劉宏明

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

我國(guó)是一個(gè)資源大國(guó),具有豐富的煤炭?jī)?chǔ)量,每年中國(guó)的煤炭開采量高達(dá)10億t,煤炭資源的消耗占全國(guó)能源總消費(fèi)的7/10以上。我國(guó)的煤炭資源主要用于電力工業(yè)和運(yùn)輸行業(yè),煤化工方面消耗的煤炭量也比較多。煤化工工藝的逐漸發(fā)展和進(jìn)步,比較早期和成熟的煤氣化反應(yīng)裝置有魯奇,而目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)引進(jìn)了比較先進(jìn)的荷蘭殼牌氣化爐。

1 殼牌氣化爐的結(jié)構(gòu)和工作原理

殼牌氣化爐是荷蘭的一個(gè)氣化爐品牌,具有比較先進(jìn)的工藝技術(shù),當(dāng)前我國(guó)已引進(jìn)十余臺(tái)荷蘭殼牌氣化爐,但尚未達(dá)到成熟階段。氣化爐結(jié)構(gòu)復(fù)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(nèi)水冷壁、輔屬設(shè)備,可分為三大部分,即反應(yīng)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(yīng)的高壓力（5.0MPa）,但不能承受其高溫（1 500 ℃）,其內(nèi)壁側(cè)為膜式水冷壁,由水管經(jīng)焊接組成,水冷壁的表面均勻焊有銷釘,釘?shù)臄?shù)量級(jí)為13mm～16mm,此外,為了對(duì)水冷壁形成有效的保護(hù),防止水冷壁被氣化反應(yīng)的高溫?fù)p壞,其表面還涂抹了一層耐火泥,且每根水冷壁管內(nèi)都均勻分布著來(lái)自強(qiáng)制循環(huán)泵的循環(huán)水,以便將氣化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量及時(shí)帶走,防止溫度過(guò)高損壞水冷壁［1］。氣化爐的汽包中水汽分離后會(huì)產(chǎn)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(wǎng)。煤粉氣化爐的反應(yīng)室內(nèi)在氧氣中進(jìn)行燃燒,產(chǎn)生氫氣、一氧化碳、甲烷、硫化氫等,形成成分較復(fù)雜的粗合成氣,此時(shí)的反應(yīng)溫度較高,約為1 500℃,粗合成氣產(chǎn)生后先被激冷氣激冷,再經(jīng)過(guò)輸氣管被輸送到返向室,此時(shí)氣體溫度降低至約900℃,合成氣再經(jīng)過(guò)冷卻器的冷卻后溫度降大幅度降低,在300℃左右,此時(shí)要進(jìn)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(guò)濾器,除飛灰操作完成后應(yīng)將約30%的合成氣送至氣化爐作為其激冷氣。在反應(yīng)溫度適合時(shí),將煤燒嘴燃燒后的熔渣噴射到對(duì)面的水冷壁上,一些熔渣會(huì)形成固定的渣層,固定再水冷壁上,對(duì)水冷壁起到一定的保護(hù)作用。若爐溫偏高,水冷壁上的固定渣層會(huì)較薄,保護(hù)作用較??；若爐溫偏低,則熔渣流動(dòng)性會(huì)較差,導(dǎo)致固定渣層過(guò)后,剩余的熔渣會(huì)順著固定渣層下流至渣池,通過(guò)激冷后濕法排渣至渣池。

2 殼牌氣化爐的特點(diǎn)

對(duì)煤種適應(yīng)性較強(qiáng)是荷蘭殼牌氣化爐的一個(gè)顯著特點(diǎn),因此可利用殼牌氣化爐實(shí)現(xiàn)多種煤的轉(zhuǎn)化,如褐煤、煙煤等等,殼牌氣化爐的煤轉(zhuǎn)化率較高能達(dá)到91%以上。有效氣體成分含量高是殼牌氣化爐的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì),在殼牌氣化爐中煤經(jīng)過(guò)反應(yīng)后,產(chǎn)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(shí)反應(yīng)后不產(chǎn)生焦油。殼牌氣化爐具有氧耗低的特點(diǎn),其采用干法進(jìn)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(wú)污染的特點(diǎn),為環(huán)保事業(yè)的進(jìn)行做出了貢獻(xiàn),殼牌氣化爐產(chǎn)生的粗煤氣其中的硫、氨等污染性氣體都會(huì)在后續(xù)工藝中被反應(yīng)掉,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。此外,反應(yīng)后產(chǎn)生的灰渣會(huì)等可被作為建筑用料,既創(chuàng)造了效益,又保護(hù)了環(huán)境。殼牌氣化爐具有十分明顯的優(yōu)勢(shì),但也存在不可忽視的缺點(diǎn)。如結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜,氣化壓力低。殼牌氣化爐的結(jié)構(gòu)相對(duì)更具復(fù)雜性,包括煤粉過(guò)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(jìn)料、氣流床氣化（氣化溫度高）、液體排渣（對(duì)煤粒度沒(méi)有特殊要求）,在活性、結(jié)焦性、水、硫、氧、灰分方面敏感性較低,因此可用于多種煤的轉(zhuǎn)化。雖然從技術(shù)層面上講,殼牌氣化爐適用的煤種廣泛,但從經(jīng)濟(jì)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(guò)大、灰熔點(diǎn)過(guò)高的煤如果用殼牌氣化爐進(jìn)行氣化將會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題,消耗大量的能源,降低經(jīng)濟(jì)效益［2］。

