SHELL煤气化堵渣事故的应对处理

第26卷第12期化工时刊Vol. 26 ,No. 122012 年12月Chemical Industry TimesDec.12.2012doi:10. 3969/j. issn. 1002 -154X.2012. 12.012SHELL煤气化堵渣事故的应对处理郭云飞高原(神华鄂尔多斯煤制油分公司,内蒙古鄂尔多斯017200)摘要主要简述了 shell煤气化堵渣的现象分析了几种主要的氧化物对灰熔点的影响,基于对煤灰的分析确定操作温度,适度添加助熔剂改变灰组分,达到稳定运行的目的。关键词堵渣现象 配煤灰熔点Analysis and Treatment for Sluicing Problemsand Slag Blockages in Shell Pulverized Coal Gasification PlantGuo YunfeiGao Yuan( Shenhua Erdos Coalliquefaction Corporation LTD. Neimengu Erdos 017200)Abstract Author has Introduced The phenomenon of Slag blockages in Shell Pulverized Coal Gasification Plant ,The Affction on several main oxides to ash meling point，depending on Coal Ash analysis to determine the proper Casi-fier temperature, Determine fux addition by modifying the ash composition, to achieve the purpose of stable operation.Keywords the phenomenon of slag blockages blended - coal ash melting point气流床加压气化因其煤种适应性宽,碳转化率Shell气化炉排渣流程高、有效气组分(C0 + H2)含量高而备受人们关注,已成为煤气化的首选技术之一,而Shell气化炉是其在壳牌煤气化中,除渣单元-般命名为1400单中的典型炉型。Shell 气化炉的操作温度要求高于煤元。煤粉进入气化炉后与氧气发生不完全氧化反应,灰的熔融温度,采用液态排渣法。炉子内件为膜式水合成气向上经输气导管,合成气冷却器去下游工序，冷壁,仅在向火面有少量耐火材料涂层,采取以渣抗反应形成熔融态的渣向下通过气化炉内的渣口流入渣保护内件。为使Shell气化炉能顺利排渣,其灰渣渣池V1401 ,被来自P1401的50C的灰水激冷为玻璃在气化炉中的粘度应在2 ~25Pa●s之间,通常将粘态固体颗粒状细渣,流人V1402进行渣的收集,此时度为25 Pa●s所对应的温度称为气化炉的最低排渣V-1402与渣锁斗V- 1403相连通。其中,V - 1402温度。为适应液态排渣的操作要求,对于一些熔点较的渣水会经P-1401进人水力旋流器S- 1403分离高的煤种通常需要加入适量的助熔剂(通常为CaO)出-部分浓度较高的渣浆水排入水处理单元。收集或者配煤以降低煤灰的熔融温度。在实际的运行过20分钟后,V-1403与V- 1402隔离泄压。当泄到程中,由于灰分的变化,炉温控制不当,安庆,洞氮,神常压后V- 1403内的渣排入渣脱水槽T- 1401 ,由捞华煤制油Shell气化炉先后出现了气化炉渣口严重堵渣机送上渣皮带。而后渣锁斗V - 1403通过低压水渣而被迫停车,造成了较大的经济损失,促使技术人进行注水,再由高压氮气对其充压,当V-1402与V员对炉子形成大渣块的机理做出进-步的研究和探-1403压差很小时开始连通收渣,如此反复形成--讨,在实践中积累了丰富的经验,现阐述如下:个完整的除渣循环。收稿日期:2012-11-30.中国煤化工作者简介:郭云飞(1982 -),男,本科,工程师,从事煤气化技术攻关和经济核算工作,E - mail:.YHCNMH G-44-.