试论Shell煤气化装置煤粉管线的稳定性

Oet.2009化肥设计.第47卷第5期●26●Chemical Fertilizer Design2009年10月.生产技术试论Shell煤气化装置煤粉管线的稳定性陈二孩,岑涛,马江涛 ,刘矿生(开祥化工有限公司,河南义马472300)摘要: Shell煤气化装置是通过控制氧煤比来控制气化炉炉膛温度和合成气组分,煤粉管线的稳定对装置长周期安全运行起到关键作用。分析探讨了煤粉管线在施工阶段、原始开车前的煤循环期间以及原始开车投煤过程中存在的问题和原因,提出并采取了相应的技改措施，结果表明,开车后煤粉管线和烧嘴系统运行比较稳定。关键词: Shell煤气化装置;煤粉管线;煤循环;稳定性;分析;措施中图分类号: TQ545文献标识码:A文章编号:1004 - 8901(2009)05 -0026 -03Trying to Discuss Stability for Pulverized Coal Pipeline of Shell Coal Gasifcation PlantCHEN Er-hai, CEN Tao, MA Jiang tao, LU Kuang- sheng( Kairiang Chemical Enginering Company ld. , Yima Henan 472300 China)tion plant; the stability of pulverized coal pipeline played a citical role on the long- term and salety operation of the plant. Author has analyzed and dis-cused the exioting problems and their reason during constuction stage of the pulverized coal pipeline and during coal powder crculaion before onginallytarting- up and in the proces putig coal into oiginally sarting-up , and has presented and adopted the appopriate technicad rermation measures, theresult indicates that the operation is elatively stabile for the pulverized coal pipeline and bumner sysem alfer sartingup.Key words: Shell coal gaification plant; pulverized coal pipeline; coal powder crculation; eability; analyis; measures比来控制气化炉炉膛温度和合成气成分,保证以液1 Shell 煤气化工艺流程态形式出渣且达到以渣抗渣的效果。控制方法是Shell煤气化工艺是典型的第2代煤气化工艺确定进人炉膛的氧气量不变,而通过设定氧煤比来之一,进料方式为干粉输送，气流床气化。煤粉和决定进入气化炉炉膛内的煤粉量,以煤粉的加入量氧气并流进入气化炉内,在极为短暂的时间内完成决定氧化反应深度,从而达到合适的气化炉炉膛温升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等- - 系列物理度和气化效率。由此可见,煤粉管线的稳定对煤粉和化学反应,最终形成以CO+ H2为主的煤气离开加入量气化效率等起到至关重要的作用。煤粉管气化炉。河南开祥化工有限公司Shell 煤气化装置线不稳定还会引起炉温波动,损坏烧嘴隔焰罩、耐工艺流程见图1。火层、销钉、水冷壁等内件设备,甚至造成堵渣以及激冷气循环飞灰过滤器滤芯进水等事故的发生。因此,生产企原煤过热焦汽业应对煤粉管线的稳定引起足够的重视，将其纳入[磨煤/干燥中出蒸汽项目的建设阶级投料试车阶段以及生产运行阶段。