魏路喬

摘 要：近年來，隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，我國的科技發(fā)展也日新月異。殼牌粉煤加壓氣化爐具有單臺投煤量大，環(huán)境友好，碳轉(zhuǎn)化率高，煤種適用廣泛等優(yōu)勢，備受國內(nèi)煤化工行業(yè)，發(fā)電行業(yè)推崇。隨著各個項目運行經(jīng)驗逐漸豐富，尤其掌握了配煤技術(shù)和苛刻的對煤種種穩(wěn)定性要求，克服了燒嘴罩頻繁泄露，飛灰過濾器濾芯損壞，合成氣冷卻器入口積灰，氣化爐反應(yīng)室堵渣等問題，連續(xù)運行百天，年累計運行三百天以上已達到常態(tài)化。目前看來，合成冷卻器結(jié)垢問題越來越突出，成為制約裝置穩(wěn)定，高負荷運行的最大制約因素。從目前國內(nèi)Shell氣化爐運行情況來看，合成氣冷卻器積灰問題已經(jīng)在神華、柳州、安慶、洞氮、大同等多個廠家中出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：殼牌氣化爐;合成氣冷卻器;結(jié)垢分析

煤氣化技術(shù)是現(xiàn)代煤化工發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)、龍頭技術(shù)，其工藝一般包括原料單元、氣化單元、合成氣凈化及渣水處理單元，其中，合成氣初步凈化單元主要功能為除去合成氣中的灰分，以滿足下游系統(tǒng)的工藝需求，因為若粗煤氣含灰量過高，細灰吸附于下游CO變換催化劑表面，易造成催化劑活性下降、失活。煤氣化裝置在工業(yè)運行中易出現(xiàn)洗滌塔出口合成氣帶水帶灰、洗滌塔結(jié)垢、黑水管線堵塞、合成氣含灰量增加等問題，煤氣化用戶及研究者針對不同問題采取了諸多改進措施并申請了相關(guān)專利，促進了煤氣化合成氣初步凈化系統(tǒng)的優(yōu)化升級。

1 概述

煤炭中鉀鈉含量的升高，使飛灰的固化困難，增加飛灰的粘度。結(jié)垢機理：熱的飛灰顆粒因為固化不夠，粘度增加，粘結(jié)在合成氣冷卻器換熱管外壁上，導(dǎo)致?lián)Q熱效果變差。垢層表面溫度進一步升高，更多粘的飛灰將堆積在此，結(jié)垢層進一步增加。煤粉和氧氣進入氣化爐反應(yīng)室后發(fā)生轉(zhuǎn)化和氧化反應(yīng)，生成CO、H2并放出大量顯熱，出氣化爐反應(yīng)室的合成氣溫度在1500℃左右，在激冷段與激冷氣壓縮機K-1301來的200℃的合成氣1.03：1混合，溫度降低至900℃左右，并通過傳輸段、返回室后進入合成氣冷卻器。合成氣冷卻器內(nèi)部為8圈的盤管換熱器，中心處為直徑96cm的托盤，有利于分散合成氣全部通過盤管換熱。在合成氣冷卻器處，合成氣通道有效通過面積減小，如果飛灰粘性較高，易附著于盤管換熱器表面和中心托盤之上，飛灰粘性持續(xù)高狀態(tài)，則飛灰形成層層累積，加之原料煤煤質(zhì)的變化，形成年輪狀積灰，長時間之后造成合成氣冷卻器換熱效果變差。

2 煤氣化爐分類

煤氣化爐的分類，也是煤炭氣化技術(shù)的分類，一般按氣化爐的化學(xué)工程特征和反應(yīng)器形式進行分類。氣化爐的形式在很大程度上影響煤炭的轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)品的制造成本，采用高效、低耗、低污染的煤氣化工藝（技術(shù)）是發(fā)展煤化工的重要前提，其中氣化爐便是工藝的核心，可以說氣化工藝的發(fā)展是隨著氣化爐的發(fā)展而發(fā)展的，為了提高煤氣化的氣化率和氣化爐氣化強度，改善環(huán)境，新一代煤氣化技術(shù)的開發(fā)總的方向：①氣化壓力由常壓向中高壓（8.5MPa）發(fā)展;②氣化溫度向高溫（1500～1600℃）發(fā)展;③氣化原料向多樣化發(fā)展;④固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)展。當(dāng)前煤氣化爐主要有3種類型：固定床、流化床、氣流床。

