论文部分内容阅读
摘 要：本文首先阐述了装置工艺流程及技术特点，接着分析了装置故障停车原因，最后对影响装置长周期连续运行的主要因素进行了探讨。
关键词：壳牌粉煤气化装置;长周期连续运行
1 装置工艺流程及技术特点
壳牌粉煤气化工艺采用干煤粉作为气化原料，利用纯氧及蒸汽作为气化剂来制取粗合成气，从而为IGCC电厂、化工合成及制氢装置提供原料气体。相比于其他煤气化技术，壳牌粉煤气化技术拥有煤种适应性广、单套处理能力大、自动化程度高、氧耗/煤耗低、冷煤气效率高、环境友好等众多优点，这也是目前壳牌粉煤气化技术能得以广泛应用的原因所在。
2 装置故障停车原因
国内某壳牌粉煤气化装置前期运行过程中影响壳牌粉煤气化装置长周期连续稳定运行的原因较多，应对其进行归纳梳理，找出主要影响因素，采取有针对性的整改措施，以实现长周期稳定运行的目标。
3 影响装置长周期连续运行的主要因素
3.1 煤质
（1）水分。煤中的水分高低会影响磨煤单元的能耗及粉煤的储存输送，同时也直接关系到磨制粉煤的质量是否合格。当煤中水分偏高时，磨煤单元的燃料气消耗量会显著上升，同时粉煤在加压输送过程中还容易板结成块，从而形成架桥堵塞。另外，粉煤中水分高容易造成粉煤的速度测量不准，煤烧嘴的安全运行无法得到保证，从而直接影响了壳牌粉煤气化炉的长周期连续运行。煤的水份要求控制在2%以内。
（2）灰分。壳牌粉煤气化工艺的重要原理之一就是“以渣抗渣”，其气化炉膜式水冷壁的挂渣情况与煤中灰分高低直接相关。如果煤中灰分偏低，则气化炉膜式水冷壁上的渣层会偏薄，甚至无法形成渣层，这样气化炉膜式水冷壁就得不到良好保护，其使用寿命就会大大缩短，从而严重影响壳牌粉煤气化装置的长周期连续运行。如果煤中灰分过高，则气化所产生的炉渣和飞灰量非常大，不仅增大了除渣除灰系统的负荷，还容易引起除渣系统堵塞、合成气冷却器结垢加重等问题。另外，渣量太大还易导致煤烧嘴隔焰罩发生损坏，从而给装置的长周期连续运行带来不利影响。
（3）灰熔点。壳牌气化炉对气化煤种的灰熔点有一定要求，既不能太高，也不能太低，通常要求在1250～1550℃范围内。对于高灰熔点煤种，为确保其正常气化，可以通过添加助溶剂（如石灰石等）来降低其灰熔点;对于低灰熔点煤种，则可通过配煤或添加一些高岭土等措施来提高其灰熔点。为了确保壳牌粉煤气化装置能够长周期连续运行，必须要保证气化炉入炉煤种的灰熔点相对稳定，最好不要出现大幅波动，否则气化炉工况就会因此发生波动，且极易引起气化炉出渣口发生堵塞，从而给壳牌粉煤气化炉的长周期连续稳定运行带来严重影响。由于我公司原料煤种较多，因此成立了配煤体系，确保进炉的煤灰熔点在1320-1420℃之间，给煤炉长周期运行带来积极的影响。
3.2 气化炉工艺操作
（1）氧煤比。氧煤比的高低直接决定壳牌粉煤气化炉温度的高低，氧煤比的调整是壳牌粉煤气化炉控制中最重要的操作，也是操作人员调整最频繁的参数。壳牌粉煤气化炉氧煤比的准确度与粉煤循环测试的精度密切相关，在粉煤循环测试精度合适的情况下，氧煤比大致控制在0.65-0.85这一范围内。在装置运行期间，操作人员根据粗合成气中CO和CO2含量、气化炉产汽量及炉渣外观来综合判断气化炉温度是否合适，然后根据判断结果进行氧煤比调整。如果判断炉温升高，就要适当降低氧煤比，反之，就要提高氧煤比，气化炉温度稳定后，整个壳牌粉煤气化装置的稳定运行才能得以实现。由此可见，氧煤比的及时合理调整是壳牌粉煤气化装置能否长周期连续运行的根本保障。
