延长壳牌气化炉煤烧嘴使用寿命的做法探讨

2017-03-02付晓峰

化工设计通讯 2017年9期

关键词：神华跳车煤气化

付晓峰

（中国神华鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古鄂尔多斯 017209）

延长壳牌气化炉煤烧嘴使用寿命的做法探讨

付晓峰

（中国神华鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古鄂尔多斯 017209）

壳牌煤气化技术在结构、稳定、安全、环保等诸多方面的优势，使其在中国的应用范围很广。结合近年来神华壳牌煤气化装置的改进，叙述了壳牌煤气化技术的应用，煤烧嘴运行的现状，并着重分析了煤烧嘴对气化炉长周期运行的影响以及相应的对策。

壳牌煤气化；煤烧嘴；分析；对策

Abstract：Shell coal gasification technology in the structure，stability，safety，environmental protection and many other advantages，so that its wide range of applications in China.Based on the improvement of Shenhua Shell coal gasification equipment in recent years，the application of Shell coal gasification technology and the status of coal burner operation are described.The influence of coal burner on the long cycle operation of gasifier and the corresponding countermeasures are analyzed emphatically.

Key words：Shell coal gasification；coal burner；analysis；countermeasure

随着全球经济的发展，大量不可再生能源的使用成为环境污染的最大源头，寻找洁净的能源转化利用迫在眉睫。正是在这种情况下，洁净煤技术应运而生。据统计，在中国上马煤化工项目的就有中国神华、中石化、中石油、中原化工、大连化工、柳州化工等大型企业。壳牌煤气化技术凭借着煤种适用范围广、气化效率高、环保指数高等特点在中国得到广泛应用。其中神华鄂尔多斯煤制油分公司使用的壳牌煤气化装置在同行业中运行时间最长，运行负荷最高，运行效果最好。本文结合该装置在长期运行过程中的问题，对如何提高煤烧嘴的使用寿命进行讨论。

1 神华煤直接液化项目概况

神华煤直接液化项目是国家十五重点工程项目之一，是涉及国家能源战略、产业战略的洁净煤产业化示范性工程。该项目共分两期进行建设，先期工程已经建成投产，并运行稳定，年产各种油品100余万t。目前，二三期项目正在有序推进中。

2 煤气化装置的介绍

煤气化装置是煤直接液化项目的核心装置，采用的是从荷兰皇家壳牌石油公司引进的干煤粉加压煤气化工艺。该工艺是目前世界上最先进、最典型的第二代煤化工工艺之一。按照进料方式，壳牌煤气化属于气流床气化。由高压氮气输送的煤粉与氧气并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱出、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。煤气化炉炉壁冷却采用水冷膜式壁结构，并采用挂渣措施保护气化炉炉壁。

3 煤烧嘴的介绍

煤烧嘴是壳牌气化炉的重点配套设备，其长周期的稳定运行对气化炉来说至关重要。壳牌气化炉采用四个烧嘴成双对称布置的结构，并设有一定的旋向角度。这种对称式多烧嘴，混合效果好，转化率高。

气化炉煤烧嘴的投用、运行、控制以及联锁系统等都非常安全可靠。煤烧嘴的投用及停用均由相关顺控全自动控制。煤烧嘴的煤粉流量是由氧气负荷控制的，所以气化炉炉温的控制只需调节煤烧嘴氧煤比就可以达到目的，调节相当方便。在安全联锁方面，设置了一个气化装置紧急停车联锁，即煤烧嘴冷却水流量低。同时每个烧嘴还有9个单烧嘴跳车联锁，其中包括煤粉的速度、密度低，氧气的流量高、低，氧煤比的高高、低低等，可以全面的保护煤烧嘴的安全。

4 煤烧嘴的运行现状

现阶段，煤烧嘴的运行相对稳定，但是也有单烧嘴跳车的情况发生。根据统计在2017年1月至4月期间，单烧嘴跳车次数就有12次。分析原因多数是由于煤粉夹带异物或输送煤粉系统设备故障，导致煤粉线不稳定触发氧煤比高高联锁跳车。这种情况的发生，对气化炉的影响是很大的，因此要尽力避免这种情况的发生。所以在生产运行中，若单煤线出现异常需及时拆检单煤线，如果对应的锥部有异物卡塞，需停运相对的两个煤烧嘴，及时拆检处理，尽快恢复正常运行。

