Shell粉煤气化炉堵渣问题探讨

2013年4月大氛职、Apr2013第36卷第2期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol.36 No.2Shell粉煤气化炉堵渣问题探讨程更新(中国石化安庆分公司,安徽安庆246001)摘要:通过剖析Shell粉煤气化炉渣系统的设备构造以及排渣顺序控制的运行过程,分析气化炉堵渣原因,并探讨相应的解决途径。关键词:Shell气化炉堵渣工艺判断Shell粉煤气化技术(SCGP)国内相继引进了将灰水冷却至50。20余套装置并陆续投产,各装置的运行实践表明,渣由收集罐进入渣放料罐,在此过程中,灰水作为当今煤化工领域的核心技术,SCGP相对较广通过渣放料辅助泵循环回到收集罐中，同时系统的煤种适应性、繁杂严密的安保联锁控制确保本中补人高压新鲜水以补充由水力旋流器底部排到质安全、高的碳转化率以及单炉运行周期长等先废水汽提及澄清单元的水。进性特点已得到体现，但许多装置也出现了气化当所有的渣进人放料罐后，放料罐即与收集炉频繁堵渣带来的烦恼,虽然在原料煤管理、混配罐隔绝并开始卸压，然后将渣全部排入炉渣脱水煤均质化以及操作优化等方面做了大量的工作和仓。低压新鲜/循环水通过排放水循环泵送到放料许多有益的尝试，遗憾的是未能根本解决堵渣问罐中,冲洗、重新注水完成后,用高压氮气加压(表题,严重制约了装置的长周期稳定运行。压)至4.0MPa,然后与收集罐重新连通收渣。炉渣气化炉堵渣的主要方式有渣口堵渣、渣屏堵脱水仓中的渣由捞渣机捞出，并经送渣皮带送往渣(渣池堵渣),影响因素目前倾向于煤质波动、不中间渣场。整个排渣过程由顺序控制程序自动运合适的气化操作窗口以及气化炉排渣口结构设计行,基本上不需要人工干预。的不合理性。煤质和气化操作窗口方面的影响因1.2气化炉渣系统设备构造素业内已有同仁著文论述，本文着重从气化炉渣气化炉排渣系统主要由水冷壁壁笼底锥渣系统设备构造以及排渣过程,分析堵渣原因,指明口渣屏、渣池等组成。气化炉运行时,必然会形成判断方法，探讨解决堵渣问题的根本途径。- -定厚度的煤渣层,由于水冷壁的良好导热性,使得这一煤渣层覆盖在内表面并凝固，该渣膜层保1 Shell 煤气化排渣系统护气化炉不受气化时形成熔渣的影响(以渣抗1.1 排渣系统流程渣),而沿着炉壁落进底部的渣口。在水冷壁壁笼气化炉中产生的高温熔融炉渣依靠自身重力底锥渣口下安置有圆锥形捕渣屏，在渣屏和渣池沿着水冷壁向下流人气化炉底部的灰渣激冷罐区之间安置- -冷却热裙座。(渣池),迅速分解成灰渣小颗粒,灰渣颗粒向下流锥形渣屏是一翅管式水冷壁,涂有耐火材料人渣收集罐中。为防止较大的煤渣颗粒被夹带进层(厚14mm),而热裙座由高合金超级欧米伽管组水循环系统，约90 C的灰水通过渣水循环泵从收成,形成一个平坦的内面(补偿热膨胀的一部分),集罐顶部抽出，经水力旋流器和循环灰水冷却器收稿日*1:2013-01-28.循环回到灰渣激冷罐。水力旋流器的目的是将激作者简中国煤化工及工程师,1985年毕业冷循环水中的固体颗粒含量(质量分数)控制在于合肥工业MYHc N M H G化安庆分公司生产部1%~1.5%，而循环灰水冷却器则利用循环冷却水工作。联系电话:0556 -5376442;E- -mail:chenggx.aqsh@sinopec.com。86大氛肥2013年第36 卷在气化炉水冷壁壁笼下面，由渣池料斗和喷淋环渣屏的特殊结构;②渣池内部有气体紊流,无规则组成渣池区。