（2）水蒸汽氧比。水蒸汽氧比的调整也是壳牌粉煤气化炉温度控制与日常操作的重要手段之一。水蒸汽是壳牌粉煤气化工艺的气化剂之一，其参与反应后，能够降低气化炉内反应的激烈程度，使气化炉在较低的温度下运行，同时还能降低气化反应的氧耗。一般认为，气化炉内注入水蒸汽，能明显降低气化炉所产炉渣中的渣末含量，提高气化炉碳转化率，同时还能改善合成气组分，优化合成气中H/CO的比例。通常情况下，壳牌粉煤气化炉的水氧比控制在0.06～0.15范围内，并且在正常生产阶段固定不变。对于壳牌粉煤气化装置，一定要通过气化实践逐步摸索出适合特定煤种的最佳水氧比。水氧比太高或太低，都会给装置的长周期连续运行带来不利影響，严重情况下还容易导致装置停车。
（3）煤线。煤线稳定性关系到壳牌粉煤气化工艺4个煤烧嘴的稳定运行，也直接决定了壳牌粉煤气化装置能否长周期连续运行。如果煤线存在较大波动，煤线上粉煤的速度、密度就会发生相应波动，粉煤流量也会随之发生波动，煤烧嘴的稳定运行无法得到保证，严重时还会直接导致煤烧嘴损坏。由此可见，煤线的稳定性对壳牌粉煤气化工艺来说十分重要。
3.3 激冷比
激冷后温度的高低对壳牌粉煤气化而言非常关键。如果激冷后温度偏高，则会加重合成气冷却器的结垢趋势，严重情况下还会导致过热段发生堵塞;如果激冷后温度偏低，则会使过热段出口过热蒸汽温度降低，过热蒸汽的品质就会大幅下降，还可能会导致激冷气压缩机进口温度无法满足工艺要求，进而使得激冷气管线发生腐蚀泄漏。由此可见，气化炉激冷比一定要控制合适，一般要求将其控制在1.0～1.6左右。
3.4 关键设备及仪表
（1）激冷气压缩机（循环气压缩机）。激冷气压缩机是壳牌粉煤气化装置中唯一的大型动设备，其为气化炉激冷段提供激冷气，以将热合成气激冷至合适温度，从而保护气化炉激冷段及后续设备，避免其发生过热超温。壳牌粉煤气化装置中激冷气压缩机只设单台机组，没有设置备机，一旦发生故障，就会导致气化装置紧急停车。因此，为了保证壳牌粉煤气化装置的长周期连续运行，必须选用可靠性高的激冷气压缩机。
（2）带联锁的关键机泵。壳牌粉煤气化装置中带联锁的关键机泵有煤烧嘴冷却水泵、中压循环泵以及湿洗塔塔底循环泵，这几台泵的运行情况直接关系到壳牌粉煤气化装置的安全运行。
在正常生产期间，这些机泵绝对不能停运，一旦停运，将会直接威胁到煤烧嘴、气化炉及下游设备管道的安全运行，甚至还会导致设备因过热而损坏。因此，为确保以上联锁机泵的运行可靠性，应将机泵的互备自启联锁投入运行，同时打开现场备泵进出口阀，并将备泵切至远程。
3.5 装置施工质量及设备安装质量
（1）工艺管道焊接。在壳牌粉煤气化装置中，粉体单元的处理介质为高速粉体氮气，该介质对设备管道阀门的冲刷磨蚀十分严重，如果工艺管道的焊接质量不过硬，就极其容易被磨穿，使得大量氮气夹带着粉体溢出到周围空间，从而给装置的安全平稳运行带来严重危害。
（2）安全阀整定压力。在壳牌粉煤气化装置中，大部分压力容器都设有安全阀，安全阀作为压力容器的安全附件是设备超压时最后一道保护，其能保证压力容器安全运行。如果安全阀因整定值不合格经常发生起跳，甚至起跳后还无法复位，则势必会给气化装置的安全运行带来严重危害。因此，在气化装置建设初期，一定要选用质量过硬的安全阀，同时在装置检修期间，一定要做好安全阀的校验工作。
结束语
综上所述，为了尽快实现壳牌粉煤气化装置的运行经济性，确保其长周期连续稳定运行，必须努力解决困扰装置运行的疑难问题。我公司自壳牌煤炉开工以来，做了很多大胆的改进措施，也取得了较好的效果，延长了作业周期。
参考文献