郭云飞等SHELL 煤气化堵渣事故的应对处理2012. Vol. 26,No. 12化 工时刊P1402出现抽空等现象,都可以说明出现了堵渣的迹象。2灰渣成分分析当然渣池V1401渣水的密度、渣的外观及合成来自补连塔矿的煤气化后生成的炉渣,对灰分利气组分CO2 ,CH,的变化趋势等等,我们可以综合上用1800型X射线荧光光谱仪分析其化学组分,其成述信息判断堵渣的部位和严重程度。分如表1所示。4堵渣的机理浅析Shell气化炉中灰的成分分析Table1 coal ash composion analysis of The Shell gasifier由于Shell煤气化采用了液态排渣,这就要求液成分SiO2ALO,Fe20，CaOK,ONa,OSQ,MgO态渣必须有较好的流动性,但其炉内无耐火砖,采用比例(质44.64 22.23 9.99 14.46 0.85 1.52 4.27 0.45了以渣抗渣的理念来保护水冷壁,要求灰渣具有适度量分数)的结渣性能,这就要求在实际生产中,在灰熔点和渣更多的生产数据表明,实际生产中,通过配煤后，的流动性之间找到一个最佳的切合点。为了提高原灰渣的成分主要是由SiO2、Al203、CaO、Fe2O,这4种料煤的碳转化率,这就要求对低灰熔点煤,需要配高氧化物构成的,其中酸性氧化物(SiO2 + A1203)的含灰熔点的煤来提高灰熔点,从而提高炉温达到较高的量超过66% ,它们的含量越高,煤灰的熔融温度越碳转化率,而对于一些高灰熔点的煤种(TFT >高,渣的粘度是增加的;而碱性氧化物(CaO + K20 +1400C)为了满足上述液态排渣的需要,通常需要加Na2O + MgO + Fe203)的含量小于30% ,它们的含量人适量的助熔剂(通常为CaO)以降低煤灰的熔融温越高,煤灰的熔融温度越低,渣的粘度是减小的,碱性度与黏度。因此研究煤灰的几种氧化物对灰熔点的组分在40%时,煤灰的粘度是最小的。灰渣中的微影响对气化炉的正常运行就显得非常重要。量氧化物Ti02、Na20、K20、SO3、P20,的含量相对较4.1 CaO 的作用少,而硫- -般起到降低灰分熔融温度的作用。随着煤灰中Ca0含量的增加,在弱还原性气氛| 3堵渣的现象中,灰渣中由SiO2与Al2O3形成的熔点较高的莫来石(3A1203,●2Si02) 含量在不断减少,而由Ca0与为了防止堵渣而引起非计划停工,如下工艺指标SiO2、Al20,形成的低共熔物钙长石(Ca0●Al2O3 .可以给我们起到预警作用。2SiO2)的含量在不断增加,这使得灰渣的熔融温度随3.1渣输送 皮带的称重仪( 14W10001 )着CaO含量的增加而不断降低,当CaO含量增至渣皮带的称重仪是最直观的排渣指示。在日常35%时,灰渣中钙长石的含量达到最大值,而莫来石的DCS监控中,我们可以看14W10001曲线的瞬时值的含量降至最低值,这使得灰渣的熔融温度降至最低和累计值,一-般情况当曲线是有规则的锯齿形分布值,而后随着CaO含量的增加,灰渣中钙长石的含量时,我们就可以认为排渣是顺畅的;而渣排到渣脱水明显减少,而莫来石的含量有所增加,这使得灰渣的槽T- 1401数分钟后,称重仪没有指示,现场确认渣熔融温度又随着CaO含量的增加而升高"1,添加皮带无渣,就可以判断有堵渣事件发生。CaO后,不仅降低了灰渣的流动温度(FT) ,而且也降3.2 捞渣机的电流低了灰渣的粘度,实践表明,灰渣在1 400 ~1500C1400单元下渣后，是由捞渣机链条输送的,捞渣温度范围内的粘度均小于25 Pa. s,符合Shell气流机的电流曲线也是有规律的锯齿形的曲线,捞渣机空床气化炉连续排渣的要求。但由于过高的灰分造载电流-般为9.2A ,捞渣过程中一般在9. 8A左右,成了设备严重冲刷以及氧耗和能耗的增加,一般峰值电流甚至可以达到11A,如果下渣几min后电流的,经过配煤掺烧的灰分中CaO含量在20%以下。几乎没有明显的增长,可判断出现了堵渣迹象。添加石灰石已被证明是降低堵渣风险行之有效的3.3渣口的差 压13PD10065渣口的差压出现波动,就可以说明渣口开始有堵4.2 SiO2 与Al203的影响塞的迹象。