的气流将气化炉下渣口的液态渣吹向渣屏。液态渣在锥形渣屏表面不断凝周,经过长时间的累积,2堵渣机理在渣屏上形成的周态渣越积越大，一旦形成的大堵渣“架桥"一般指极度的“细渣屑”或渣放料渣块脱落,就会造成渣池底部架桥堵渣。渣屏渣形辅助泵故障,导致渣收集罐或渣放料罐中的桥接,成过程如图2所示:①飞灰、渣滴、渣末由于旋流或者是大渣块在渣池底部或破渣机上方架桥。装.从渣口飞人而沉积在渣口帽内;②渣滴和针状渣置开工初期堵渣主要发生在气化炉设备泄漏或炉从渣口沿沉积在渣池壁;③飞灰、渣滴、渣末由于温波动情况下，堵渣大部分在渣收集罐或渣放料旋流沉积在渣池壁和环形空间;④飞灰/渣滴/渣罐;随着装置运行时间的延长,堵渣衍变为大渣块末由于高温易在渣屏的耐火泥上沉积;⑤沉积物在渣池底部或破渣机上方架桥，而且是稳定运行的逐渐堆积形成较脆和易断裂的渣块;⑥剥落的的情况下突然发生。从炉内清出的渣型及组分推渣块导致渣池堵渣架桥;⑦沉积物使渣口架桥.使断,主要是渣口和渣屏累积结渣形成大块,脱落在渣沿渣口流到渣池壁。渣池或以下部位架桥聚集，造成下渣闲难导致停2.1细渣屑的形成极度的“细渣屑”生成大多由以下因素所导致:①气化炉温度控制偏低;②助熔剂添加不当;气附-~0③装置刚开车过程中;④气化炉设备泄漏导致炉温波动;⑤上述因素的综合作用。除了调节气化条件外,通过“除桥”的方法一d般能够恢复生产,即在炉渣放料顺控运行过程中，改变气化炉和渣锁斗重新连接的压差设定点,通过收集的“炉渣/细屑混合物"和隔离阀下面的重图2渣屏渣形成机理量/压差破坏桥接(如需要可重复进行)。2.3渣放料顺控运行对渣屏挂渣的影响2.2渣屏挂渣的形成渣放料罐是间断工作的，排渣结束后需对渣锥形渣屏处的挂渣，目前普遍认为是由于渣放料 罐重新注水,然后用高压氮气充压。在此过程的流动性过好,熔融渣的液滴在重力下落过程中，中,渣放料罐中就积存有氮气,而与渣收集罐连接被合成气旋流连续带到锥形渣屏处附着，并不断收渣时 ,其中的气体就会上升到渣收集罐.并且大的堆积凝固,形成钟罩样渣层或者钟乳石样渣(图部分气体聚集在渣收集罐顶部下降管外侧区域。1为渣屏挂渣附着物),在重力的作用下脱落,若渣由于下降管里有数百吨的水夹带着炉渣--起向下块过大则形成架桥而堵塞,造成堵渣。循环,再加上破渣机所增加的阻力,虽然在渣收集罐顶部下降管上方开有4个φ6mm的排气孔(图3)，但在此盲区聚集的气体很难完全流人到渣池内，而渣水循环泵在整个循环回路中于渣收集罐吸人口的压力为最低，最终气体都被带入渣水循.环泵,造成泵出口流量波动(排渣顺控运行过程中渣水循环泵出口流量趋势图证实了这种波动),导致渣池流场变化,进而导致渣池内部气体紊流(渣池喷淋环空间的热电偶温度波动范围近200C.显图1 渣屏挂渣示了渣中国煤化工气体对流),这股锥形渣屏渣的形成实际上是多种因素综合作气流将MHCNMHG向渣屏，导致渣用的结果:①气化炉水冷壁壁笼底部渣口和锥形屏 挂渣88大氛肥2013年第36 卷基于渣屏挂渣堵渣是因渣的流动性过好这样出渣口-.种认识，部分装置采取了气化炉相对低温操作A5-缩径|进1的模式,这虽然在一-定程度上减少了堵渣的机率,H渣口但由于渣屏挂渣现象依然存在，并未能从根本上-盘管解决堵渣问题，而且还会导致气化炉碳转化率下\渣屏降。这从气化炉采取相对低温操作模式后,灰、渣中碳含量明显上升，滤饼产量大幅增加可得到证热裙实。