SCGP工艺装置气化炉开工烧嘴的调试及运行初探

第4期(总第149期)煤化工No.4(Total No. 149)2010年8月Coal Chemical IndustryAug. 2010SCGP工艺装置气化炉开工烧嘴的调试及运行初探王秀芬王方亮(神华煤制油有限公司鄂尔多斯分公司,鄂尔多斯017209)摘要简要叙述了壳牌煤气化工艺特点,介绍了关键设备开工烧嘴的作用及使用原理，详述了开工烧嘴投用前期需进行的调试:雾化测试、安全联锁调试、氧油比标定和程序调试等,并结合实际流程,详细说明了其开停车程序运行过程,对该工艺所面临的实际问题提出了建议。关键词壳牌煤气化 募化开I烧嘴氧油比文章编号: 1005-9598 (2010)-04-0041-04中图分类号 :TQ54文献标识码:B技术工艺流程为:在加压条件下,粉煤.氧气及少量水引言蒸气并流进入气化炉内,在极为短暂的时间内,完成升温、挥发分脱除、裂解燃烧及转化等一系列物理和当前国内煤气化技术采用的工艺主要包括鲁奇化学过程,生成以H和Co为主的合成气,CO2含量很(Lurgi )固定床加压气化.德士古(GE)水煤浆气化壳少。SCGP工艺的核心装置气化炉采用膜式水冷壁结牌SCGP( Shell Coal Gasification Process )干煤粉气构,无耐火砖衬里,维护量少,运转周期长。该炉主要流床加压气化等。国内已有十多家企业选用SCGP气由内简和外简两部分构成,外简只承受静压而不承受化技术,分别用于生产氢气、合成氨和甲醇。高温,内件形成气化空间、炉渣收集空间、气体输送空开工烧嘴(SUB)作为壳牌SCGP 工艺开车过程中间。的一个关键设备,开车前期对其所做的相关调试工作壳牌煤气化工艺由于生产链长、工程量大,现阶是保证其开车平稳运行的重要保障,同时这也是顺利段还没有成熟的经验可供借鉴,且在设备制造.流程实现壳牌煤气化成功开车的一个重大技术瓶颈。本文配置、施工、管理、投料试车到操作运行等方面,都还将针对此技术问题，结合SCGP工艺在开车实践过程要有一个逐步消化吸收和认识掌握的过程。因此,现中遇到的各种问题,进行简单地分析和阐述。阶段如何实现Shell气化炉的顺利开车,对于进一步探索该工艺的各项性能具有重大的意义。1 SCGP 工艺特点2开工烧嘴的作用及使用原理SCGP工艺采用干煤粉进料,具有氧耗低、碳转化率高、热效率高、调节负荷方便等优点。一般碳转化率壳牌煤气化技术装置的自动化程度非常高,采用为99%,有效气(C+H)体积分数最高达95%,冷煤气串级、前馈.分程、比值及顺序控制和逻辑控制,通过效率80%-85%。热效率可达98%1。同时Shell气化炉DCS、ESD、PLC实现生产过程的集中控制和管理。气化对原料煤种的黏结性、成分变化的响应均不灵敏。该炉共计设置20多个安全停车联锁，保证在气化炉相关操中国煤化工气化炉安全停车， .收稿日期:2010-03-03由此殳备性能等都提出作者简介:王秀芬( 1980-),女.2004年本科毕业于辽宁石了很THCNMHG油化工大学,硕士,助理工程师,现从事壳牌煤气化工艺SCCP工艺的关键设备气化炉在开工和正常运行生产技术工作。时,进料部分所采用烧嘴分为点火烧嘴(IB)、开工烧-.42-煤化工2010年第4期嘴(SUB)和煤烧嘴(CB)。开工烧嘴是-种内混式柴油证开工烧嘴冷却水 流量正常，并在正常流量下燃烧烧嘴,采用套管式结构,主要由套管与烧嘴头两部分等。另外,气化系统其他相关安全保护联锁调试也应组成。套管外层高压工艺水用于烧嘴的冷却,以保护随之进行,以保证整个气化系统的稳定。烧嘴;内管为氧气和柴油的流通混合通道。