武文斌

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

Shell氣化爐合成氣冷卻器積灰原因及應(yīng)對(duì)策略

武文斌

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

在合成氣冷卻器應(yīng)用當(dāng)中，積灰是經(jīng)常出現(xiàn)的問題。就shell氣化爐合成氣冷卻器積灰原因及應(yīng)對(duì)策略進(jìn)行研究。

shell氣化爐；合成氣冷卻器；積灰原因；應(yīng)對(duì)策略

引 言

我國某企業(yè)，其氣化裝置在生產(chǎn)初期，合成氣冷卻器存在著較為嚴(yán)重的積灰情況，并因此對(duì)氣化爐的周期以及負(fù)荷造成了較大的影響。針對(duì)該問題，該企業(yè)對(duì)積灰問題的形成原因進(jìn)行了深入排查，并采用針對(duì)性的措施進(jìn)行優(yōu)化改善。

1 合成氣冷卻器積灰

在高溫環(huán)境下，煤灰具有較為明顯的黏結(jié)特征，且根據(jù)其種類的不同，也具有著不同的黏結(jié)性。對(duì)此，積灰結(jié)垢問題則經(jīng)常出現(xiàn)在不同氣化爐以及鍋爐當(dāng)中。該企業(yè)積灰現(xiàn)象主要表現(xiàn)在：第一，出口溫度較高。在氣化爐點(diǎn)火投煤，且其負(fù)荷在90%以上后，冷卻器入口溫度一直在650 ℃左右，而出口溫度則為280 ℃左右。此時(shí)，冷卻器良好運(yùn)行，沒有發(fā)生積灰現(xiàn)象。而當(dāng)穩(wěn)定運(yùn)行10 d左右后，其出口溫度逐漸提升，并超出設(shè)計(jì)值340 ℃。在系統(tǒng)設(shè)備以及管道方面，其設(shè)計(jì)操作溫度皆為340 ℃，如果系統(tǒng)較長時(shí)間處于高溫度下，濕洗塔以及飛灰過濾器操作溫度也將逐漸增加，因此，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備與管道形成較大的考驗(yàn)，很可能會(huì)因此使管道出現(xiàn)熱應(yīng)力變形問題，并導(dǎo)致更嚴(yán)重后果的發(fā)生。第二，過熱蒸汽溫度降低。當(dāng)壓力維持在5.5 MPa時(shí)，蒸汽飽和溫度為270 ℃，當(dāng)蒸汽過熱處理后，設(shè)計(jì)值為400 ℃。而當(dāng)冷卻器出現(xiàn)積灰情況后，過熱蒸汽溫度則將出現(xiàn)較大幅度的降低，因過熱使大量蒸汽無法并網(wǎng)，并因此導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的浪費(fèi)情況。在停車之后，將冷卻器側(cè)人孔打開，發(fā)現(xiàn)有大量飛灰在冷卻器管壁位置上黏結(jié)，并按照從上到下的順序飛灰積累量逐漸增加，最厚甚至達(dá)到4 mm。由于飛灰具有較強(qiáng)的黏結(jié)性，反應(yīng)過程中形成的合成氣不能夠完全將其帶走，這也正是使冷卻器出口溫度提升、換熱效果逐漸變差的直接原因[1-2]。

2 積灰原因及解決方案

根據(jù)上述研究可以了解到，冷卻器積灰情況的存在，將會(huì)對(duì)裝置運(yùn)行帶來以下問題：第一，冷卻器出口溫度升高，為系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來較大的隱患；第二，冷卻器換熱效果變化，汽包副產(chǎn)蒸汽溫度低，因大量蒸汽在生產(chǎn)過程中放空而導(dǎo)致浪費(fèi)情況的發(fā)生；第三，為了對(duì)冷卻器出口溫度進(jìn)行降低，則需要適當(dāng)降低氣化爐負(fù)荷，并因此提升生產(chǎn)成本。為了能夠?qū)Ψe灰問題進(jìn)行有效的解決，該企業(yè)在經(jīng)過大量探索實(shí)踐后，確定使用以下方式進(jìn)行積灰控制，并獲得了較好的效果[3]。

