Shell氣化爐十字支撐積灰原因及處理辦法

杜 鵬

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司,山西 大同 037000)

Shell氣化爐十字支撐積灰原因及處理辦法

杜 鵬

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司,山西 大同 037000)

開祥化工廠在shell氣化爐運(yùn)營(yíng)的過程中，由于氣化爐中蒸汽換熱器E-1306和十字支撐積灰出現(xiàn)了多次突發(fā)停車事件，使氣化爐使用壽命、正常運(yùn)營(yíng)受到嚴(yán)重影響。依據(jù)實(shí)際情況，探討了積灰形成的原因，從而對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整，大幅降低了突發(fā)性停車帶來的損失。

shell氣化爐；積灰原因；工藝調(diào)整

引 言

Shell煤氣化工藝具有對(duì)煤炭的種類適應(yīng)性較強(qiáng)、轉(zhuǎn)化效率較高、單一系列能力強(qiáng)、煤氣轉(zhuǎn)化溫度較高、運(yùn)行生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境影響良好等特征，因此是世界上對(duì)煤炭潔凈能力較強(qiáng)的轉(zhuǎn)化技術(shù)之一。至2016年6月份，開祥化工廠已運(yùn)轉(zhuǎn)Shell煤氣化爐A級(jí)150天，投入煤炭1 000 t/d、氧氣運(yùn)轉(zhuǎn)量為9.69 kg/s。在開祥化工的運(yùn)營(yíng)過程中遇見了多次突發(fā)性停車事件，對(duì)于停車原因和問題進(jìn)行的仔細(xì)分析和總結(jié)。

其實(shí)，E-1306和冷卻器十字支撐處的積灰問題，一直都是困擾shell煤氣化爐運(yùn)營(yíng)的主要問題[1]。由于氣化爐十字支撐的積灰問題使開祥化工廠在試運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)多次停車，帶來了較大的經(jīng)濟(jì)損失和機(jī)器磨損。通過實(shí)踐和探索，開祥化工廠不斷積累技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，努力實(shí)現(xiàn)E-1306和冷卻器十字支撐積灰問題的解決，進(jìn)而避免突發(fā)性停車事件發(fā)生的概率降低。

1 積灰實(shí)際問題和探討

1.1 積灰問題

開祥化工在實(shí)際運(yùn)營(yíng)的前期，讓E-1306以進(jìn)、出口溫度差在360 ℃的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)蒸汽的出口溫度也在400 ℃，這時(shí)保持了符合100%的穩(wěn)定運(yùn)行。但是在積灰問題產(chǎn)生以后，進(jìn)出口溫差一直降落到了90 ℃以下，中壓蒸汽換熱器的溫度也出現(xiàn)了大幅的上升，從10 kPa增漲到了20 kPa。爐內(nèi)溫度的不均衡情況的出現(xiàn)，使積灰問題不斷地的產(chǎn)生和蔓延，最終導(dǎo)致停車事件的發(fā)生，對(duì)生產(chǎn)和機(jī)器壽命產(chǎn)生了嚴(yán)重的損害。

1.2 積灰情況

由于積灰產(chǎn)生于機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)之中，因此主要的灰塵堆積在E-1306盤管和蓋子的縫隙間。如圖1和第104頁圖2和圖3中所示實(shí)際情況來看，嚴(yán)重的積灰會(huì)使整個(gè)合成冷卻器的入口徹底堵死，最高可累積達(dá)1.5 m。而這些累積灰的黏性極強(qiáng)，用一般吹風(fēng)的方式無法清除[2]。從積灰出現(xiàn)的位置和具體情況來分析，合成冷卻器的入口位置和冷卻器的盤管附近是積灰出現(xiàn)的初始點(diǎn)和最嚴(yán)重的地方。

圖1 輕微積灰的合成器冷卻器入口

圖2 積灰嚴(yán)重的合成器冷卻器入口

圖3 沒有積灰的合成器冷卻器入口

1.3 造成損害

1) 由于積灰情況的加劇，會(huì)導(dǎo)致shell氣化爐的能量產(chǎn)生較大的浪費(fèi)，使蒸汽的使用效率大幅降低，浪費(fèi)能量。

2) 爐內(nèi)積灰會(huì)使整個(gè)爐內(nèi)溫度失衡，尤其造成了SGC合成器的運(yùn)行溫度大幅上升，使冷卻器所攜帶的水汽量增加，讓爐內(nèi)溫度的失衡情況加劇，導(dǎo)致形成一種不斷加劇的惡性循環(huán)[3]。

