SHELL气化炉的工艺特点及现存问题

团实用科技SHELL气化炉的工艺特点及现存问题侯沛(大同煤矿 集团有限责任公司同煤广发化学工业有限公司)摘要:本文主要介绍了shell粉煤加压气化工艺的特点以及在运行过程一般仅 3~4小时就可投入正常运行，灵活便捷。中出现的问题。经过分析得出: shell工艺在煤种稳定的前提下,煤种适用范1.11环境影响小炉渣和灰可用作水泥渗合剂或道路建造材围才能广泛。但大部分shell气化炉用户无法满足此要求。壳牌气化炉在运行料。气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状的颗粒,性质稳定,对过程中,存在堵塞堵渣、积灰、磨损和磨蚀、烧嘴罩池露等问题需待解决。环境几乎 没有影响。气化污水中不含酚、氰、焦油等有害物质,仅排出关键词:shell气化炉工艺特点存在问题少量含盐量高的澄清水,水中含氰化物少,容易处理,可做到零排放。0引言随着我国经济持续快速稳定的发展,对能源的需求量逐年增加。2 shell气化技术开发历程2.1粉煤气化第一代干法粉煤气化是常压K-T炉。目前在南而我国能源结构缺油、少气、多煤。据统计，我国次能源消费中煤炭非和印度等国仍有 部分装置在运行，因其在常压下运行,该气化技术约占75%，在今后相当长的一段时间内煤炭仍是我国的主要能源，已基本停止发展。本世纪初,国家已经把煤炭的高效，洁净利用技术作为煤炭资源的利二代干法气化工艺，即干法粉煤进料加压气化技术的开发研究用的主要手段。因此，各种先进的煤气化技术在我国均有应用业绩。始于 80年代。最先由荷兰的Shell公司和西德的KuUp koppers合为了保护环境，拓宽原料煤种的范围，提高煤炭的综合利用效作开发Shell-Koppers气化工艺,第一套投煤量 6Ud的小试装置建率,增加气化炉的单炉生产能力，降低煤耗和氧耗,保证气化炉安全在荷兰的阿姆斯特丹，主要用于发电，目的是研究Sll-kpperps煤稳定运行，国内外研究人员先后成功的开发了一些列先进的煤气化 气化工 艺的基本原理、测试原料处理方式及不同煤种的气化行为,共工艺技术,具有代表性的主要有，鲁奇加压固定床气化(Lurgj)工艺，进行了 21种原料煤的气化实验，累计运行13000小时。1978 年又干法粉煤进料的加压气流床SCGPIShel气化工艺和Texaco、GSP在西德的 Harburg建成一套投煤量为150vd,操作压力3.0Mpa的工艺，常压流化床气化(灰熔聚)工艺。上述几种煤气化工艺中,Shell试验装置， 共进行了6000多小时的运行试验,其中包括1000 小时粉煤加压气化工艺其技术经济性具有明显的优势和较强的竞争力，的连续运转,完成了工 艺开发和过程优化任务。主要工艺特点是密封我公司采用了Shell 煤气化工艺。料斗进煤和粉煤浓相输送技术。气化炉为立式压力容器,炉内采用水1 Shell 气化原理及技术特点冷壁结构,煤烧嘴位于气化室中下部,烧嘴二个一组对称布置。原料煤经破碎机破碎后在热风干燥的磨机内磨制成100%2.2 SCGP气化工艺1987 年Shell公司在美国的休斯顿附近<100m的煤粉，由粉煤贮罐,经粉煤喷吹罐，进入给煤罐，再由高压Deer Park建成了-套投煤量为250 400/d示范装置,主要任务是载气N2或者CO2送至气化炉喷嘴。来自空分的高压氧气经预热后验证 SCGP工艺技术，包括工艺特性和设备可靠性,开发工业化生与过热蒸汽混合送入喷嘴。煤粉、氧气和蒸汽在气化炉高温高压的条产 的操作运行经验,试验各种煤种的适应性。