3项目施工阶段稳定煤粉管线的前期工作「煤的加压|广除灰湿洗(1)参照其他已建成装置煤粉管线的布置方床处理式,对原设计煤粉管线走向进行了局部优化，在保氧气灰中水回用.证管线平滑度的前提下使每支煤粉管线比原设计圈1 Shell 煤气化装置工艺流程中国煤化工2煤粉管线稳定性分析作重大;YHC N M H G人,2005毕业于河南大学化学化上学阮化学1.程与1Z专业,从事Shell煤气化装置生产Shell煤气化装置的控制核心是通过控制氧煤技术管理工作。.第5期陈二孩等试论Shell煤气化装置煤粉管线的稳定性●27.缩短20~ 30 m,减少了部分弯头,以降低管线阻力。情况下,煤粉在不同负荷下循环至煤粉贮仓中,通(2)注意施工质量。煤粉管线采用氩弧焊加过煤粉贮仓的 单位时间增加量r与煤粉管线稳定时电焊的焊接工艺,并保证焊接后内壁光滑无凸起，单位时间累积量x进行修正,求出偏差系数k和b。以降低管线阻力,减少煤粉管线波动。修正后的煤粉量kx +b与煤粉贮仓增加量y一致，(3)针对煤加压与输送工序的烧结金属容易损即进 入烧嘴的煤粉测量值kx +b视为真实值。煤粉坏的问题,对烧结金属设备进行改造，提高了设备的管线稳定时单位时间累积量x=DxS。式中:D表抗压能力,改造后至今未发生烧结金属的破损。示煤粉管线中悬浮物的密度测量值, kg/m' ;S表示(4)锁斗高压过滤器滤芯在煤锁斗泄压过程煤粉管线中悬浮物的速度测量值, m/so 1°煤烧嘴中容易受力脱落,故在滤芯下部增加了固定支撑。.煤循环数据见表1,煤粉管线稳定时单位时间累积(5)在调试期间将煤粉经过的地方清理干净，量x与煤粉貯仓单位时间增量y的函数关系见所有螺栓连接部件都予以点焊或采用双螺母加固,图3。表11'煤烧嘴煤循环数据并在大布袋下方安装煤粉过滤器,以防止纤维、树叶等杂质进入煤粉管线。煤流量煤粉给料时间间隔煤流量煤粉貯仓增量工况仓压力4原始开车 前的煤循环/kg.o-1/MPa/min */kg.a-' y/kg.s-1开车11.07300.666 61.06564.1 煤循环的必要性氧气是气体,气体的计量仪表非常准确;而固开车22.18 0.751.226 71.9578 .体物料煤粉计量往往不够准确,因此在原始开车前75%负荷2.505 0.821.761 4.2.551 4.100%负荷3.3412. 446 03. 294 0需要对煤烧嘴煤粉管线上的密度、速度等计量仪表进行校正,以达到准确控制气化炉氧煤比的目的。上述数据均要求在煤粉管线稳定时采集,如果1"煤烧嘴工艺流程见图2。时间间隔段内煤粉管线波动较大,须重新开始此间集粉去煤贮仓诚压管速度计密度计隔段的数据采集。煤循环取样时载气均为二氧化碳气体。表1中的x、y表示1*煤管线在不同工况下煤粉来自煤粉0一煤粉加速器煤粉角阀.煤粉三通阀-.巴煤烧啁.对大量煤循环数据处理后的数值。二氧化碳气圈21'煤烧嘴工艺流程1.2 煤循环的条件.5 t(1)磨煤单元试车完成,制出合格煤粉,粉煤0.5 1.522.533.5的典型颗粒尺寸分布:①90%(质量比)的颗粒≤测量值，x/kg:s~'90 μm;②不超过10% (质量比)的颗粒<5 μm,含團31'煤烧嘴y与 x的函数关系湿量为1%~2%。开祥化工有限公司的实际颗粒注;:y=0.801 9x-0.2527度基本上达到Shell煤气化的设计要求。4.4煤循环的要求(2)煤的加压和输送顺控调试完毕,气密试验(1)煤管线的稳定性。通过煤循环达到煤烧结束，且能正常下料。嘴煤量控制系统的稳定,即在负倚不变,煤阀开度(3)所有煤粉管线按要求投用伴热温度为和输送介质气体量基本不变的情况下,煤粉管线测80 C ,开祥化工有限公司原设计1支0.5 MPa低压量密度和速度基本不变。.蒸汽伴热管线,因无法满足冬季开车的要求,遂在(2)煤循环的准确性。修正后煤粉密度计量每条煤粉管线上增加了2支低压蒸汽伴管。仪表和速度计量仪表测量计算出来的煤流量与煤(4) 4条煤粉管线上的仪表阀门调校结束,特粉贮仓称重仪表显示的煤量吻合,即要求煤粉测量别是流化气和加速气的阀门、仪表、角阀等。的重复性好。(5)煤烧嘴顺控、控制逻辑调试完毕。中国煤化工(6)煤粉贮仓称重仪采用砝码校验完毕。