SiO2在煤方i 中国煤化工般使用的气另外,破渣机的油压,肉眼观察渣外观,渣水泵化煤种,SiO2YHCNMH0%范围内，-45-.化工时刊2012. Vol. 26 ,No. 12化工纵横《Comments & Reviews in C.I.》煤灰熔点随SiO2含量的增加而降低。AI203 在煤灰●s气化炉的最低排渣温度之上,也就是说气化炉在熔融时起骨架作用，它能明显提高煤灰的灰熔点温正常操作时的温度应该大于灰分的临界的粘度温度,度,当Al2O3含量增加时,煤灰熔点相应提高。实验同时为了保护膜式水冷壁以及销钉,炉壁底部固定渣证明,当Al2O3≥40%时,煤灰的软化温度-般会≥厚应>20mm,渣层的流动部分在渣口出口处的厚度1 500公2。更多的文献研究的是SiO2与Al203的比小于15mm。一般的气化炉操作温度应该比原料煤值,比值低于1. 4时,可能发生严重的堵渣。一般来粉的液化温度高150到250C,来保证渣的顺利排讲,配煤后硅铝比在2.0以上,灰熔点在1 350C左右。出。4.3 Fe2O3 的影响Fe2O3的影响较复杂,灰渣所处的介质性质不同61 结论而有不同影响,Fe在氧化性气氛中呈Fe2O3 ,熔点最(1)引起气化炉渣堵的原因是多方面的,首先要高,为15659C ,在还原性气氛中,Fe呈金属状态,熔加强操作工的技能培训,加强兄弟单位的技术交流,点1 535C,在弱还原性气氛中,FeO的熔点为1深刻总结堵渣带来的危害,生产过程中加强对煤种变420C ,所以在弱还原性气氛中测得煤灰的灰熔点较化,灰熔点的变化,炉温的波动,渣层厚度的变化的监低,诸多文献中认为Fe20, 可作为助熔剂,这是由于控,做到提早预防,做出正确判断,采取有效措施,保部分莫来石、石英与赤铁矿分解的Fe0反应生成钙证气化炉平稳运行。事实上,只要做到煤质来源大体长石、铁橄榄石(2FeO . SiO2)、铁铝榴石(Fe0●.上稳定,顺利排渣是不难做到的。AI20z)等低熔融矿物,其反应方程式如下:(2)通过气化炉渣堵现象作出理性分析,可以看Fe20, 9 FeO +02↑(还原性气氛)出只要我们采取正确的预防措施，从根源上可杜绝气莫来石(3Al203●2Si02) + Fe0→铁橄榄石.化炉渣堵现象的发生,即便发生了堵渣,操作人员也会采取恰当的措施进行处理,使系统尽快恢复正常。.(2Fe0●SiO2) +铁尖晶石(FeO. Al203)随着技术人员对操作经验正反两方面的总结,笔者相石英(SiO2) + FeO1 000C→斜铁辉石(Fe0●信我们可以克服困难, Shell煤气化长周期运行的目SiO2)[3]所以煤中矿物质中铁含量较高时,操作中注意炉标一定能够实现。温不可偏高。高温(炉温大于1680C)操作的条件参考文献下,Fe2O3转化为更为稳定的磁铁矿Fe30,增加了堵[1] 宋文佳,唐黎华,朱学栋,吴勇强,荣用巧,朱子彬. Shell渣的风险,运行-段时间还会增加合成气冷却器发生气化炉中灰渣的熔融特性与流动特性[J].化工学报,结垢的风险。因此在生产实践中,关注赤铁矿对系统2009 ,VoL60 N0.7, 1 783-1 785.稳定运行的负面影响是必要的。2] 张同英,尚杰峰.壳牌炉气化煤灰熔点检测与分析控制[J].安徽化工,第37卷第2期, VoL37, N0.2, 2011年5L炉温的选择4月,52-53.在生产中,我们需要选择-个合适的温度,既能3] 乌晓江,张忠孝,周托,陈玉爽,陈国艳,陆成,黄凤豹.气保证粉煤充分的转化,又能基于煤/灰分析,达到顺利化条件下混煤灰熔融特性及矿物质演变规律[J].燃烧科学与技术.2010, VoL]6 ,NO.6,510 -512.排渣的目地,气化炉温度应控制在对应粘度为25 Pa化工信息我国又一世界级炼化生产基地在抚顺崛起日前,中国石油抚顺石化公司80万V/a乙烯装置实现-次开车成功,产出合格产品,并向下游联合装置提供优质原料。至此,抚顺石化公司‘百万盹乙烯技术改造工程'8套主装置实现全流程贯通并均产H中国煤化工a的抚顺石化‘1 000万t炼油、100万t乙烯胜利竣工' ,我国又1 000万t级炼化生产基地在抚顺HCNMHG一46-.