淺議殼牌氣化爐的爐溫調(diào)節(jié)

劉倩

[摘 要]煤氣化裝置是大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限責(zé)任公司煤制烯烴項目的核心裝置，原料煤經(jīng)殼牌煤氣化工藝制取以CO+H2為主要成分的合成氣，送入低溫甲醇洗裝置凈化后作為甲醇合成的原料氣。從技術(shù)角度看，SCGP技術(shù)是當(dāng)今世界最先進的潔凈煤氣化技術(shù)之一，工藝設(shè)計和控制系統(tǒng)有著全新的理念。

[關(guān)鍵詞]殼牌；氣化爐；爐溫；調(diào)節(jié)

中圖分類號：TH792 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）32-0000-01

1 氣化反應(yīng)原理

在殼牌煤氣化工藝中簡化的煤氣化可由以下總反應(yīng)式予以描述

CH+1/2O2=>CO+1/2H2

其中，CH是煤的簡化分子式。

這一簡化分子式可以被認(rèn)為是通過兩步法來獲得的，即第一階段放熱反應(yīng)釋放的能量用來驅(qū)動第二階段的吸熱反應(yīng)：

（1）燃料+O2=>CO2+H2O-Q

（2）燃料+CO2+H2O=>CO2+H2O+Q

然而，為實際了解氣化過程，應(yīng)了解更基礎(chǔ)的氣化反應(yīng)式。為簡化反應(yīng)式，反應(yīng)式中的煤由純碳代表，并按照約定俗成的原理，負(fù)反應(yīng)熱表示放熱。對煤來說，以下氣化反應(yīng)式可以寫為：

-110MJ/千摩（部分氧化）

+131MJ/千摩（蒸汽轉(zhuǎn)化）

-75MJ/千摩（加氫氣化）

這些反應(yīng)式實際上描述了碳?xì)浠衔锟梢员粴饣娜N方式，即：部分氧化，與蒸汽吸熱反應(yīng)和加氫氣化。

實際上部分氧化反應(yīng)必須分為兩個部分：

-393MJ/千摩

+173MJ/千摩

分解反應(yīng)式顯示出氣化反應(yīng)所需能量為內(nèi)部產(chǎn)生的。而且表明第二個反應(yīng)應(yīng)作為平衡反應(yīng)處理。

在殼牌煤氣化工藝中，還有兩個反應(yīng)在起作用，第一個反應(yīng)是基本反應(yīng)，第二個反應(yīng)幾乎不相關(guān)，兩者都是平衡反應(yīng)式：

CO-變換反應(yīng)：

-41MJ/千摩

甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)：

+211MJ/千摩

最后應(yīng)注意的是，反應(yīng)后形成的物質(zhì)還有HCN，NH3和HCOOH，煤中存在的CI，F(xiàn)，S和Se大部分被轉(zhuǎn)化成它們的酸性物質(zhì)。

煤氣化總的反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，從化學(xué)平衡來講，提高壓力對平衡不利，但壓力的提高增加了反應(yīng)物的濃度，對提高反應(yīng)速度是有利的。

氣化反應(yīng)是氣化劑（氣體）與焦渣（固體）接觸而發(fā)生的。它的反應(yīng)歷程包括：

氣化劑分子自氣流向焦渣外殼擴散；

氣化劑分子滲透過焦渣的外殼灰層而達到未反應(yīng)的焦渣表面；

氣化劑分子滲透到焦渣的毛細(xì)孔而到達焦渣的內(nèi)表面；

氣化劑分子與焦渣發(fā)生氣化反應(yīng)；

生成的產(chǎn)物循上述相反方向進行而擴散到氣流中去。

2 氣化爐的溫度控制措施

2.1 氣體成分控制（13QC-1300）

1）汽包小室蒸汽產(chǎn)量13FI-0047參與控制。

2）通過CO2分析儀/控制器自動控制比率。

3）手動調(diào)節(jié)比率，例如當(dāng)氣體分析儀出現(xiàn)問題時。

4）自動設(shè)定比率值，這在開車期間應(yīng)用。

2.2 汽包小室蒸汽產(chǎn)量控制

汽包小室蒸汽產(chǎn)量即氣化爐反應(yīng)段產(chǎn)生的蒸汽量，它可間接反映氣化爐反應(yīng)段的溫度。在氣化正常開車期間，控制合適的蒸汽產(chǎn)量就是控制氣化爐正常的溫度，故可使用蒸汽控制器來控制正常溫度下所要求的O2/C比。

2.3 CO2濃度（汽包小室蒸汽產(chǎn)量與CO2控制類似）控制

在正常運轉(zhuǎn)期間CO2調(diào)節(jié)器（或汽包小室蒸汽產(chǎn)量）控制理想的O2/C比率。

由HC-1輸入CO2設(shè)定點，或采用根據(jù)“CO2含量與負(fù)荷（O2流量）”曲線預(yù)編程的設(shè)定點（由最大最小限值限定），或由操作者直接輸入O2/C。