该装置累计运行15000件下(气化温度约1400~ 1600C)发生碳的部分氧化反应(碳转化多小时 ,其中连续运转时间为1500多小时,共试烧了褐煤、次烟煤、率高达99%以上),生成CO+H2大于85%的高温煤气及一定量的烟煤、 石油焦等不同水分、灰分、灰熔点的16个煤种,为工业化生产飞灰,经废锅回收热量、干法除尘和湿法洗涤后的粗合成气送后序工装置提供了 可靠的依据。段。经对各种煤气化工艺的技术经济性进行详细的分析、研究比较，干法气化工艺具有如下技术特点:荷兰国家电力局采用SCGP工艺于1993年底在Demkolec南部的1.1采用干煤粉进料,加压N/CO2输送,连续性好,气化炉操作Buggenum 建成了一-座发电能力为300MW的煤气化联合循环发稳定。电装置，气化装置的设计能力为单炉投煤量2000td,气化压力为1.2煤种适应性广,从褐煤、烟煤、无烟煤到石油焦均可气化,对2.8Mpa。 生产运行的结果表明: SCGP工艺碳的转化率高达99%以煤的活性几乎没有要求,高灰熔点.高灰分、高水分、高含硫量的煤种上， 生产负荷可在40-100%之间进行调整，气化装置的运转率在同样也适应。95%以上。1.3气化温度约1400~ 1600C,碳转化率高达99%以上,产品SCGP粗煤气的主要组成如下:气体洁净,不含重烃，甲烷含量极低,煤气中有效气体(CO+H)达到SCGP粗煤气的主要组成85%左右。组分coH co,CH N+Ar HS+COS1.4氧耗和煤耗低,与水煤浆气化工艺比较,氧耗低15-25%，Vol% 65 30 1.6250.9原料煤消耗降低10~15% ,因此可降低配套的空分装置投资费用SCGP气化工艺的流程如图1所示:1.5单炉生产能力大，目前已投入商业运行的单台炉操作压力去下游工段一-湿洗系统一飞灰过德器|4.0MPa, 8处理煤量已达3000吨。一位一↓1.6 热效率高， 原煤能量的77 ~ 83%转换在合成气中，而水煤原料煤一腐煤干燥 系统一粉煤贮^罐}-给煤系统一个气化护浆气化工艺的能量转换率只有76%。约15%的能量被回收为蒸汽，,总热效率为98%左右。清收集罐}一清池1.7 气化炉采用水冷壁结构，以渣抗渣,无昂贵的耐火砖衬里，SCGP气化工艺流程示意图维护量较少,气化炉内无传动部件，运转周期长,而水煤浆气化工艺3 shell 煤(化技术在应用过程中出现的问题气化炉耐火砖的费用昂贵。干法工艺气化炉运行安全可靠。无需备用Shell 在国内已有22套应用业绩。已经开车的shell气化炉有15套。中国用户积累了很多运行经验的同时，shell气化炉也存在着1.8气化炉烧嘴及控制系统安全可靠。采用多喷嘴加料(4-8许多急待解决的问题。针对shell炉子进行分析和总结和交流,以便只),喷嘴的设计寿命可保证达到8000小时,气化装置可以长周期更快、 更合理的找到解决办法。运行。Demkolec电厂使用的煤烧嘴4年中未出现问题,工艺操作采3.1 煤种适应性,对灰熔点灰份无严格要求的问题。用先进的控制系统，自动化程度高,设有必要的安全联锁,使工艺操第一，目前已投产的大部分shell气化炉均添加适量的石灰,或作处于最佳状态下运行。者烧低熔点煤粉。对于灰熔点大于1456C以上煤种,则必须添加石1.9单位重量的原料煤可以多产生10%的合成气,合成气中的灰,否则造 成温度太高，易把气化内的水冷壁、烧嘴罩等内部件烧坏。有效气体成份( CO+H)高达94%左右。炉温达到1700C时,无论是水冷壁还是喷嘴,寿命都无法保证。