壳牌气化炉配煤研究

郭德铭，郭会敏

（河南能源化工集团中原大化公司甲醇事业部，河南濮阳 457000）

壳牌气化炉配煤研究

郭德铭，郭会敏

（河南能源化工集团中原大化公司甲醇事业部，河南濮阳 457000）

阐述壳牌气化炉配煤的原则及其重要性，满足气化炉的高负荷稳定运行。

配煤；灰熔点；积灰；排渣

0 引 言

壳牌气化炉采用粉煤加压，合成气激冷以及废锅回收热量的技术，提高了碳的转化率和热量利用率。具有产品气体有效气（H2＋CO）组分高，高达90%－93%，氧耗低等优点。但是运行过程中，常出现因原料煤煤质不合适引起堵渣或者积灰的问题。为了气化炉的长周期高荷运行，我们需要经过配煤来解决上述问题。

1 影响气化炉运行的问题

1.1 合成气冷却器入口积灰

积灰的机理：中压蒸汽过热器是合成气的第一个冷却器，过热器中央设有冷却盖板，飞灰容易从盖板径向和垂直方向扩展。在入口，靠近气化炉侧为合成气流速的低速区，对面为高速区，低速区容易先积灰，向高速区径向发展。过热器积灰后，过热蒸汽的热通量下降，因过热器为盘管结构，在入口处堵塞，也将会减少其换热面积。合成器入口温度一般控制在680℃，因为合成气是还原性环境，煤中的灰组分将会以单质形式存在，其中钾和钠在高于680℃以气态存在，在低于这个温度会以固态形式存在。通用的一般按照灰熔点×2／3－150℃来控制。上述两个温度取低者作为合成器入口温度的控制指标。

1.2 除渣系统出现的问题

除渣系统常出现的问题就是垮渣及堵渣。排渣系统要求渣的粘度在5－25泊，在这个黏度区间分别对应一个温度，我们称之为T5和T25，如果渣的黏度过小，将出现气化炉内壁无法挂渣，内壁暴露在1450～1550℃的环境下，直接威胁气化炉内件的安全。同时还有可能出现垮渣，此时高温液态渣大量进入渣池，瞬间产生大量蒸汽，称为蒸汽爆炸，整个气化炉内件会受力上移，对气化炉造成灾难性破坏。如果渣黏度过大，渣在遇到极冷环喷出的水时，渣块无法炸开，形成大块渣，在破渣机上部和渣锁斗处形成堵渣，渣无法排出，造成装置停车。我们监护下渣是否顺利，通过监护渣口压差以及破渣机上部温度，破渣机上部温度指示了渣带到下渣系统热量的多少以及渣的形态，在同等负荷下，在煤中的灰组分不发生改变的情况下，如果形成的细渣较多，那么这个温度会上升，如果形成的大块渣多，温度下降，这也间接反映了炉温的变化。

2 配煤的原因

当渣系统需要的温度和合成器入口的温度发生矛盾时，我们就需要通过配煤调整原料煤的特性解决问题。配煤无法改变所配煤种的气化温度，只是改变了渣里矿物质的组分，从而调整渣的黏度。煤的气化温度由煤阶决定，煤阶其实就是煤的年龄，其最重要的表征是挥发份。一般来说，无烟煤的挥发份为8%－22%，其气化温度一般在1600－1620℃，烟煤的挥发份在22%－32%，其气化温度一般在1 480－1 580℃，而褐煤的挥发份在14%－19%，其气化温度在1 400℃以下。所以在配煤时，我们无法改变煤种的气化温度，在A煤和B煤配煤制成煤粉时，这只是一个物理过程，它们在进入气化炉进行气化反应时，各自性质无法改变，因为它的煤阶没有发生变化，但是气化反应后，在膜式壁上流动的渣的组分发生了变化，这里我们要引入一个概念那就是液化温度，简称Tliquidous及Tliq，液化温度是由渣组分和相图决定。此外，渣组分也决定了气化炉的操作窗口。渣组分中最重要的指标是硅铝比，硅铝比是添加石灰石的一个指针，硅铝比高，说明我们添加助溶剂石灰石改变渣的低温共融不敏感，也就是说改变渣的液化温度不明显，硅铝比高，我们需要添加更多的石灰石。所以配煤只是改变了液化温度，对气化温度没有影响。

3 配煤的具体操作

我们要求所配煤种的煤阶尽量相近，不推荐煤的气化温度相差超过150℃的煤种进行配煤，因为这样极易造成气化反应后移，气化温度低的煤先进行气化反应，然后气化温度高的煤种在火焰的后部反应，所以在发生气化反应的过程中，两种煤的矿物质发生了分离，或者说混合的不均匀，改变了渣中矿物质组分的变化，矿物质组分直接影响了渣的液化温度。还有就是可能造成煤反应不完全，渣残碳较高，有时会高达9%，并且气化炉工况波动较大，存在堵灰或者堵渣的风险。汽包的大室和小室的液位差常出现大幅波动，其也真实的反映出气化反应出现了后移，气化区温度变化较大。下表1，表3分别为褐煤和无烟煤的配比，我们选用的煤为煤种A和煤种B以1∶0.5的配比，石灰石添加2%。

表1 褐煤配比

气化炉工况如下：

表2 气化炉工况

以下为我们选择同是某无烟煤的煤种C和 煤种D以1：1配比的数据，石灰石添加5%。

表3 无烟煤配比

气化炉工况如下：

表4 气化炉工况

通过上诉比较，明显可以看出，当选用煤阶较近的煤进行配煤时，气化炉炉温可以控制在此种煤阶气化温度相近就行，此时煤的热效率也较高。如果煤阶差别大，我们要根据所配煤种的煤阶，确定那个煤种需要最高的气化温度，气化炉炉温必须小于这个温度。如果发现渣里的残碳高，可以通过加入缓蚀剂来调整，一般加入水蒸汽或者二氧化碳。

4 结语

配煤仅存在当煤的气化温度和液化温度发生矛盾时，我们通过配煤改变煤的矿物质组分，改变渣的液化温度，让它来适应我们的气化温度。如果所配煤种的气化温度差别大，高的激冷比有助于气化炉工况的稳定。

Shell gasifier of coal blending

Guo De-ming,Guo Hui-min
（Henan energy chemical group，Puyuan Henan 457000，China）

This paper describes the principle and importance of Shell gasifier of coal blending，meet the stable operation of high load gasification furnace.

coal blending；ash melting point；ash；slag

TG44

B

1003-6490（2015）03-017-02

2015－03－25

郭德铭（1971—），男，河南濮阳人，化工工艺工程师，1994年毕业于河南省化工学校，现为河南能源化工集团中原大化公司甲醇事业部副总经理。