二衡阀、下料阀因带4.3 煤循环的方法压而CN MHG成下料加泄过程在煤粉给料仓与气化炉保持一定压差不变的中煤锁斗和煤粉给料仓之间平衡两端产生压差,阀●28.化肥设计2009年第47卷门无法正常打开,影响正常下料,使煤循环耽误很间气化炉炉膛内火焰偏烧,给系统带来很大的安全长时间。改进的办法是增加壳牌最新设计的平衡隐患,所以重要阀门在生产过程中- -定要 有备件。管,问题得以解决。(3)防止煤粉在煤的加压和输送工序及煤管(2)臧压管后煤粉管线及临时煤管线易磨损，线中板结。停车期间煤粉在容器内如果存放时间解决的办法是更换材质并采用大弧度弯头。过长,会造成流动性降低,一般存放时间超过10天(3)煤烧嘴角阀卡涩。由于煤循环过程中原的煤粉就需要外排,不再使用。煤中的纤维类物质经过磨煤系统后进入煤粉给料(4)防止氧阀泄漏。煤气化装置在吹扫试车仓烧结金属处及煤管线角阀处,导致煤粉管线堵塞过程中,由于氧气管线吹扫不彻底,致使管线中残或不畅。采取的措施是改造纤维分离器,提高杂质留的焊渣进入氧阀内,阀门在开关过程中被磨损,分离效率,避免此类问题发生。造成阀门内漏，以致氧气泄漏控制程序无法进(4)小布袋B系列中料位计不能够显示和煤行,给系统安全运行带来隐患,故更换了泄漏的循环过程中小布袋B系列锥部煤粉架桥堵塞。为氧阀。此将小布袋A和小布袋B与煤粉贮仓相连管线由6结语DN 100 mm改为DN 200 mm,之后再未发生此现象。维护Shell煤气化装置煤粉管线的稳定贯穿于装置的建设、试车、运行等阶段。河南开祥化工有5原始投料期间煤粉管 线的稳定性限公司借鉴相关厂家的经验教训,针对煤粉管线的(1)修改煤烧嘴联锁程序。Shell 原设计的程稳定与长周期运行,开展了一系列技术改造,保证序13KS - 0011/0012/0013/0014在单个烧嘴跳车了煤粉管线和烧嘴系统的稳定运行。开车后气化后会跳至100步执行煤管线的吹扫,这个过程约需炉4个烧嘴运行稳定,为公司煤气化装置的长周期5 min。开车时氧负荷设定为50%,且气化炉压力安全稳定运行奠定了基础,实现了公司生产系统的.比较低,煤管线波动比较大,烧嘴频繁跳车。为了正常化。能迅速将烧嘴投入运行,开祥化工有限公司对程序参考文献:/ .进行了修改,缩短了吹扫时间,从而降低了开车期[1]吴迎. Shell煤气化技术[].化工设计通讯,2006(2):1 -2.间系统跳车的几率。针对煤管线上的密度和速度2[2]陈二孩,岑涛. Shell煤气化装置点火烧嘴与开工烧嘴的试验及应用[J].化肥设计,2009 ,47(1):44 -47.个重要联锁值,延长了这2个点的跳车时间,避免[3]岑涛,陈二孩.关于Shell 煤气化装置的投煤试车及载气切换瞬时波动造成烧嘴跳车。[J].化肥设计,2009 ,47(3):33 -35.(2)排除煤管线三通阀故障。煤气化装置曾[4]李耀刚,崔广木Shell 媒气化工艺优化之商櫳[].化肥设计，出现煤粉三通阀卡涩无法打开的情况,拆检阀门发2009,47(1):21 -26.现阀体密封环隐积存有煤粉,遂重新更换阀门。期收稿日期: 2009-07-2(上接第19页)漏气处有克劳斯反应发生。炉最高负荷为85 Vh,B炉最高负荷为83 Vh,运行5结语负荷达到设计要求,保证了煤代油装置蒸汽供应，起到了备用锅炉的作用。(1)通过分析和优化,快锅改烧粗煤气以较少烧嘴前压力调整后,炉膛正压低于137 Pa投人,取得较好应用效果,发挥了备用锅炉的作用,(绝) ,满足设计要求。烧嘴喷射角调整后,火焰稍保障了煤气化的稳定运行。长,但远远短于重油燃烧火焰长度,对燃烧和蒸汽(2)本改造是壳牌气化炉生产的粗煤气首次系统没有影响。锅炉系统的应用,其设计和应用经验可为其他类似42 存在问题改造提供借鉴。(1)粗煤气中H2S含量较高,致使烟气中So2(3)对于H2S问题，只要采用低硫煤或增设脱浓度高,存在烟道系统低温腐蚀,同时快锅烟囱较矿左置可以衄中却消险甘影响低,烟气SO,扩散较慢,对周边设备有- -定的腐蚀。参中国煤化工(2)快锅炉膛较短,H2S燃烧速度比H2和Co[1THCN M H G,北京:中国建筑工业出版社,1985.慢,有H2S燃烧不完全现象产生,在炉膛水冷壁和收稿日期: 2009-07-10