影响SHELL煤气化长周期运行的瓶颈与解决方法

闫海营（神华鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209）

影响SHELL煤气化长周期运行的瓶颈与解决方法

闫海营（神华鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209）

shell煤气化装置在当前世界的各种煤气化装置中效率值最好、适应范围广、污染最小。国内引进了19套SCGP装置共23台炉，煤气化装置的低成本长周期安全运行成为许多公司需要考虑的问题。文章通过对当前shell煤气化装置影响长周期运行的问题进行分析，浅谈操作优化以及技术改造。

shell煤气化装置；长周期运行；操作优化；技术改造

Shell粉煤气化技术是荷兰壳牌公司开发的一种清洁环保的煤制合成氨技术，该技术首次应用于荷兰Demkolec 25万KW整体煤气化燃气—蒸汽联合循环发电工厂，于1993年开始运行，连续运行周期逐渐提高。其节约型和清洁型的特性也是目前化工生产节能减排和循环经济利用的有效途径。由于气化反应在高温下进行，且原料粒度很小，气化反应进行的极其充分，影响环境的副产物很少，可以做到接近零排放，相比其他德士古等煤气化工艺，属于“清洁煤”工艺。在进入中国后，壳牌煤气化技术迅速被应用到大型化工公司。工业界对这种装置的评价比较高——安全、稳定、使用寿命长、运行效率高等等。当前影响壳牌煤气化装置长周期运行的原因主要有内因也就是设备本身和外因操作经验两方面。通过技术改造或者提高操作水平，能够有效的改变装置的运行状况。

1 内因对壳牌煤气化的运行影响分析与解决方法

1.1 合成器过滤器滤芯故障

最初过滤器滤芯采用陶瓷滤芯，由于设计负荷偏小或者反吹阀故障以及工况发生重大变化，如系统压力波动、煤种变化造成飞灰粘度变大等原因，合成气中的大量飞灰堆积会引发过滤器滤芯出现裂缝，严重时可能引发滤芯瓷管断裂。对激冷气压缩机以及下游水洗塔造成很大的影响。

目前普遍的解决方法是：采用国产化金属滤芯代替陶瓷滤芯，金属滤芯强度高，可以满足过滤要求，应对系统压力波动以及除桥的情况下，使用寿命可达两年左右。

1.2 煤烧嘴以及烧嘴罩故障

烧嘴罩工作频率高，且处于外围运作。当前国内所采用的每一台壳牌煤气化装置统计，均发生过或大或小的烧嘴罩泄漏。

通过改进烧嘴罩技术将整个烧嘴罩向气化炉内延伸25mm，烧嘴罩水冷管喷嘴由φ5mm改为φ6mm，烧嘴罩的使用寿命越来越长。

1.3 合成气冷却器

长期运行的装置尤其低负荷高温运行容易使合成气冷却器十字吊架积灰结垢。积灰结垢是不可逆的，会影响冷却器内的空间，合成气通道变小对会设备造成冲刷，同时合成气冷却器换热效果下降，合成气温度升高。影响装置的稳定持续性能。

经过长期运行总结出，保持合成气冷却器入口13TI0019点温度在650℃以下，十字吊架处积灰速度明显比温度高时低很多。这需要激冷气压缩机提供充足的合成气量，使合成气中的飞灰的黏度降低，减少飞灰积聚；尽量保持高负荷适当降低炉温运行；通过调节配煤比例改变飞灰的固化温度；另外也可以采用加大激冷气量降低合成气的温度。

1.4 气化炉环形空间在运行时为负压，容易进高温气体，对烧嘴膨胀节损害较大，温差产生积液对烧烬管线与气化炉连接管件造成腐蚀泄漏

经过对烧烬管线的改造由两个进口改为一个进口，并保持小流量氮气的通入，保证环形空间微正压。

1.5 设备以及连接部件材质的影响

经过长周期的运行，有些设备或管道出现腐蚀、泄漏、堵塞的情况，重点部位会影响到装置的安全运行。

渣水循环泵泵壳磨穿，由于渣水密度较高，泵壳在长时间磨蚀下发生泄漏造成系统停车。

激冷气压缩机冷热气体汇集处三通材质不高造成腐蚀穿透造成系统停车。

环形空间氮气管线与气化炉以及合成气冷却器连接处，温差大造成冷却积液腐蚀穿透，造成系统停车。

冷气压缩机的入口过滤器，压缩机前管道被腐蚀，导致灰尘和杂质进入过滤器，长期累积引发堵塞。

除渣系统渣池、渣收集器，介质为高密度渣水，在长周期运行下部分管件或者设备本身受冲刷磨蚀的情况下发生泄漏造成系统停车。

应对类似以上磨蚀泄漏情况，我们在日常生产中应该加强风险辨识，重点部位设置管理台账，在运行或者停工检修期间进行测壁厚监控重点部位运行情况，择机更换管件消除隐患。

2 外因对壳牌煤气化的运行影响分析与改进方法

2.1 单烧嘴跳车对气化炉运行的影响

在原始设计中，当四个煤烧嘴有一个熄灭，此时总负荷控制器在串级控制状态，其余三个煤烧嘴将平均分担总负荷。需要操作人员及时将三条煤线负荷控制器打手动，阻止负荷上升防止单烧嘴过氧造成烧嘴损坏。

