AP粉煤气化技术运行情况总结

张文博

(中海油大同煤制天然气项目组，山西 大同 037100)

引 言

21世纪初，油价飞涨，中国合成氨工厂大力推进“油改煤”技术，壳牌气化所具有的高能量转化效率、低水耗等优点一直吸引着煤化工的从业者们。2018年5月7日，空气化工产品公司完成收购荷兰壳牌旗下壳牌全球解决方案国际公司的煤气化技术业务，自此壳牌气化正式改名为AP气化。回顾AP气化技术在中国的发展，从湖北双环930 t/d的投煤量，到山西潞安3 200 t/d的投煤量，单看市场，AP气化技术的运营确实取得了巨大成功。然而，由最初的推崇备至，到前些年的不断质疑，再到近年来，关于AP气化炉“安稳长满优”运行的报道不断见报，AP气化装置的在中国的运行之路，值得深思与总结。

1 煤质对气化炉运行的影响

无烟煤、烟煤、褐煤、石油焦等均可作为AP气化炉原料，与其他技术相比，AP气化技术宣传重点是对煤的灰熔点范围要求较宽，对煤的水分、灰分和硫含量要求也较宽。AP公司对国外典型煤种进行了广泛研究，对国外煤种建立了较为全面的数据库，但却相对缺乏对我国煤种的具体研究。我国煤种灰分一般在28%左右，且与国外煤种灰分组成差异较大，灰熔点温度高于1 400 ℃的煤分别占我国煤炭年产量、储量的55%和75%左右[1]。“宽”的另一层含义是，通过配煤、添加助熔剂等手段，可以改变入炉煤特性，从而使更多种类的煤可用于该气化技术。但是，国内的AP气化工厂运行业绩表明，煤质问题仍然是AP气化炉长周期运行的制约因素[2-4]。通过多个工厂的实际运行结果分析，煤质问题会直接或间接造成如下影响：

1) 水冷壁或者烧嘴因挂渣不良(如图1)而烧坏。5 Pa·s～25 Pa·s灰渣黏度的温度区间，如果与气化炉操作窗口温度不匹配，会影响水冷壁挂渣(如图2)，“以渣抗渣”的工作原理无法实现，严重时会导致烧嘴罩烧漏、烧嘴烧蚀、水冷壁烧坏等后果，直接引发停车。

图1 损坏前、后的烧嘴罩

图2 挂渣良好、过薄的水冷壁

2) 排渣不畅。AP气化炉采用液体排渣技术，要求原料煤的FT低于1 400 ℃，使灰渣呈熔融状态排出，因此，煤灰的熔融性直接决定着煤炭气化过程中排渣方式的选择。原料煤选择不当，气化条件控制不匹配，气化后产生的熔渣可能会因流动速度过快而无法在水冷壁上形成足够厚的渣层，进而导致气化炉内件和相关设备的磨蚀和腐蚀，大量的熔渣还可能会在气化炉下部的水浴池内结成大块渣，造成排渣困难甚至堵渣，见图3。

图3 积灰前、后合成气冷却器

3) 合成气冷却器积灰、高温高压飞灰过滤器滤芯断裂等设备故障。煤质带来的积灰问题主要表现在两点：煤质不稳定，如不能及时调节氧煤比，飞灰中残炭量过高，会使飞灰黏度增大，极易黏附在设备通道内壁上，引发堵塞；高温高压飞灰过滤器的负荷是根据煤种预先设计的，如果入炉煤灰含量过高，超过过滤器设计余量，过滤器超负荷运行，滤芯极易断裂，同时还易引起除渣系统堵塞、合成气冷却器结垢等问题[5]。

2 国内AP气化炉运行情况

根据国内多家AP气化炉实际运行业绩可以发现，煤质问题对AP气化炉稳定运行有重大影响。

国内第一家试车的AP气化装置——湖北双环，在2006年5月17日至8月31日106 d的生产运行过程中，共计停车7次(不含1次计划停车)，其中2次是因煤烧嘴罩问题导致停车[6]。

