Shell粉煤气化装置合成气冷却器积灰结垢的分析与对策

常秀华

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

Shell粉煤气化装置合成气冷却器积灰结垢的分析与对策

常秀华

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

对SGC容易积灰的原因和其将会产生的一些危害进行了分析，对合成气冷却器飞灰的这一现象作了概述，并对Shell粉煤气化装置的一些简易流程工艺进行了介绍。同时，对有效防止SGC积灰的控制方法从激冷温度、飞灰粒径以及配煤控制等方面进行了介绍。

积灰；结垢；堵塞；控制方法

Shell煤气化工艺，作为当今全球范围内最为先进的第二代煤气化工艺之一，其从进料方式来看，属于气流床气化。相对其他的一些气化炉，Shell工艺由于拥有碳转化率相对较高、对大气环境污染小、煤种的适应性广等优点，在近些年一直得到国内很多行业的青睐和追捧，例如，甲醇业、发电业和国内化肥行业等[1]。当然，Shell工艺也会受到很多其他因素的影响，如，烧嘴罩泄露或是失效、合成气冷却器结垢等。在这其中，较为难解决的问题是合成气冷却器积灰问题。近年来，经过众多技术改进，当前SGC积灰问题已经得到了有效的解决，在此基础上也得到了一定的经验。

1 Shell煤气化工艺流程简述

Shell煤气化技术的一般工艺流程有：当氧气经过氧气预热器被升温到某特定温度后，与中压过热蒸汽混合在一起，并导入喷嘴，之后，煤粉进入气化炉。在气化炉的最上端，大约1 500 ℃的高温合成原料被从压缩机冷的合成器调至900 ℃左右，然后，再由此按照一定的顺序进入输气导管，此时，所有的传热器都会由高压锅炉水再次进行强制性的循环，待到热量回收后，该合成的原料气温度就会下降至300 ℃左右，进入到陶瓷过滤器。此时，大约有99%的粉尘会被除掉。图1为Shell煤气化工艺的部分流程。

图1 壳牌煤气化工艺(SCGP)流程简图

2 合成气冷却器结垢的表现

2.1 入口和出口温度升高

当合成气冷却器内部结垢后，入口与出口处温度的明显上升便作为首先的突出的表现，而这其中，表现最为突出的就是合成气冷却器入口处的温度。究其原因主要是，当其发生结垢现象后，冷却器的自身换热性能就会下降，之前熔融的飞灰黏结在测温的原件纸上，因此导致其测量值较高。

2.2 合成气冷却器过热段差压持续升高

一般正常情况下，过热段的压差较为稳定，而当水冷壁上的飞灰黏结速率和合成气吹扫的速率近乎一样时，那么此时，就会达到一种动态平衡。当煤质发生一定的转变，或者是气化炉在高负荷状态下运行时，如果激冷气量比较起来并不算充足时，那么在合成气之间所夹带的一些飞灰在经过激冷后仍会继续保持熔融状态。最后，通过输气导管才能够得以冷却，并沉积在合成气冷却器的周边，造成过热段的压差进一步的提升。

3 合成气冷却器结垢的危害

合成气冷却器结垢，只有当合成气冷却器的入口处被堵塞超过百分之五十的时候才会被察觉。这时，将会逼迫工厂通过降负荷的方法生产，甚至非计划性的停车。

如果情况进一步恶化，该通道就会被堵塞，而运行还在持续当中，那么高速合成气对输气导管以及合成气就会形成开口，最后就会使得高温炉水发生泄漏，进而使得洗涤塔出口处的温度升高，最后导致连锁性的停车。

严重堵塞的合成气冷却器入口段，见图2。

图2 严重堵塞的合成气冷却器入口段

4 避免结垢的措施

4.1 改变原料煤种的灰分组成

从表1可以看出，大多数煤灰中SiO2含量比较大，且大都呈现酸性，在这其中，碱性氧化物的存在也对降低灰熔融的温度起到了一定的帮助作用。

表1 燃烧后的灰分成分表

在我国，一些厂家通过相互的交流与学习，最终得出，要想解决合成气冷却器结垢，首先要配煤或者是掺烧石灰石。

4.2 增加激冷气量，控制SGC入口温度

在经过激冷后，合成气的温度大概是灰熔融点的三分之二，从冷口进入到过热器的入口，这时候，合成气温度就会降低至150 ℃。而当激冷量不足，或者激冷气温度过高时，此时的飞灰即便已经固化，但其黏性仍然没有失去，从而会粘在中压过热器十字上面，或是管壁上[2]。