5 制约煤烧嘴长周期运行的因素分析

5.1 煤烧嘴尽量避免偏烧

根据实际情况，如单个或者两个煤烧嘴跳车，磨煤机的损坏，煤粉输送单元阀门、仪表故障或其他不可预知的因素，需要长时间停用一个或者两个煤烧嘴。这样会影响气化炉内部热量的分布。直接显示的影响就有蒸汽产量的变化，汽包液位的变化，过热蒸汽温度的波动以及气化炉内煤流的不平衡等。同时也有极大可能损坏煤烧嘴本体以及烧嘴罩等关键设备，造成严重的后果。

5.2 避免误操作的发生

在实际生产过程中，可能发生的误操作包括有煤粉输送单元压力控制不稳定，误开泄压阀门等操作，从而产生大幅波动，使进入煤烧嘴的煤粉量急剧减少造成煤烧嘴瞬间过氧而跳车。气化炉内热量、压力失衡，严重的更可以使没有跳车的烧嘴发生回火现象，这样不仅使烧嘴头部损坏，都极有可能对烧嘴的本体造成无法挽回的后果，只能停车检修，甚至烧嘴报废。

5.3 气化炉排渣系统故障

在壳牌气化炉长时间的运行下，因操作温度过低，煤质的变化，设备、仪表的原因或者排渣系统水循环不及时等原因造成的堵渣现象时有发生。这就需要进行消除堵渣的操作，往往这种操作就是要在高压差的情况下，才能使堵住的渣顺利向下排出。在实际的生产过程中，这种操作被证明是快速而有效的，但有个弊端是对气化炉及其相关设备有很大影响。在消除堵渣时，气化炉的各个重点监控参数是有大幅波动的，包括汽包小室产蒸汽量、气化炉水冷壁间压差以及高温高压过滤器滤芯前后压差等。这些关键参数的变化充分说明了高压差除渣操作对气化炉内壁、煤烧嘴是有影响的。经过长期对气化炉内部的检查发现，气化炉内壁是有下沉迹象的，直接影响就是煤烧嘴头部与气化炉内壁的安装间隙发生了变化。由原来正常的环周间隙距离一样，变成了上部间隙小，下部间隙大的，很大程度上影响了烧嘴头部以及环形空间内的热量分布。甚至经过长时间的处理堵渣操作，烧嘴将无法插入气化炉。当然这只是一种极端的情况，现阶段主要的任务还是找到处理堵渣的更好的办法，或者从工艺、设备方面着手减少堵渣的现象。

5.4 未完成投用煤烧嘴的前期测试工作

首先，由于氧气流量计在氧气放空线前面，如果放空线阀门内漏，会造成氧煤比失调。因此，在投用煤烧嘴之前一定要认真地进行氧气泄露测试程序。其次要认真检查确认煤粉循环线阀门是否存在内漏现象，防止煤粉通过循环线返回煤粉储罐，造成进入气化炉煤粉计量不准，引起烧嘴长时间偏烧。

5.5 煤烧嘴冷却水的影响

煤烧嘴冷却水的作用是：由冷却水泵强制供水来保护烧嘴头部，带走烧嘴头部产生的辐射热，防止高温辐射热损坏烧嘴。如果冷却水系统发生强制循环水泵故障，循环水压力过低，循环水温度偏高，循环水过滤器压差高，烧嘴冷却水管道有杂物堵塞等问题，在没有触发联锁的前提下长期运行，可能对烧嘴产生无法挽回的严重后果。

5.6 气化装置操作人员的影响

在化工企业中，一线操作人员是24h倒班工作制度。虽然实现了装置不间断运行，但是每个操作人员的技术，操作手法以及对气化系统的认识肯定会有不同。所以在长期的操作过程中，不正确的操作方法也会对煤烧嘴有影响。

从理论方面来讲，气化炉的操作温度应该在合适的范围内，具体的合适温度需要根据煤粉灰分的多少，灰分的组成，灰熔点的多少，粗合成气中的甲烷含量，二氧化碳含量，汽包产生的蒸汽量，渣的形状等情况来综合判断。

在煤质一定的情况下。如果操作温度过低，在气化炉水冷壁上产生的渣层流动性就差，形成的渣层变厚，渣口以及排渣系统堵渣是最常见的现象。如果操作温度过高，在气化炉水冷壁上产生的渣层流动性就好，热量损失就多，以“以渣抗渣”为设计思路的气化炉就没有受到很好的保护，从而导致水冷壁、烧嘴头、隔焰罩的损坏。所以操作人员在操作的过程中，要时刻注意炉内燃烧的情况，及时调整相关参数，避免异常现象的发生，保证煤烧嘴、气化炉的长期稳定运行。