3 殼牌氣化爐運(yùn)行中的常見問(wèn)題及其解決方法

3.1 氣化爐無(wú)法直接測(cè)得反應(yīng)溫度

煤粉在在殼牌氣化爐內(nèi)與氧氣、蒸汽混合后一同進(jìn)行反應(yīng),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(nèi)反應(yīng)溫度高,約為1 500℃,為此,不乏通過(guò)測(cè)量原件對(duì)爐膛內(nèi)的溫度進(jìn)行直接測(cè)量,通過(guò)一些關(guān)鍵指標(biāo)綜合判斷爐溫情況。當(dāng)負(fù)荷保持不變時(shí),爐溫的高低可通過(guò)調(diào)節(jié)氧氣與煤粉的比來(lái)調(diào)節(jié),爐溫的判斷則可借助氣化爐反應(yīng)室的蒸汽產(chǎn)量,合成氣中各種氣體含量的多少及氣化爐的排渣形態(tài)的綜合分析來(lái)進(jìn)行判斷。當(dāng)氣化爐內(nèi)的溫度高于正常溫度時(shí),會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱后產(chǎn)生過(guò)多的蒸汽。當(dāng)溫度超過(guò)灰熔點(diǎn)時(shí),則會(huì)使氣化爐內(nèi)壁無(wú)法掛渣,會(huì)燒壞氣化爐內(nèi)壁。如果氣化爐內(nèi)溫度過(guò)低,煤粉受反應(yīng)條件的影響無(wú)法反應(yīng)完全,大部分的煤粉將隨渣進(jìn)入排渣系統(tǒng),導(dǎo)致排渣系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)甚至出現(xiàn)堵渣現(xiàn)象［3］。

3.2 水冷壁損壞及解決方法

由于溫度過(guò)高,氣化爐內(nèi)的溫度只能通過(guò)蒸汽產(chǎn)量、合成氣的組分含量和爐渣外觀的綜合分析進(jìn)行判斷,而不能直接測(cè)得,同時(shí),氣化爐爐溫會(huì)受煤種變化而變化,還會(huì)受操作過(guò)程中氧碳比的影響。爐溫的高低會(huì)對(duì)水冷壁上渣層的形成及厚度造成直接的影響。當(dāng)煤種保持不變時(shí),若爐溫過(guò)高,則形成的渣層會(huì)過(guò)于薄,無(wú)法對(duì)水冷壁形成足夠的保護(hù),容易導(dǎo)致高溫熔掉襯釘,損壞水冷壁；當(dāng)爐溫過(guò)低時(shí),形成的渣層會(huì)較厚,能很好的保護(hù)好水冷壁。當(dāng)水冷壁的管道出現(xiàn)堵塞或水量不足的情況時(shí),反應(yīng)熱不能及時(shí)被循環(huán)水帶走,也會(huì)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(dāng)煤種比較穩(wěn)定時(shí),可選用配煤,將氣化爐用煤調(diào)到合適的灰熔點(diǎn),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(yùn)行中常常會(huì)出現(xiàn)燒嘴、燒嘴罩損壞,導(dǎo)致燒嘴冷卻水漏入氣化爐,阻礙氣化爐正常運(yùn)行,難以控制爐溫,造成渣口堵渣,最終導(dǎo)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(diǎn)。第一,煤線速度、密度標(biāo)定偏高,實(shí)際煤粉流量偏低。在氣化爐的運(yùn)行中,通過(guò)速度計(jì)和密度計(jì)計(jì)算得出煤燒嘴的煤粉流量,從而確定O/C,進(jìn)而確定合適的氣化爐溫度。若速度計(jì)、密度計(jì)偏高,將導(dǎo)致氣化爐溫度過(guò)高,水冷壁無(wú)法掛渣,損壞燒嘴、燒嘴罩。為了解決這一問(wèn)題,應(yīng)多次標(biāo)定煤線的速度計(jì)和密度計(jì),確保其準(zhǔn)確性。第二,煤線速度過(guò)低。殼牌氣化爐的操作壓力為4MPa,若煤線的速度過(guò)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(wèn)題,應(yīng)及時(shí)調(diào)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(guò)近、熱量過(guò)高而被損壞。

4 結(jié)論

殼牌氣化作為一種新的、先進(jìn)的氣化工藝,與傳統(tǒng)的氣化工藝相比具有較顯著的優(yōu)勢(shì),但在其運(yùn)行中仍常常出現(xiàn)一些問(wèn)題,影響經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為了實(shí)現(xiàn)殼牌氣化爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行,必須有效解決這些問(wèn)題。為此,對(duì)殼牌氣化爐運(yùn)行中的常見問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查和分析,探索和總結(jié)出有效的解決方法具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

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

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

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