[1]汪家铭，莫洪彪.壳牌煤气化技术在国内的应用与技术创新[J].化肥设计.2017（04）
关键词：壳牌粉煤气化装置;长周期连续运行
1 装置工艺流程及技术特点
壳牌粉煤气化工艺采用干煤粉作为气化原料，利用纯氧及蒸汽作为气化剂来制取粗合成气，从而为IGCC电厂、化工合成及制氢装置提供原料气体。相比于其他煤气化技术，壳牌粉煤气化技术拥有煤种适应性广、单套处理能力大、自动化程度高、氧耗/煤耗低、冷煤气效率高、环境友好等众多优点，这也是目前壳牌粉煤气化技术能得以广泛应用的原因所在。
2 装置故障停车原因
国内某壳牌粉煤气化装置前期运行过程中影响壳牌粉煤气化装置长周期连续稳定运行的原因较多，应对其进行归纳梳理，找出主要影响因素，采取有针对性的整改措施，以实现长周期稳定运行的目标。
3 影响装置长周期连续运行的主要因素
3.1 煤质
（1）水分。煤中的水分高低会影响磨煤单元的能耗及粉煤的储存输送，同时也直接关系到磨制粉煤的质量是否合格。当煤中水分偏高时，磨煤单元的燃料气消耗量会显著上升，同时粉煤在加压输送过程中还容易板结成块，从而形成架桥堵塞。另外，粉煤中水分高容易造成粉煤的速度测量不准，煤烧嘴的安全运行无法得到保证，从而直接影响了壳牌粉煤气化炉的长周期连续运行。煤的水份要求控制在2%以内。
（2）灰分。壳牌粉煤气化工艺的重要原理之一就是“以渣抗渣”，其气化炉膜式水冷壁的挂渣情况与煤中灰分高低直接相关。如果煤中灰分偏低，则气化炉膜式水冷壁上的渣层会偏薄，甚至无法形成渣层，这样气化炉膜式水冷壁就得不到良好保护，其使用寿命就会大大缩短，从而严重影响壳牌粉煤气化装置的长周期连续运行。如果煤中灰分过高，则气化所产生的炉渣和飞灰量非常大，不仅增大了除渣除灰系统的负荷，还容易引起除渣系统堵塞、合成气冷却器结垢加重等问题。另外，渣量太大还易导致煤烧嘴隔焰罩发生损坏，从而给装置的长周期连续运行带来不利影响。
（3）灰熔点。壳牌气化炉对气化煤种的灰熔点有一定要求，既不能太高，也不能太低，通常要求在1250～1550℃范围内。对于高灰熔点煤种，为确保其正常气化，可以通过添加助溶剂（如石灰石等）来降低其灰熔点;对于低灰熔点煤种，则可通过配煤或添加一些高岭土等措施来提高其灰熔点。为了确保壳牌粉煤气化装置能够长周期连续运行，必须要保证气化炉入炉煤种的灰熔点相对稳定，最好不要出现大幅波动，否则气化炉工况就会因此发生波动，且极易引起气化炉出渣口发生堵塞，从而给壳牌粉煤气化炉的长周期连续稳定运行带来严重影响。由于我公司原料煤种较多，因此成立了配煤体系，确保进炉的煤灰熔点在1320-1420℃之间，给煤炉长周期运行带来积极的影响。
3.2 气化炉工艺操作
（1）氧煤比。氧煤比的高低直接决定壳牌粉煤气化炉温度的高低，氧煤比的调整是壳牌粉煤气化炉控制中最重要的操作，也是操作人员调整最频繁的参数。壳牌粉煤气化炉氧煤比的准确度与粉煤循环测试的精度密切相关，在粉煤循环测试精度合适的情况下，氧煤比大致控制在0.65-0.85这一范围内。在装置运行期间，操作人员根据粗合成气中CO和CO2含量、气化炉产汽量及炉渣外观来综合判断气化炉温度是否合适，然后根据判断结果进行氧煤比调整。如果判断炉温升高，就要适当降低氧煤比，反之，就要提高氧煤比，气化炉温度稳定后，整个壳牌粉煤气化装置的稳定运行才能得以实现。由此可见，氧煤比的及时合理调整是壳牌粉煤气化装置能否长周期连续运行的根本保障。