2.1 固定床氣化爐

固定床氣化也稱移動床氣化。固定床一般以塊煤或焦煤為原料。煤由氣化爐頂加入，氣化劑由爐底加入。流動氣體的上升力不致使固體顆粒的相對位置發(fā)生變化，即固體顆粒處于相對固定狀態(tài)，床層高度亦基本保持不變，因而稱為固定床氣化。另外，從宏觀角度看，由于煤從爐頂加入，含有殘?zhí)康臓t渣自爐底排出，氣化過程中，煤粒在氣化爐內(nèi)緩慢往下移動，因而又稱為移動床氣化。固定床氣化的特性是簡單、可靠。固定床氣化爐常見有間歇式氣化爐（UGI）和連續(xù)式氣化（魯奇Lurgi）爐2種。閃歇式氣爐用于生產(chǎn)合成氣時采用無煙煤或焦炭為原料，以降低合成氣中甲烷含量，由于能耗和排放指標(biāo)等因素，此類爐型逐步淘汰;固定床連續(xù)式氣化爐，20世紀80年代魯奇公司和英國煤氣公司對其改進開發(fā)了液體排渣氣化爐（BGL），該爐型特點是氣化溫度較高，灰渣成熔融態(tài)排出，合成氣質(zhì)量較好，能形成多種中間產(chǎn)品，目前以褐煤為原料的裝置較多采用此種爐型。

2.2 流化床氣化爐

流化床氣化爐常見有溫克勒（Winkler）、灰熔聚（U-Gas）、循環(huán)流化床（CFB）、加壓流化床（PFB是PFBC的氣化部分）等爐型。循環(huán)流化床氣化爐（CFB）使用水蒸氣和氧氣作氣化劑，氣化比較完全，氣化強度是移動床的2倍，爐底排渣中含碳2%～3%，氣化原料循環(huán)過程中返回氣化爐內(nèi)的循環(huán)物料是新加入原料的40倍。CFB氣化爐基本是常壓操作?；胰劬勖簹饣癄t以小于6mm粒徑的干粉煤為原料，用空氣或富氧、水蒸氣作氣化劑，粉煤和氣化劑從氣化爐底部連續(xù)加入，在爐內(nèi)（1050～1100℃）的高溫下進行快速氣化反應(yīng)，被粗煤氣夾帶的未完全反應(yīng)的殘?zhí)亢惋w灰，經(jīng)兩級旋風(fēng)分離器回收，再返回爐內(nèi)進行氣化，從而提高了碳轉(zhuǎn)化率，使灰中含碳量降低到10%以下，排灰系統(tǒng)簡單。

2.3 氣流床氣化爐

氣流床氣化爐是一種并流式氣化。從原料形態(tài)分有水煤漿、干煤粉2類，Texaco、多元料漿、殼牌、科林、航天爐、五環(huán)爐等具有代表性。前者是先將煤粉制成煤漿，用泵送入氣化爐，氣化溫度1350～1400℃;后者是氣化劑將煤粉夾帶入氣化爐，在1500～1600℃高溫下氣化，爐渣經(jīng)水淬以熔渣形式排出。煤粉隨氣流的運動，未反應(yīng)的氣化劑、熱解揮發(fā)物及燃燒產(chǎn)物裹夾著煤粉高速運動，運動過程中進行著煤粉顆粒的氣化反應(yīng)。這種運動狀態(tài)，相當(dāng)于流化技術(shù)領(lǐng)域里對固體顆粒的“氣流輸送”，習(xí)慣上稱為氣流床氣化。