柴油与氧3.3氧油比的标定气混合后,在烧嘴头部实现雾化,然后喷人气化炉被一定量的柴油对应-定 量的纯氧才能完全燃烧，点火烧嘴引燃后,进行剧烈的燃烧,反应放出大量的并放出最大量的热。柴油量过高,燃烧不完全,既不经热,用于气化炉的预升温。反应产生的气体用于气化济,火焰信号也不强;氧气流量过高,会造成烧嘴损炉升压操作,待气化炉压力达到-定程度时,引燃煤坏,因此需要进行氧油比的标定。在标定时，若采用其烧嘴,并在确认两组煤烧嘴被引燃后,开工烧嘴停止他物料代替氧气或者柴油,必须充分考虑他们在物理工作,退出气化炉,此后气化炉进人正常的生产运行特性方面存在的差异，以得到最切合实际的实验数调节阶段。因此，这些设备特别是开工烧嘴的正常使据,为烧嘴的正常投用奠定良好的技术基础。氧油比用和运行，是决定气化炉成功开车最为关键的因素的控制,在实际操作时,也可通过手动调节柴油流量之一。开工烧嘴在投用时，设置了专门的程序，可控制阀门来实现。实践发现,开工烧嘴正常运行时所降低人力劳动强度，同时有助于保障烧嘴的顺利投需的氧油质量比FFI0004一般为3左右。具体工况用和稳定运行。可根据实际操作的需求加以改变，但所有操作的前提是，必须在保证开工烧嘴正常运行情形下，使气3开工烧嘴投用前的调试化炉升温升压的速率得以改善，同时满足水汽系统运行工况调整的要求。开工烧嘴投用前期需要进行的调试主要包括:雾3.4 程序的调试化测试、相关安全联锁调试、氧油比标定、程序的测在进行程序调试时,最好是在确保所有涉及的程试。控阀门能够正常启闭的条件下进行。当出现所涉及的3.1 雾化测试相关不能实际满足的信号时,为了满足程序运行的需开工烧嘴投用前，为了保证烧嘴的正常运行,要求,也可通过模拟信号赋予完成程序步骤所需要的条求柴油与氧气必须充分混合，以保证燃烧的稳定性，件,使之能够顺利地进行,这通常是一个相当繁琐的防止其在燃烧的过程中产生局部过热，造成烧嘴损过程。程序调试过程中,应特别注意对开工饶嘴的稳坏，保护开工烧嘴。具体测试方法为:采用压力基本相定运行有直接影响的相关作用点的观察和掌握。这些当的高压工艺水代替柴油,次高压氮气(5.2MPa)代替点包括:吹扫完成信号、开工烧嘴插入位置信号、柴油氧气,在气化炉外进行雾化效果测试,观察其喷射距压力及流量、氧气压力及流量、开始供油供氧关键时离、形状及分布是否均匀等。由于柴油-水、氮气-氧间点的配合及其他气化炉本身应该具备的状态等条气所固有的物理特性的差异,因此与在具体开车时所件是否得到满足。该程序运行的好坏直接关系到开工得到的数据也会稍有差异。但在具体调试时,要在充烧嘴能否正常运行，并最终决定气化炉能否开车成分考虑这种差异的同时，结合实际开车过程中所出现功,这都无疑是对操作人员提出的一个严峻考验。的具体问题与取得的运行数据，做出进一步 的优化。因此这种测试对开工烧嘴的顺利投用是+分必要的。4开工烧嘴程序 运行过程3.2 相关安全联锁调试为了确保开工烧嘴的稳定运行，保护开工烧嘴,下面结合开工烧嘴流程示意图(见下页图1),说在开工前必须对相关安全联锁进行调试，主要包括:明开工烧嘴程序运行的简要步骤。柴油管线吹扫氮气安全保护联锁,防止柴油反串进入4.1运行程序氮气系统;开工烧嘴氧气系统安全保护联锁以防止氧开工烧嘴程序由操作员启动，该程序启动后,在.气压力低,造成开工烧嘴回火;开工烧嘴安全保护联确定中国煤化工冷却水系统运行正锁,防止氧气和柴油在低流量下造成回火,及下游氧常0HCNMHG_谋燃烧器的氧气供气的泄漏(氧气流量过高)带来的危险,防止在监测不应阀加材林大四大际、自次的风气吹扫正在进行、到火焰的情况下.