1.10开车灵活壳牌气化炉为水冷壁结构，开车时在建立锅炉第二,要求煤种必须稳定,否则,气化炉温度太高,水冷壁上挂的给水循环系统后经开工烧嘴点火就能很快达到煤气化的要求温度，渣都熔融掉流下来， 温度太低又挂不上或不均。实用科技目冲击反循环钻机应用探讨张华峰(中铁十九局集团第三工程有限公司)摘要:结合“301"水库大桥桩基施工,介绍了冲击反循环钻机的参数、性能、桩位旁 ,将钻头的尖端正对桩位标「平整场地施工工艺原理,提出了反循环钻机施工的注意事项，为同类工程施工提供借鉴。注点。安装钻机时要求底部应垫关键词:冲击反循环钻机钻头钻孔吸渣平,保持稳定,不得产生位移和沉L制作泥浆池1工程概况陷,顶端用缆风绳对称拉紧。C定桩位白和铁路“301“水库大桥为跨越301水库而设,水中表层普遍为4.3.2钻孔前在护筒顶面依照大粒径的孤石，覆盖层较薄，下伏玄武岩。共有钻孔桩66根，桩径护筒壁上的护简顶面中心标识的[埋设护简1.5m,采用筑岛的方法施工,筑岛土为粒径较大的砂砾土夹带花岗岩。挂设十字线，然后对中钻头中心。2钻机选取4.3.3开始钻进时，采用小冲钻机就位2.1回旋钻机回旋钻机耗能低，运输方便,噪声小,在软弱地层程开孔， 使初成孔坚实、竖直、圆钻进速度快,但在硬度较大的岩层中钻进速度慢甚至无法钻进,不适顺， 能起导向作用。待钻进深度超L孔反循环合本工程施工。过钻头全高加正常冲程后可按土「成孔、清孔-泥浆补充2.2冲击正循环钻机这种钻机地层适应性强，设备简单,操作质以正常速度钻进。 如护简外侧土泥浆方便,但是无循环液，孔底岩渣较多,钻孔速度低,孔内含砂率高,泥质松软发现漏浆时， 可提起钻锥，「澜孔深沉淤-处理浆比重大，不易清孔，很难保证桩的承载质量。向孔中到入粘土，再放下钻锥冲冲击钻成孔工艺流程图2.3 冲击反循环钻机冲击反循环钻机结合了冲击钻成孔和反循击,使胶泥挤入孔璧堵住漏浆孔隙,稳住泥浆继续钻进。环排渣系统的优点,能用较高的频率冲击岩石,又能及时将孔底岩渣4.3.4泥浆补充与净化开始前应调制足够数量的泥浆，钻进过抽出，使岩石不重复破碎,加大了钻进速度,成孔后孔底不用另花时间程中应 予补充。并应按泥浆检查规定,按时检查泥浆指标,遇土层变清理就很干净。用于本工程既保证了桩的质量又降低了成本。化应增加检查次数,并适当调整泥浆指标。所以,本工程全部采用CJF-20型冲击反循环钻机成孔。4.3.5根据地质情况，必须检查钻头直径、钻头磨损情况，施工3钻具参数及性能过程中磨损超标的钻头及时更换。在提升钻头时,要小心谨慎,尤其CJF-20型冲击反循环钻机主副卷扬机提升能力为50KN,最大是在快到护简底部将钻头慢提起，防止碰撞孔口护简以免造成护钻孔直径可达2.0m,钻孔深度80m,卷扬冲程1.5-3.0m,冲击频率简底部坍孔 或护简错位或变形事故。4次/min,电动机功率75KW,反循环泵为3PNL和6BS泵，可配液4.3.6在冲击钻进过程中,关键是冲击和吸渣量是否匹配,这也压步履纵横移位。其钻头除冲击尖头为耐磨材料外,其余为50mm是确保孔 壁稳定及正常钻进的最基本最重要条件。在钻进过程中吸以上钢板焊制而成,有多种规格可供选择。渣工作应根据钻进地层和情况而定,不应过量吸渣,以免造成孔壁失本工程选用底部为阶梯式圆柱形钻头,采用长度60mm的短刃稳坍孔及发生埋钻事故。角，间距300mm。这种钻头钻孔时孔底形成锥穴状,岩渣向孔底中4.3.7在冲击过程中，必须经常检查钢丝绳的磨损情况以及转心部位积聚并由循环系统及时抽出，提高了冲击功效并具有良好的向装 置的灵活性和连接的牢固性，以防磨断或因转向不灵而扭断钢导向作用。