3) 由于運(yùn)行溫度的提升，使整個(gè)機(jī)器的磨損度大幅增加，使用壽命也大打折扣。

4) 冷卻器的自制機(jī)制的失調(diào)，使突發(fā)性停車事件發(fā)生的頻率增加。

5) 當(dāng)積灰產(chǎn)生的量足夠時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)合成器口的嚴(yán)重堵塞情況，如機(jī)器繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，終會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的毀壞或癱瘓。

2 積灰形成原理

2.1 形成原理

煤炭的顆粒本身粘性較強(qiáng)，因此積灰也會(huì)有粘性較強(qiáng)的屬性。當(dāng)汽爐在冷氣不足的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)使煤灰落在SGC的出口的平坦處，造成堆積和不斷的凝固。而由于冷卻汽中的溫度失衡，而導(dǎo)致所攜帶水汽含量進(jìn)一步增加，使煤灰的凝結(jié)速度和數(shù)量也大幅上升。同時(shí)E-1306轉(zhuǎn)換器的運(yùn)轉(zhuǎn)效能大幅下降，導(dǎo)致固化層的溫度不斷增加，使積灰體積不斷的擴(kuò)展和加厚，蔓延至氣化爐關(guān)鍵位置，導(dǎo)致機(jī)器停車事件發(fā)生。

2.2 影響積灰形成因素

1) 飛灰在向積灰的轉(zhuǎn)變過程中，經(jīng)歷了從汽體向液體轉(zhuǎn)變的過程，而這一情況在合成冷卻器的出口處形成后，進(jìn)而在高溫的凝結(jié)作用中變成了固體。由于沒有根據(jù)實(shí)際的情況，冷卻器對(duì)爐內(nèi)溫度做出錯(cuò)誤預(yù)判，而即時(shí)的對(duì)冷氣產(chǎn)生的比率進(jìn)行相應(yīng)的改變，使合成器冷卻器入口的溫度并未低于凝固的溫度。氣化爐內(nèi)出現(xiàn)冷氣量不足的情況，最終使SGC入口處的溫度太高，使飛灰的凝結(jié)速度加快，導(dǎo)致積灰形成。

2) 飛灰如果可以及時(shí)被振打器振動(dòng)而脫離合成器的出口，同樣可以減緩飛灰凝結(jié)的速率，于是飛灰凝結(jié)的第二個(gè)因素便是振打器的實(shí)效導(dǎo)致振打強(qiáng)度的太弱。

3) 在積灰形成因中，還有一個(gè)重要因素便是爐內(nèi)合成冷卻器的漏水，由于合成冷卻器溫度過高使水冷設(shè)備泄露，導(dǎo)致飛灰與水汽凝結(jié)在一起，造成積灰情況加劇。

4) 由于激冷設(shè)備所含水汽過多，就必須保證爐內(nèi)的溫度要不斷提升，直到超過煤炭灰的融化點(diǎn)。但是當(dāng)煤炭的種類發(fā)生大變化時(shí)，這一切就需要進(jìn)行調(diào)整，例如遇到高熔點(diǎn)的煤炭時(shí)，SGC的進(jìn)口溫度就必須進(jìn)行大幅提升，造成直屬的U-1500和U-1600在溫度上進(jìn)一步提升，而U-1600所排出的冷卻水量也大幅增加。這樣水汽和煤灰的混合情況也進(jìn)一步加劇，使積灰產(chǎn)生的產(chǎn)生量增加。

5) 飛灰不僅因?yàn)楦邷厥鼓Y(jié)的情況加劇，對(duì)于煤焦灰而言，粘性是一大屬性，而且飛灰顆粒間還有凝聚的特性，再加上煤炭灰粘性極強(qiáng)的特性，使積灰的嚴(yán)重性不斷加劇。

6) SGC出口處的結(jié)灰情況與飛灰的直徑緊密相關(guān)。在試驗(yàn)中得出，當(dāng)焦灰的單體顆粒直徑在1 μm～100 μm時(shí)，只有在顆粒直徑處于特殊大小時(shí)，積灰現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)，而煤焦灰的單體顆粒直徑與煤的種類有直接的關(guān)系。經(jīng)測(cè)算，只有飛灰在顆粒直徑10 μm～20 μm時(shí)，才能在SGC上停留，最后形成積灰現(xiàn)象。飛灰顆粒情況，如圖4所示。