控制器在“串級”狀態(tài)，預(yù)編程的設(shè)定點生效，并且此設(shè)定值并不是一個固定的CO2濃度，而是氣化爐負(fù)荷（以及煤的類型）的一個函數(shù)。由操作者輸入的CO2設(shè)定點在控制器“自動”狀態(tài)下生效。

對于每個煤種所要求的特性必須通過技術(shù)測試（在首次運行期間以及當(dāng)引進一個新的煤種時）精調(diào)。對于運轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的偏差，操作者可以在希望的范圍之內(nèi)調(diào)整這些預(yù)編程的CO2/負(fù)荷曲線，K-1輸入到設(shè)定點。如果CO2分析儀/控制器出現(xiàn)故障（開關(guān)HS-1），汽包蒸汽產(chǎn)量穩(wěn)定，則可以通過“比率控制操作畫面”上的HS-1將氣化爐的控制由“CO2控制”切換至HC-2（在“比率控制操作畫面”的HC-2到自動/串級），HC-2仍然手動，通過調(diào)節(jié)設(shè)定點（控制器在“自動”）調(diào)節(jié)“小室蒸汽產(chǎn)量控制”，最終將HC-2置“串級”，以啟動“小室蒸汽產(chǎn)量控制”。視情利用K2值校正曲線。如汽包蒸汽產(chǎn)量波動大或13XV-0049打開的狀態(tài)下，則要通過HS-1將氣化爐的控制切換到HC-1（CO2控制）或通過HS-2直接切換到O2/C比控制，通過K3或手動操作HC-3直接調(diào)節(jié)O2/C比。

2.4 粉煤流量控制器（13FC-0101）

煤粉質(zhì)量流量13FI-0101是煤的懸浮速度13SI-0101和煤的懸浮密度13DI-0101并由溫度、壓力修正計算出來的。其中煤的懸浮密度是通過一個伽馬射線密度計測量出來的，并考慮到輸送N2/CO2的密度。該流量控制器作用于控制閥13FV-0101。

通過選擇13FC-0103的O2設(shè)定點和氧氣流量測量值二個信號較高的一個信號，即由氧氣控制系統(tǒng)得到控制器的設(shè)定值。這樣，在降低負(fù)荷時，煤流量能快速跟蹤氧氣流量，從而避免氣化爐溫度偏移。

通過主成分控制器13QC-1300調(diào)節(jié)比例？。具體講，每個燒嘴通過HC-2（或K-輸入）調(diào)節(jié)此比例。在燒嘴啟動前，煤粉流量控制器設(shè)定在一個預(yù)定值，HS-1處于啟動位置，該位置作為氣化爐壓力的一個函數(shù)。endprint

2.5 氧氣流量控制（13FC-0103）

氧流量通過簡單的主/從控制進行控制，主控制是氣化爐負(fù)荷控制器，從控制是氧流量控制器。在開車期間，必須迅速地建立流量。這可通過手動將閥開到一個位置來完成，并且隨后打開下游的開關(guān)閥13XV-0120。流量控制在幾秒后建立，串級控制在幾分鐘后建立。原則上，6個燒嘴上分配的負(fù)荷是相同的，但是，通過HC-1對每個燒嘴進行微調(diào)也是可以的。而且此外，如果一個燒嘴切換到手動負(fù)荷控制，這個或這些燒嘴沒使用的氧氣將平均分配到那些仍然處于自動負(fù)荷跟蹤模式下的燒嘴上。

3 其他保障措施

3.1 穩(wěn)定粉煤輸送

粉煤氣體輸送過程中出現(xiàn)粉煤輸送的波動容易導(dǎo)致氧煤比失調(diào)，但這是難以避免的。要保證入爐氧煤比的穩(wěn)定，主要是保持輸煤管內(nèi)的煤料速度和密度穩(wěn)定。為此，首先要保證粉煤管內(nèi)煤粒均勻分布，這要求補充氣供應(yīng)充足，以防止出現(xiàn)粉煤沉積，造成粉煤的間斷性中斷；其次鑒于速度計的使用要求較高，所以對入爐的粉煤粒度、水分、溫度等指標(biāo)要嚴(yán)格控制，以防止速度計工作不正常。我公司曾出現(xiàn)過速度計指示大幅波動情況，后來通過提高磨煤機出口的粉煤溫度、減少粉煤含水量、控制小粒度煤的煤粉含量等措施，確保了粉煤輸送量的穩(wěn)定。

3.2 穩(wěn)定氣化爐壓力

在氣化爐升/降壓初期，V-1205壓力被動跟蹤會稍微滯后，此時煤線速度會降低/增加，煤量也會降低/增加，爐溫增加/降低，所以如果氣化爐壓力波動需及時調(diào)整V-1205壓力，調(diào)整煤線穩(wěn)定，同時調(diào)整16PV0008A/B控制氣化爐壓力穩(wěn)定。

結(jié)語

鑒于爐溫對氣化爐的重要性，要求對其進行精確和平穩(wěn)的控制。由于爐內(nèi)溫度只能間接判斷，這就增加了對其控制的難度。在運行實踐中，須不斷積累經(jīng)驗，對出現(xiàn)的問題及時進行分析并采取改進措施，這樣才能實現(xiàn)爐況的穩(wěn)定。

參考文獻

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