2.1 激冷比控制

國內(nèi)目前投產(chǎn)的Shell項(xiàng)目中，都對(duì)合成氣激冷流程進(jìn)行了應(yīng)用，對(duì)此，激冷氣品質(zhì)與量則成為了合成器冷卻效果以及運(yùn)行情況的重要內(nèi)容，如果該值較小，那么在反應(yīng)后形成的高溫氣體則不能夠完全在激冷段激冷，氣體在混合完成后，其溫度將在900 ℃以上。此時(shí)，合成氣當(dāng)中存在的飛煤灰還沒有獲得完全的冷凝，即，還有相當(dāng)比例的煤灰依然處于熔融狀態(tài)當(dāng)中。對(duì)于該類煤灰，其非常容易在激冷段、冷卻器以及輸氣管上黏結(jié)，并導(dǎo)致積灰以及結(jié)垢問題的發(fā)生。在該項(xiàng)目中，在其余運(yùn)行條件保持不變的情況下，當(dāng)激冷比在1.1以上狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，即能夠?qū)鋮s器出口溫度的穩(wěn)定性進(jìn)行保持。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可以將激冷比盡可能設(shè)置在較大的比值，即在100%負(fù)荷下，需要保持該比值在1.1以上[4]。

2.2 氧煤比調(diào)節(jié)

在氣化反應(yīng)控制中，氧煤比是其中的一項(xiàng)關(guān)鍵因素，將直接對(duì)氣化爐反應(yīng)溫度、有效氣體成分以及煤轉(zhuǎn)化率產(chǎn)生影響。如果在生產(chǎn)當(dāng)中能夠做好氧煤比的控制，即能夠有效地滿足Shell設(shè)計(jì)指標(biāo)。如果該指標(biāo)過高，那么生產(chǎn)中形成的高溫氣體則不能夠在激冷段完全激冷，并因此導(dǎo)致冷卻器入口結(jié)垢，甚至燒壞爐膜壁。而如果該比值過低，那么煤粉則將因反應(yīng)不完全對(duì)煤的轉(zhuǎn)化率產(chǎn)生較大的影響，且合成氣有效成分含量將低于設(shè)計(jì)值，沒有充分反應(yīng)的飛灰以及煤粉將在進(jìn)入到冷卻器當(dāng)中之后，在換熱器管壁位置逐漸黏結(jié)，以此加劇冷卻器的積灰程度。對(duì)此，就需要在實(shí)際生產(chǎn)中，保證煤質(zhì)的基礎(chǔ)上做好氧煤比的控制。在實(shí)際操作中，做好氧煤比的調(diào)節(jié)需要控制以下幾方面內(nèi)容：第一，汽包一段蒸汽產(chǎn)量；第二，合成組分二氧化碳含量；第三，渣池循環(huán)水固含量。在實(shí)際生產(chǎn)中，氧煤比的高低同煤質(zhì)具有直接的關(guān)聯(lián)，上述參數(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中，將根據(jù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)情況以及煤質(zhì)情況而存在一定的變化。

2.3 氣化爐負(fù)荷影響

在Shell氣化爐中，其負(fù)荷可以在40%～100%調(diào)整，當(dāng)其具有較低的負(fù)荷時(shí)，則將具有較低的產(chǎn)氣量，且經(jīng)過冷卻器的流速以及合成氣流量也將更低。對(duì)于不同類型的煤來說，其煤灰在高溫環(huán)境當(dāng)中都將具有一定的黏結(jié)性，而當(dāng)運(yùn)行時(shí)間逐漸延長的情況下，也將有部分煤灰會(huì)在換熱器管壁上黏結(jié)，只有當(dāng)飛煤灰合成氣吹掉速率同煤灰黏結(jié)速率相等時(shí)，才能處于平衡。如果合成氣量過小，不能夠?qū)⒗鋮s器上存在的飛灰吹掉，那么管壁上積灰厚度則將不斷增加，并使得冷卻器出口溫度逐漸提升。當(dāng)負(fù)荷較低時(shí)，則具有較高的單耗，所具有的經(jīng)濟(jì)性就越低。對(duì)此，無論是從合成氣冷卻器積灰避免角度還是從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度，都需要保證氣化爐能夠保持較高的運(yùn)行負(fù)荷。