（2）水蒸汽氧比。水蒸汽氧比的调整也是壳牌粉煤气化炉温度控制与日常操作的重要手段之一。水蒸汽是壳牌粉煤气化工艺的气化剂之一，其参与反应后，能够降低气化炉内反应的激烈程度，使气化炉在较低的温度下运行，同时还能降低气化反应的氧耗。一般认为，气化炉内注入水蒸汽，能明显降低气化炉所产炉渣中的渣末含量，提高气化炉碳转化率，同时还能改善合成气组分，优化合成气中H/CO的比例。通常情况下，壳牌粉煤气化炉的水氧比控制在0.06～0.15范围内，并且在正常生产阶段固定不变。对于壳牌粉煤气化装置，一定要通过气化实践逐步摸索出适合特定煤种的最佳水氧比。水氧比太高或太低，都会给装置的长周期连续运行带来不利影響，严重情况下还容易导致装置停车。
（3）煤线。煤线稳定性关系到壳牌粉煤气化工艺4个煤烧嘴的稳定运行，也直接决定了壳牌粉煤气化装置能否长周期连续运行。如果煤线存在较大波动，煤线上粉煤的速度、密度就会发生相应波动，粉煤流量也会随之发生波动，煤烧嘴的稳定运行无法得到保证，严重时还会直接导致煤烧嘴损坏。由此可见，煤线的稳定性对壳牌粉煤气化工艺来说十分重要。
3.3 激冷比
激冷后温度的高低对壳牌粉煤气化而言非常关键。如果激冷后温度偏高，则会加重合成气冷却器的结垢趋势，严重情况下还会导致过热段发生堵塞;如果激冷后温度偏低，则会使过热段出口过热蒸汽温度降低，过热蒸汽的品质就会大幅下降，还可能会导致激冷气压缩机进口温度无法满足工艺要求，进而使得激冷气管线发生腐蚀泄漏。由此可见，气化炉激冷比一定要控制合适，一般要求将其控制在1.0～1.6左右。
3.4 关键设备及仪表
（1）激冷气压缩机（循环气压缩机）。激冷气压缩机是壳牌粉煤气化装置中唯一的大型动设备，其为气化炉激冷段提供激冷气，以将热合成气激冷至合适温度，从而保护气化炉激冷段及后续设备，避免其发生过热超温。壳牌粉煤气化装置中激冷气压缩机只设单台机组，没有设置备机，一旦发生故障，就会导致气化装置紧急停车。因此，为了保证壳牌粉煤气化装置的长周期连续运行，必须选用可靠性高的激冷气压缩机。
（2）带联锁的关键机泵。壳牌粉煤气化装置中带联锁的关键机泵有煤烧嘴冷却水泵、中压循环泵以及湿洗塔塔底循环泵，这几台泵的运行情况直接关系到壳牌粉煤气化装置的安全运行。
在正常生产期间，这些机泵绝对不能停运，一旦停运，将会直接威胁到煤烧嘴、气化炉及下游设备管道的安全运行，甚至还会导致设备因过热而损坏。因此，为确保以上联锁机泵的运行可靠性，应将机泵的互备自启联锁投入运行，同时打开现场备泵进出口阀，并将备泵切至远程。
3.5 装置施工质量及设备安装质量
（1）工艺管道焊接。在壳牌粉煤气化装置中，粉体单元的处理介质为高速粉体氮气，该介质对设备管道阀门的冲刷磨蚀十分严重，如果工艺管道的焊接质量不过硬，就极其容易被磨穿，使得大量氮气夹带着粉体溢出到周围空间，从而给装置的安全平稳运行带来严重危害。
（2）安全阀整定压力。在壳牌粉煤气化装置中，大部分压力容器都设有安全阀，安全阀作为压力容器的安全附件是设备超压时最后一道保护，其能保证压力容器安全运行。如果安全阀因整定值不合格经常发生起跳，甚至起跳后还无法复位，则势必会给气化装置的安全运行带来严重危害。因此，在气化装置建设初期，一定要选用质量过硬的安全阀，同时在装置检修期间，一定要做好安全阀的校验工作。
结束语
综上所述，为了尽快实现壳牌粉煤气化装置的运行经济性，确保其长周期连续稳定运行，必须努力解决困扰装置运行的疑难问题。我公司自壳牌煤炉开工以来，做了很多大胆的改进措施，也取得了较好的效果，延长了作业周期。
参考文献
[1]汪家铭，莫洪彪.壳牌煤气化技术在国内的应用与技术创新[J].化肥设计.2017（04）