，阻止負荷上升防止單燒嘴過氧造成燒嘴損壞。

單燒嘴跳車后，系統壓力瞬間大幅下降，對煤線穩定性以及爐溫影響很大。

針對此類情況，我們將四條煤線負荷控制器打在“手動”位置，當有燒嘴跳車時，剩余的燒嘴負荷不會自動升負荷，杜絕了因單燒嘴跳車發生過氧現象。

2.2 升降負荷速度對氣化爐運行的影響

氣化爐在升降負荷時原始設計曲線速度過快，在降負荷的過程中，如果不及時提升O/C調節煤量，氣化爐爐溫過低，會造成氣化爐堵渣，嚴重時渣口堵塞造成停車；在提升負荷的過程中，如果不及時降低O/C調節煤量，氣化爐爐溫迅速上升會造成爐壁渣層變薄，造成垮渣U1400除渣系統堵渣，嚴重時會引起過氧燒穿燒嘴或者燒嘴罩。

為保證氣化爐長期穩定運行將負荷控制器速率由最初設計的432kg/min，更改為36kg/min。

2.3 煤線速度對氣化爐運行影響

在殼牌氣化爐開工前期對煤線進行標定，目的是煤倉稱重無偏差；使煤線速度計、密度計盡可能接近實際值；相同負荷的情況下四條煤線煤量最大程度上無偏差。

在改進燒嘴罩本身性能的同時，我們通過增加助流氮氣和錐部氮氣流量盡可能把煤線速度穩定控制在8.0m/s以上。保證四個燒嘴的火焰長度盡可能一致，增加氮氣量在一定程度上阻止了因壓力波動、煤粉角閥卡澀等原因產生回火的可能。自調整操作參數后煤燒嘴以及燒嘴罩的運行壽命達到了兩年以上。

2.4 穩定的氣化爐操作溫度

保持氣化爐合適的爐溫以達到“以渣抗渣”保護水冷壁的目的。氣化爐蒸汽產量可作為主要參數，用于確認氣化爐是否運行在操作窗口內；同時可參考渣形微調氣化溫度，CO2和CH4作為監控參數。

2.5 煤種的影響

實際運行經驗表明殼牌氣化爐對煤種也有其適應性的要求，煤的灰分及灰成分是制約殼牌氣化爐長周期穩定運行的主要因素。

表征煤屬性的分析指標很多，但對殼牌氣化工藝有重大影響的指標主要是灰中SiO2/Al2O3比、Fe2O3含量、灰熔點等與灰熔融性有關的指標，直接影響氣化爐穩定運行。當然也與煤中的水分、灰分、揮發分、硫含量、氯+氟含量和可磨指數有一定關系。

3 殼牌氣化爐達到穩定運行的基本要求

(1)穩定的煤質，確保煤質得到控制：

煤粉的顆粒度要求＜5um的應小于5%,＞90um的應小于5%；水分在2%以內、灰分波動在6%以內、灰熔點波動在100℃以內、每次換煤都會帶來風險，操作人員需要適應煤質的變化。

(2)穩定的煤線：單燒嘴煤流量波動控制在5%以內。

(3)原煤煤中雜物控制，如：抹布、保溫棉、墊片、螺栓，充氣錐碎片等。

(4)煤倉、煤線伴熱保溫加強，保持在80℃左右，以保證煤粉輸送效果。

(5)保持穩定的V1205通氣錐流量和單燒嘴助流氮流量。

(6)爐溫控制：在操作窗口內操作,在參考13TI0019點溫度，氣化溫度均值波動的平均幅度為±25℃。

(7)保證V1201A與B稱重盡量小的偏差，在開工前做煤粉循環測試進行標定。

(8)氣化爐系統壓力、以及下游壓力控制穩定、V1205壓力控制穩定。

(9)氮氣系統壓力控制穩定，V1205A/B盡量錯峰充壓。

4 結語

殼牌干粉煤氣化技術（SCGP）作為潔凈煤氣化的新技術在中國投入生產已接近十余年，各家企業的氣化裝置在運行過程中都經歷了諸多問題，不過我們也看到大部分裝置的運轉情況已經越來越好，存在的技術問題逐步解決。隨著國內裝置運轉經驗的積累和相關設備國產優化，神華煤制油通過技術改造及操作人員的培養，相繼完善操作經驗和改進了裝置的工藝設備。殼牌煤氣化裝置實現A級連續運行200天，創造了世界同類型裝置運行最好水平。我們相信殼牌煤氣化裝置的長周期穩定運行是可以實現的。