丝绳，发生掉钻事故。4施工工艺4.3.8双卷扬机卷鼓运转要同步，在钻进过程中要保证两根冲4.1冲击反循环钻机成孔原理冲击反循环破碎入岩工艺的破碎击钻钢绳松紧程度和卷放速度均匀一致,防止钻孔偏移。机理是利用冲击钻头对岩石进行较高频率的冲击,使岩石产生破碎。其4.3.9 随着钻孔加深，调整主卷扬机钢绳长度的同时也要放下钻头上按有直径15cm的橡胶管,管口接水泵,将孔底沉渣及时抽到地排渣管，排渣管下端的吸渣口与孔底之间距离应保持0.3-0.5m的面以上排入泥浆池，同时泥浆池上的清水流入孔内，进行反循环。冲击距离。 距离过大清除效果差，距离过小容易堵管。钻头由两根钢绳平衡连接,起落钻都非常方便,大大缩短了辅助时间。5结束语4.2冲击反循环钻机施工工艺流程冲击反循环钻机施工工艺施工时,还应根据实际情况合理的选取适用的钻机,掌握施工工流程如下图:艺流程及注意事项,保证施工安全、质量,满足工期要求,并能提高经4.3施工注意事项济效益。4.3.1钻机就位以前先检查钻机的工作性能，确保钻机各零部参考文献:件、液压系统及各种仪表正常工作。保证桩位附近平整,把钻机开到1TZ203- 2008中国铁道出版社<客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》(上接第265页)第三,灰渣的粘温特性必须好,因气化炉是液态排渣,完全是靠在许多地方有金属饶结的陶瓷用高压N,将其流化，易出问题:因为渣重力自流到渣池中。不同于德士古气流把液态渣带到水中。在煤粉有密相稀相,计量方法和液体 不同，瞬时流量不稳定,误差较大，1450C,其粘度应小于25~40pa.s排渣顺利,否则，易堵渣口或在池影响操作。 因为氧气、蒸气易于计量。其三者比例是主要控制参数,直中结成大块,造成无法排渣停车事故。接影响到炉温挂渣、消耗等。3.2煤气的冷激问题shell 炉子上升气体温度大约1400C以3.4除灰问题Shell 采用陶瓷干法除尘,DN4750mm设备内部上,其中夹带着20~ 30%的飞灰。若这些飞灰被煤气带到气化炉顶500 多根过滤管，气体流动,陶瓷管内高压气通气反吹,因此断裂损部会在顶部过热器上结成大块，使气化炉项部阻力大无法继续运行。坏易发生 ,合成气中飞灰远大于1PPm,直接影响到冷激气循环机的采用的办法是用200C的煤气和热煤气按1:1-1:1.5 的比例进行运行和耐硫 变换催化剂使用寿命。激冷,使之降到900C左右,实现它是靠大功率的循环压缩机克服<0.2MPa的压差,并对气体要求严格,气体中夹带的飞灰则易磨损或Shell气化炉有着自己的技术优势,煤种稳定的前提下,煤种适堵塞,炉子此处直径为3000mm,要求混合均匀。用范围才能广泛。但大部分shell气化炉用户无法满足此要求。壳牌3.3煤的输送计量问题shell 炉子采用干粉煤进料，要求磨煤气化炉存在堵塞 堵渣、积灰磨损和磨蚀、烧嘴罩泄露等问题。针对系统将原料煤研磨到100μm以上，此时原料煤具有液体易于流动相关的问题,shell 公司与各家用户积极合作,做了很多研究工作,取的性质，但和液体又有区别,一是有细煤粉颗粒会造成设备和管道磨 得了很多的运行经验。目前最长连续运行73天，般在30天左右。损,二是分密相浓度,三是沉降。由常压到2.8MPa加压有锁斗,许Shell 气化炉的连续运行时间在逐步增加，但是用户为此也缴纳了高多程控阀来回切换，因此阀门、管道的磨损比较严重;防止沉降堵塞，额的“学费"。