气化炉相对低温操作模式即氧煤比控制相对较低，显然违背Shell 水冷壁气化炉设计的初衷一-Shell 气化炉水冷壁设计就是为了能在较高如炉膛温度下操作以提高碳转化率。气化炉相对低温操作,由于碳转化率低,使得渣池循环水内细渣末多、排放量大,进而又导致污水汽提澄清单元负荷过大,同时还造成系统水平衡的破坏。按照Shell图4渣口和渣屏结构改造示意气化炉设计思想一造渣 膜式水冷壁气化炉的工4.2出渣口 直径缩小(图4)艺控制理想状态应是:①实现水冷壁“以渣抗渣";锥形渣屏挂渣主要是由于渣的流动性过好并②保证渣池排渣顺畅;③气化炉碳转化率高;④气被气体旋流夹带堆积凝固的结果，如果将气化炉化炉出口合成气的有效气成分尽可能多。水冷壁壁笼底锥渣口在现有直径基础上缩小(减1001 700少约1/4),可达到以下效果:①增加底锥到渣口边I 6100缘的距离;②降低渣池气帽温度;③减少气化炉和x1 001 500渣池气帽之间的气体交换。4.3 降低渣屏表面温度手I5e | 400些高温下耐火泥和渣将形成很强的粘结，这是4器1300形成大渣块的前提条件，渣和渣屏表面之间的粘f1 200.合力是表面温度的丽数，通过减小渣和渣屏表面42810.8 0.9 10 12之间的粘合力，可以避免渣在渣屏积累形成大渣氧煤质量比/ (kg.kg')块。通过去除渣屏及底锥水冷璧上的耐火泥和所图5氧煤比 与碳转化率的关系栽的钉头,可降低渣屏表面温度;还可通过增加渣图5基本上给出了预计氧煤比对气化温度、屏水冷壁Lamont喷嘴孔径的方式，降低渣屏及渣碳转化率、给定煤种的CO2和CH,含量以及氧气池气帽处温度。蒸汽比的作用。最佳气化条件(在热动力学条件4.4渣收集罐 下降管排气孔增扩(图3)下,碳“完全”转化的最低的氧气消耗量)是CO2含通过减少或避免渣池循环水中带气的方式,量最低的A点，实际上运行主要在较高氧煤比的以减少渣池内部的气体素流,降低气体旋流夹带,B点上进行,以保证煤的矿物质成分有足够的流动达到缓解渣屏挂渣的效果。性和达到“完全”的碳转化。1)将渣收集罐顶部下降管上原设计φ6mmx4原则上气化炉/合成气冷却器的运行条件是的排气孔扩至φ10mmx8，以便将下降管外侧积聚由比率控制逻辑线路(13QC-1300)自动调整-的气体尽可能排放到渣池。根据系统负荷调整氧量，再根据合成气中的CO22)渣水循环泵吸人口N3伸人渣收集罐内的含量调整氧煤比,最终确定气化炉的进煤量;氧气长度在原设计600mm的基础上,再向下延伸100~蒸汽比保持恒定。为此,气化炉的控制工艺条件应200mm,以降低循环泵进口夹带气体量,使渣水循在下列中国煤化工的碳转化率;②可环泵出口流量稳定,减少渣池内气体紊流。接受的YHCNMHG会增加炉渣结块,4.5气化炉低温操作模式探讨造成气化炉堵渣，而流动性过高又会增加合成气第2期程更新.Shell粉煤气化炉堵渣问题探讨89冷却器中灰结垢及渣屏挂渣风险);③合成气的质容易导致出渣口堵塞“架桥”。选择合适的相对稳量(主要是CO2或CH4的含量);④气化炉膜式水定的煤炭资源以及混配煤的方法是减少堵渣、实冷壁上的热负荷;⑤氧气和蒸汽的消耗量(与①、现气化炉长周期运行的保障之--;而研究堵渣机③及④直接有关)。理，从设备结构上实施改造才是最终解决堵渣问题的根本途径。