圖4 飛灰顆粒情況

3 預(yù)防積灰的辦法

3.1 改善生產(chǎn)設(shè)備和工藝

1) 讓煤炭的種類盡可能的固定，對(duì)煤炭種類應(yīng)列出具體的標(biāo)準(zhǔn)和名錄，灰分應(yīng)該處于均衡狀態(tài)，最好能保持在15%～20%。

2) 讓爐膛內(nèi)汽包的壓力保持穩(wěn)定，通過及時(shí)調(diào)整和管理，不要讓汽包壓力發(fā)生假的情況指示，造成爐內(nèi)溫度的錯(cuò)誤調(diào)整，使V-1304處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

3) 如何保證氣化爐的溫度維持在均衡穩(wěn)定狀態(tài)是關(guān)鍵，為了維持爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定狀態(tài)，就必須在下粉時(shí)保證溫度出現(xiàn)恒定的狀態(tài)，因此當(dāng)U-1200下粉時(shí)，一定要盡可能使V1205和內(nèi)爐膛的溫壓保持均衡和穩(wěn)定。

4) 為了防止積灰的增加，就必須最大力度的控制焦渣的粘性、集聚性，防止不融凝固、粘結(jié)、粉狀等情況發(fā)生。

5) 對(duì)于燒結(jié)物的產(chǎn)生，就必須控制煤炭供給量的分配均勻，讓灰熔點(diǎn)在可控范圍內(nèi)，防止內(nèi)堂溫度過高造成煤灰的大幅度凝結(jié)。

6) 對(duì)于補(bǔ)水系統(tǒng)U-1600的溫度，要保持處在均衡、合理的范圍內(nèi)。避免由于U-1600系統(tǒng)水冷問題影響到積灰的情況加劇[4]。防止補(bǔ)水系統(tǒng)的水汽過多問題進(jìn)一步影響到SGC支撐面板和輸氣管積灰凝結(jié)。

7) 當(dāng)選定特定的煤炭種類后，車間操作中也必須在加工灰積點(diǎn)低的煤炭種類時(shí)，盡可能增加振板的振動(dòng)頻率，讓積灰能被及時(shí)的抖落，從而延緩焦渣積灰的凝結(jié)速度。

8) 通過對(duì)煤炭灰分大小的測(cè)算對(duì)積灰形成的影響，經(jīng)過重復(fù)多次的試驗(yàn)確定，煤灰的單一顆粒直徑應(yīng)控制在10 μm～20 μm，這樣才能使積灰形成的幾率大幅的下降，保證機(jī)器的穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。

4 總結(jié)

為了降低氣爐在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過程中，出現(xiàn)大量積灰而導(dǎo)致突發(fā)停車事件的發(fā)生，因此提高shell氣化爐的生產(chǎn)工藝水平是有效解決方案。而要防止積灰情況的加劇，就必須降低SGC入口處的積灰凝結(jié)概率，通過對(duì)煤炭種類的分析和篩選，以及控制爐內(nèi)溫度的均衡將是關(guān)鍵所在。

[1] 謝波,牟剛林,尹招進(jìn).氣化爐合成氣冷卻器十字架積灰原因及解決措施[C]//全國(guó)大型合成氨裝置技術(shù)年會(huì).2015,35(10):2-3.

[2] 劉鑫,康善嬌,劉衛(wèi)兵,等.Shell氣化爐堵渣問題的探討[J].煤化工,2016,44(1):50-53.

[3] 梅樂.Shell氣化飛灰粘附影響因素研究[D].合肥：安徽理工大學(xué),2016,5(10):128-132.

[4] 馬長(zhǎng)生.影響SHELL氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的原因分析[J].內(nèi)蒙古石油化工,2015,35(10):28-32.

The reason and treatment of ash deposition in Shell gasifier

DU Peng

(Datong Guangfa Chemical Industry Co., Ltd., Datong Shanxi 037000, China)

In operation process of Shell gasifier in Kaixiang chemical plant,several sudden stop events occurred as a result of ash deposition of steam heat exchanger E 1306 and cross supporting in gasifier, which seriously affects the service life, normal operation of gasifier. According to the actual situation, the causes of ash deposition are discussed to adjust the production process, which greatly reduces the losses caused by the sudden stop.

Shell gasifier; reason of ash deposition; process adjustment

2017-03-07

杜 鵬，男，1986年出生，2011年畢業(yè)于吉林大學(xué)材料物理專業(yè)，本科，助理工程師，調(diào)度室副主任。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.36

TQ054

A

1004-7050(2017)04-0103-03

生產(chǎn)與應(yīng)用