安庆煤气化装置在2006年运行过程中共计7次停车，其中，2次是因烧嘴罩烧蚀泄漏停车；2007年共计7次停车，其中，1次是烧嘴罩烧蚀泄漏后停车，1次是高温高压飞灰过滤器滤芯断裂造成停车；2008年共计7次停车，其中1次是因煤质波动，导致堵渣停车；2009年共计停车5次，1次因气化炉堵渣，导致联锁动作紧急停车，2次因渣池联锁动作停车[7]。

在岳阳气化装置不断更换煤源的过程中，如果不能及时有效地调整控制参数，会直接影响烧嘴点火，并带来堵渣、积灰等问题[8]。从2006年12月至2012年，岳阳气化装置在第45个操作循环时，已经稳定运行了145 d，总结过去经验，AP公司把长周期稳定运行的瓶颈归结为4点：高温高压飞灰过滤器的堵塞、合成气冷却器积灰、排渣系统的堵渣、烧嘴罩的故障，而这4点正与稳定的煤质、合适的煤种密不可分[9]。

河南中原大化集团公司煤气化装置投运后，由于气化炉堵渣，被迫长期停车检修，造成巨大经济损失。公司技术人员把原因归结为三点：1) 所用煤种含灰量太高(高达50%)；2) 助熔剂(石灰石)添加比例不合适，造成炉内灰渣黏度较大，形成渣块较大；3) 气化炉膜式壁上形成的渣层较厚，从挡渣屏上流下的渣黏度很大，形成的渣较多也较大[10]。

广西柳化[11]自2007年开工到2012年运行5年中的停车原因中，不计下游工序造成的停车以及计划停车，烧嘴罩泄露导致的停车占了6.4%，堵渣占2.6%，积灰占11.5%，高温高压飞灰过滤器故障占7.7%。

截止2013年1月中国神华鄂尔多斯煤制油有限公司气化炉由于滤芯断裂引起的停车共16次，占停车总次数的20%以上[12]。

大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司气化装置自2010年10月投料试车以来，到2012年7月20日，3台气化炉因工艺原因共计停车31次，其中，由于堵灰、堵渣原因，造成停车13次[13]。

3 气化炉运行初期问题统计

表1为双环、安庆、柳化、天安公司气化装置运行第一年停车因素统计，图4为上述四家公司气化装置运行首年的停车因素占停车总数的比重图。由上可知，装置运行首年，停车次数均较多，由于煤质、配套公用工程、电气仪表等问题，装置均难以长周期稳定运行，这也正是AP气化炉在建成试车之后被广泛质疑的原因。图4可见，双环、安庆、天安公司的气化装置可能因为煤质问题导致的停车占到停车总数的50%；另外，公用工程、电气仪表系统以及操作人员的误操作，也是造成停车的主要因素。由此侧面反应出气化装置的复杂性，对配套设施要求较高，对操作人员的素质要求也高。

表1 气化炉运行业绩停车统计 单位：次

图4 停车因素统计

4 典型运行故障分析

由表2可知，随着运行经验的积累、运行中暴露问题的不断解决，柳化气化装置的停车次数在逐年下降，运行周期在稳步提高。随着运行时间的积累，管理者对煤质管理水平的提高，因煤质问题导致的停车次数在显著下降。当然如果煤质变化后没有及时调节生产，同样会即刻带来严重后果，如2012年有3次停车是全部因为积灰所致。

表2 柳化气化装置停车统计 单位：次

5 结语

AP技术在国内运行已有多年，尽管该技术对煤质要求比较宽泛，但是根据实际运行情况，煤质问题仍然是影响生产稳定运行的主因。正如AP气化炉引入中国伊始专家们讨论的那样[14-15]，煤质管理需要投入大量精力与物力。如何保证煤质的稳定，如何平衡配煤方案的经济性和长期性，如何及时监测、响应在线煤质的变化，仍然是气化技术长周期稳定运行需要突破的关键问题。

随着国家对煤炭清洁利用提出的更高要求，总结已经投产的煤化工装置运行业绩对新上煤化工项目意义重大。AP气化技术不仅是为煤炭的清洁转化利用提供了技术和装置，更是为煤化工人提供了思路和平台。相信在多方共同努力之下，宝贵的煤炭资源能更好地为地区经济发展做出贡献，为国家发展做出贡献。