单烧嘴跳车后，系统压力瞬间大幅下降，对煤线稳定性以及炉温影响很大。

针对此类情况，我们将四条煤线负荷控制器打在“手动”位置，当有烧嘴跳车时，剩余的烧嘴负荷不会自动升负荷，杜绝了因单烧嘴跳车发生过氧现象。

2.2 升降负荷速度对气化炉运行的影响

气化炉在升降负荷时原始设计曲线速度过快，在降负荷的过程中，如果不及时提升O/C调节煤量，气化炉炉温过低，会造成气化炉堵渣，严重时渣口堵塞造成停车；在提升负荷的过程中，如果不及时降低O/C调节煤量，气化炉炉温迅速上升会造成炉壁渣层变薄，造成垮渣U1400除渣系统堵渣，严重时会引起过氧烧穿烧嘴或者烧嘴罩。

为保证气化炉长期稳定运行将负荷控制器速率由最初设计的432kg/min，更改为36kg/min。

2.3 煤线速度对气化炉运行影响

在壳牌气化炉开工前期对煤线进行标定，目的是煤仓称重无偏差；使煤线速度计、密度计尽可能接近实际值；相同负荷的情况下四条煤线煤量最大程度上无偏差。

在改进烧嘴罩本身性能的同时，我们通过增加助流氮气和锥部氮气流量尽可能把煤线速度稳定控制在8.0m/s以上。保证四个烧嘴的火焰长度尽可能一致，增加氮气量在一定程度上阻止了因压力波动、煤粉角阀卡涩等原因产生回火的可能。自调整操作参数后煤烧嘴以及烧嘴罩的运行寿命达到了两年以上。

2.4 稳定的气化炉操作温度

保持气化炉合适的炉温以达到“以渣抗渣”保护水冷壁的目的。气化炉蒸汽产量可作为主要参数，用于确认气化炉是否运行在操作窗口内；同时可参考渣形微调气化温度，CO2和CH4作为监控参数。

2.5 煤种的影响

实际运行经验表明壳牌气化炉对煤种也有其适应性的要求，煤的灰分及灰成分是制约壳牌气化炉长周期稳定运行的主要因素。

表征煤属性的分析指标很多，但对壳牌气化工艺有重大影响的指标主要是灰中SiO2/Al2O3比、Fe2O3含量、灰熔点等与灰熔融性有关的指标，直接影响气化炉稳定运行。当然也与煤中的水分、灰分、挥发分、硫含量、氯+氟含量和可磨指数有一定关系。

3 壳牌气化炉达到稳定运行的基本要求

(1)稳定的煤质，确保煤质得到控制：

煤粉的颗粒度要求＜5um的应小于5%,＞90um的应小于5%；水分在2%以内、灰分波动在6%以内、灰熔点波动在100℃以内、每次换煤都会带来风险，操作人员需要适应煤质的变化。

(2)稳定的煤线：单烧嘴煤流量波动控制在5%以内。

(3)原煤煤中杂物控制，如：抹布、保温棉、垫片、螺栓，充气锥碎片等。

(4)煤仓、煤线伴热保温加强，保持在80℃左右，以保证煤粉输送效果。

(5)保持稳定的V1205通气锥流量和单烧嘴助流氮流量。

(6)炉温控制：在操作窗口内操作,在参考13TI0019点温度，气化温度均值波动的平均幅度为±25℃。

(7)保证V1201A与B称重尽量小的偏差，在开工前做煤粉循环测试进行标定。

(8)气化炉系统压力、以及下游压力控制稳定、V1205压力控制稳定。

(9)氮气系统压力控制稳定，V1205A/B尽量错峰充压。

4 结语

壳牌干粉煤气化技术（SCGP）作为洁净煤气化的新技术在中国投入生产已接近十余年，各家企业的气化装置在运行过程中都经历了诸多问题，不过我们也看到大部分装置的运转情况已经越来越好，存在的技术问题逐步解决。随着国内装置运转经验的积累和相关设备国产优化，神华煤制油通过技术改造及操作人员的培养，相继完善操作经验和改进了装置的工艺设备。壳牌煤气化装置实现A级连续运行200天，创造了世界同类型装置运行最好水平。我们相信壳牌煤气化装置的长周期稳定运行是可以实现的。