3 設(shè)備管理

氣化廠的設(shè)備管理包括以下兩個方面，設(shè)備的維護、設(shè)備的點檢定修。設(shè)備的維護最主要的方面就是潤滑管理。氣化廠在以往運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了“合理潤滑，創(chuàng)造效益”這個理念，使氣化廠所有職工思想認識提高了一個層面。首先，每周三定為潤滑日，保證所有動設(shè)備油質(zhì)油位。另外使用科學(xué)的維護手段，最明顯的例子是螺旋輸送機的維護，以前螺旋輸送機加油，采取的是黃油槍，手動往里壓二硫化鉬，費時費力，并且效果不明顯，二硫化鉬加不進去，螺旋輸送機軸承運行效果壞，不超過三個月必須更換軸承，不然會出現(xiàn)雜音大?，F(xiàn)在改用氣動加油，只要打開工廠風(fēng)，就能把二硫化鉬壓進去，效果很好，螺旋輸送機由以前的一個星期加三次油，變?yōu)橐粋€月加一次油，螺旋輸送機的軸承壽命也提高到5個月左右。設(shè)備管理是長周期運行的保證，沒有設(shè)備管理，長周期根本無從談起。我們對設(shè)備的管理，分為以下兩個方面，第一是設(shè)備點檢定修，然后是滾動的檢修計劃。首先把設(shè)備分為A級和B級，A級設(shè)備是對工況影響很大的，如果無備機，將會引起較大損失，B級設(shè)備對整個工況影響較小。對A級設(shè)備采取每周點檢兩次，主要檢查以下幾個方面：機封泄露情況，軸承箱的振值，軸承箱溫度，潤滑情況，以及電機軸承是否有雜音，上面的每個數(shù)據(jù)都要記錄在冊，在我們的點檢過程中，發(fā)現(xiàn)強制循環(huán)水泵的油經(jīng)常變質(zhì)，軸承箱振動大，通過召開專題會，我們判斷軸承質(zhì)量沒有問題，因為這批軸承都是日機出品，在A泵上運行完全沒有問題，判斷出止推軸承預(yù)緊力太大，止推軸承長期處于受力狀態(tài)，磨損較快，所以釋放預(yù)緊力，解決了上述問題。另外就是滾動檢修計劃，在滾動檢修計劃中，要有A級設(shè)備軸承、密封的平均壽命，對目前設(shè)備的運行進行評估，做到預(yù)知檢修、計劃檢修。另外在滾動檢修計劃中，就是目前運行過程中，目前條件下無法解決，必須等到大修才能解決的問題，為了保證煤質(zhì)的穩(wěn)定，成立煤炭管理小組。實行動態(tài)配煤管理，建立煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫。根據(jù)數(shù)據(jù)庫建立了原料煤單獨采購質(zhì)量標(biāo)準，由水分、灰分、硫含量、灰熔點、灰中硅鋁比、堿酸比、灰中氧化鐵、氧化鈣8個項目構(gòu)成，每個項目分為合格、讓步接收、拒收三檔。原料煤在煤礦、入場煤、待用混配煤堆、輸煤皮帶、磨煤機出口設(shè)立5個監(jiān)控點，確保煤質(zhì)穩(wěn)定。通過以上措施，解決了堵渣和十字架積灰的問題。比如，在這次運行過程中發(fā)現(xiàn)，氣化爐出口溫度持續(xù)上升，但是合成氣冷卻器入口溫度變化不大，合成氣冷卻器進出口溫差縮小，以C段最為明顯，判斷出合成器冷卻器積灰，通過調(diào)整配煤，調(diào)整硅鋁比，提高灰熔點及其流動溫度，通過兩天的運行，上述工況好轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

氣化爐反應(yīng)段進水或者燒嘴罩泄漏;會導(dǎo)致合成氣冷卻器結(jié)垢加劇。添加蒸汽的工廠，可采取少加或不加蒸汽的方式，改善合成氣冷卻器結(jié)垢情況。更換鉀鈉含量低的煤煤炭，可以緩解合成氣冷卻器結(jié)垢，建議鉀鈉低于1.5%。粗合成氣中的H/C比值升高，可判定氣化爐反應(yīng)室泄露水。