2.4 敲擊器敲擊頻率

為了避免水冷壁在生產(chǎn)當(dāng)中出現(xiàn)積灰結(jié)垢情況，Shell公司在輸氣管、冷卻器以及激冷段都對(duì)部分敲擊器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以此通過振動(dòng)的方式起到除灰的效果。對(duì)此，則可以根據(jù)實(shí)際積灰情況對(duì)敲擊器的敲擊頻率進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾?。在敲擊器運(yùn)行中，儀表空氣是其主要的動(dòng)力來源，對(duì)此，則可以根據(jù)積灰的程序?qū)x表空氣壓力進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶嵘源藢?shí)現(xiàn)工況的改善。當(dāng)然，提升空氣壓力、增加敲擊頻率也將會(huì)對(duì)敲擊器壽命產(chǎn)生影響，并可能提升其故障率，需要在聯(lián)系生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上做好調(diào)節(jié)。

2.5 石灰石配比

如果所使用的煤具有較高的灰熔點(diǎn)，則可以通過一定氧化鈣的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)煤灰熔點(diǎn)的降低。但如果氧化鈣加入量過多，則可能因氧化鈣單體的析出而提高灰熔點(diǎn)。對(duì)于氧化鈣來說，其由于自身不會(huì)參加氣化反應(yīng)，當(dāng)將氧化鈣加入后，則相當(dāng)于增加了煤中灰分的含量，若使更多灰分同合成氣一起進(jìn)入到冷卻器，則積灰程度進(jìn)一步增加。由此可以了解到，并不是加入越多的氧化鈣越好，而是需要根據(jù)煤種的不同進(jìn)行適量的添加。在該企業(yè)裝置運(yùn)行初期，添加的石灰石量較高，為煤量的10%左右，并因此導(dǎo)致冷卻器積灰情況的發(fā)生。在經(jīng)過排查分析之后，將該比例降低為5%，經(jīng)過實(shí)踐，當(dāng)將配比降低后，則將為冷卻器以及氣化爐提供更大的操作空間。

3 結(jié)束語

本文以某企業(yè)為例對(duì)shell氣化爐合成氣冷卻器積灰原因及應(yīng)對(duì)策略進(jìn)行了一定的研究，在做好積灰原因把握的基礎(chǔ)上，該企業(yè)從激冷比、氧煤比、氣化爐負(fù)荷、敲擊器敲擊頻率以及石灰石配比這幾方面進(jìn)行了針對(duì)性的處理，使氣化爐積灰問題得到了有效的控制，具有較好的應(yīng)用借鑒價(jià)值。

[1] 李亞東.Shell粉煤氣化裝置合成氣冷卻器積灰結(jié)垢的控制[J].化肥設(shè)計(jì),2010,48(2):27-29.

[2] 劉芃鑫，郭明波.殼牌(SHELL)氣化爐在環(huán)保中的應(yīng)用及存在的問題[J].化工設(shè)計(jì)通訊,2010,36(2):1-4.

[3] 張彥民，侯劉濤.殼牌氣化爐垮渣事故的原因及處理[J].化肥設(shè)計(jì),2010,48(3):40-41.

[4] 吳玉新，蔡春榮，張建勝，等.二次氧量對(duì)分級(jí)氣化爐氣化特性影響的分析和比較[J].化工學(xué)報(bào),2012,36(2):369-374.

Reasonsandcountermeasuresofashdepositioninsyngascoolerofshellgasifier

WUWenbin

(DatongGuangfaCoalChemicalIndustryCo.,Ltd.,DatongShanxi037000,China)

In application of synthetic gas cooler, ash deposition is a common problem. In this paper, the reasons and countermeasures of ash deposition in shell gasifier are studied.

shell gasifier; syngas cooler; ash deposition reason; countermeasure

2017-03-06

武文斌，男，1989年出生，2011年畢業(yè)于黑龍江科技大學(xué)，本科，助理工程師，從事殼牌煤氣化技術(shù)研究工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.22

TQ545

A

1004-7050(2017)03-0068-03

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