在实际的生产过程当中，我们一般都会用“过度激冷”的方法，较为典型的激冷后温度为850 ℃。

4.3 控制飞灰粒径

正常情况下，飞灰粒径在1 μm～100 μm，其分布见图3。相关研究表明，SGC结垢和飞灰的粒径分布之间有着很紧密的联系，当<1 μm的飞灰粒子比较多时，就很容易产生SGC的堵塞，而>100 μm的飞灰颗粒较为严重时，也就只有少部分会在管壁形成相对稳定的飞灰滞留表层。

图3 飞灰粒径分布

4.4 调整敲击器的振打频率

在需要清洁的一些受热面板表面用气动操作的敲击器进行脉动敲击，有黏性沉淀物的受热面筒体被声波提速到某特定值之后，在沉淀物质与受热面相互作用，产生不同的惯性作用，使沉淀物最终会被抖落。

为了防止由于脉动传输对受热面产生一定的破坏，需要将带冷却的装置焊在受热面上。共有58个敲击装置，7个仪表控制台分别对其进行控制，分为单敲、双敲2种，如果发现有结垢的倾向，可以用双敲，以此来增加气源的压力，并进行处理。

4.5 氧煤比的调节

以原料中煤的灰含量为10%为例进行说明，如果SGC出现结垢情况，那么还没有烧完的粉煤就会使合成气冷却器十字吊架的堵塞加剧。造成这一情况的原因是煤的中温热解，大约在400 ℃～600 ℃。此外，由于炉膛内部介质的性质也不完全一样，所以灰渣中的铁也是不一样的价态[3]。

4.6 合成气冷却器入口采用新吹灰器

由于十字吊架处很容易积灰，对此，我们首先应该增加反吹的次数，然后再于该处装上吹灰器，借此对整个吊臂都进行清理，最后，再将中央吹灰器安装在盖板的最顶端，这样就使得接受吹扫的表面积增大，即便是一些松散凌乱的小灰尘也能够轻松掉下来。

5 结语

通过对SGC容易积灰的因素和其产生的一些危害进行分析了解到，由于入口和出口温度上升以及合成气冷却器过热段压差持续上涨，将会导致合成气冷却器出现结垢现象，从而会造成合成气冷却器出现堵塞进而产生连锁停车的情况。通过改变原料煤种的灰分组成和氧煤比大小还有增加激冷气量以及调整好敲击器的振打频率，可以有效地减少积灰情况的发生，同时，也可以在合成气冷却器入口使用新的吹灰器来增大吹扫的面积，将一些比较微小的灰尘吹扫下来。Shell粉煤气化装置合成气冷却器积灰结垢问题的有效解决，可以更进一步提升Shell工艺的使用效果，对国内煤气化工艺的发展具有重要的意义。

[1] 闵文伟，刘军.贫瘦煤对Shell粉煤气化过程积灰影响研究[J].天津化工,2015,29(6):24-27.

[2] 田森.Shell粉煤气化装置激冷气压缩机高速轴振动问题的研究[J].小氮肥,2016,44(8):14-15.

[3] 李斌，刘军.Shell粉煤气化装置优化配煤方案研究[J].中氮肥,2016,12(6):15-18.

AnalysisandcountermeasureforashaccumulationandfoulingofsyntheticgascoolerforShellpulverizedcoalgasificationdevice

ChangXiuhua

(DatongGuangfaCoalChemicalIndustryCo.,Ltd.,DatongShanxi037000,China)

The factors for ash accumulation and its harm are analyzed, and the phenomenon of fly ash on synthetic gas cooler is summarized, and some simple process of the device for Shell pulverized coal gasification is introduced. At the same time, the control method of effectively preventing SGC ash accumulation is introduced, including chilled temperature, particle size of fly ash and coal blending control.

ash accumulation; scalling blockage; control method

2017-03-06

常秀华，男，1988年出生，2011年毕业于东北石油大学，本科，助理工程师，从事壳牌煤气化方面工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.33

TQ545

A

1004-7050(2017)03-0097-03

化机与设备