随着对SCGP认识的不断加深,通5结束语过强化煤炭管理,合理用煤,完善工艺操作,特别Shell气化炉的“以渣抗渣”、煤烧嘴布置的上是设备结构上改进后,相信Shell煤气化装置的单喷式流场、炉渣依靠重力流自动向下流动模式,很炉运行周期会得到有效突破。DISCUSSION ON SHELL GASIFIER SLAG BLOCKAGE PROBLEMCheng Gengxin(SINOPEC A nqing Branch ,Anqing 246001)Abstract :This paper analyzes the causes for the Shell gasifier slag blockage, and explores the appro-priate solutions by analyzing the equipment structure and the slag sluice sequence running process in the Shellcoal gasification slag system.Key words :Shell gasifier; slag blockage ;process judgementStamicarbon公司承揽中国尿素项目意大利Maire Tecnimont公司的技术许可及知识产权中心荷兰Stamicarbon公司于2013年2月28日宣布,与江苏灵谷化工有限公司新建尿素装置承揽了2套合同。- - 是技术许可、工艺设计包和相关服务,另-是为该装置供应高压专有设备。该装置将拥有能力为2700t/d颗粒状尿素,将建在江苏省宜兴市。工程工作将由中国成达工程有限公司进行,计划在2015年投产。该装置将使用Stamicarbon公司的Urea2000Plus技术,其特点是Stamicarbon独特的池式冷凝器和高压合成回路,完全采用Safurex不锈钢制造。Safurex不锈钢是高压尿素设备使用的领先的耐腐蚀结构材料。Stamicarbon将直接向客户提供Sa-furex保护性专有设备。钱伯章rororcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrercrcrcrcrcrcrercrcrcrercrcrcrcrcrcrcrercrer四川美丰车用尿素工业装置建设进展四川美丰化工股份有限公司自2010年开始,逐渐开始着手车用尿素生产,2012年建成10万吨车用尿素溶液的实验装置。目前投资850万元的年产60万吨车用尿素溶液工业装置正在建设中,预计最快在2013年3- 4月竣工。建成投产后,单吨车用尿素固态颗粒价格较普通尿素每吨高出500元,以此测算装置建成投产半年即可收回全部投资。四川美丰作为未来潜在国内主要车用尿素供应商,将受益于油品升级和尾气治理等相关政策,产品市场空间较大。--方面可以增厚盈利,弥补.尿素生产成本的增加，形成新的利润增长点,更重要的是推动公司逐渐转型。汪家铭贵州开阳化工年产50万吨合成氨项目建成投产贵州开阳化工有限公司年产50万吨合成氨项目2013年1月21日全部打通系统流程,产出合格产品合成氨。一期50万吨合成氨项目是贵州市循环经济(国家)生态工业示范基地的重点项目,总投资42亿元,位于贵州省开阳县黄白井。项目于2009 年底正式开工建设,2012年6月全面完成基建安装任务并转人试严在冷智r 中有暗兆采用多喷嘴对置式粉中国煤化工'煤加压气化技术等国内外最先进的技术和工艺,建成达产后,将实现年销YHCNMHG