在气化炉内形成爆炸物,同时防止并通往开车/排气烟囱等条件满足后,即进入正常的由于烧嘴安装不当造成气化炉水冷壁损坏等情况,保运行步骤。2010年8月王秀芬等:SCGP工艺装置气化炉开工烧嘴的调试及运行初探一43-高点放空PISAOO31XV0028XV0023。XV002Q气[氧气>78| 8C化|PIZ0027]XV0022[ F10002 1]FV0020XV0021炉|壁|Xv0027 8X- ;F1A0007)-FIC0020FICO005氮气>FIA00O6FFIZ0004XV0025文Fv0005(回油PDIS0036文PV0026FC0003XV0026l PIC0026AF0003柴油泵XV0024[ PIZ0032[PIS0033PIZ0035高压工艺冷却.PIC0026-柴油压力指示控制PV0026- 柴油供油压力调节阀P1Z0027- 氧气压力指示联锁PISA0031-供 氧压力指示联锁PIZ0032- 柴油供油压力指示联锁PISO033- 柴油压力指示联锁PIZ0035- 柴油压力指示联锁PDIS0036- -柴油氮气压差指示联锁FI0002- 氧气流量指示FIC0003- 柴油流量指示控制F0003- 柴油流最控制阀FFIZ0004一氧油比指示联锁FIC0005- 开工烧嘴冷却水流量指示控制F0005- 开工烧嘴流量控制阀FI0006/0007- 柴油线吹扫氮气流量指示报警FIO020一氧气线吹扫氮气流量指示控制 F0020- 氮气流量控制阀XV0020/0021- 开工烧嘴与气化炉隔离阀X0022/0023- 供氧阀XV0024- -柴油线供油阀XV0025/0026- 柴油线吹扫氮气阀XV0027一氧气线氮气吹扫阀XV0028/0029- 氧气放空阀图1开工烧嘴流程示意图(1)启动开车燃烧器的冷却水循环(烧嘴冷却水后，打开XV0023), 停止该线的氮气吹扫但保证流量(FIC0005)切自动)。FV0020保持10%开度。条件满足后,进入下一步。(2)油控制器(FIC0003 )切换到“正常”位置(跟随(7)在“点火尝试时间"内，检查开工燃烧器火焰氧气流)。瓦斯油循环压力控制(PIC0026)切换到自信号存在,触发点火燃烧器的停车车程序,把柴油控动,并起动柴油泵。制器切换到“自动",然后“级联" ,启动比率(有关氧(3)解锁烧嘴插人装置,并开始进行火焰眼吹扫。气的)控制(略低于化学计量)。高速插人,低速时完成插入，完成后把燃烧器锁在插(8)停止湿式洗涤下游的蒸汽喷射器,气化炉氮入位置。.气吹扫打开至预置状态，吹扫气化炉的环形空间,一(4)启动氧气管线和柴油管线上的氮气吹扫。在旦湿式洗涤下游的氧气体积分数低于0. 5%达到1min完成氮气吹扫,检查点火烧嘴已运行.氟气供应压力以上,气化系统压力控制阀和压力控制器从手动/关(PISA0031:H)满足条件后,启动开车燃烧器。该过程闭切换到自动开始气化炉的升压到0. 8MPa左右。启将关闭氧气供应管线上排气阀，把柴油控制阀动气化炉急冷、合成气冷却器人口和高压高温(HPHT)(F0003)设定至预设定(“启动")状态(手动:10%开过滤器反吹和振动器程序。启动粉煤燃烧器氧气系统度)。的检测中国煤化工足后,表明开车燃(5)开启柴油供应阀门(XV0024),在规定时间内饶器YHCN M H压力,启动气化炉确认条件满足后，停止柴油线的吹扫(关XV0025、急冷气u期几四珠IF自近11,个龙自动进行),并把XV0026)。条件满足后,进入下一步。急冷气流量控制器切换到自动操作(注意:此外每次(6)开启氧气的供应(在规定时间内XV0022打开投用开工烧嘴之前,都要仔细确认流程,特别要确保煤化工2010年第4期.柴油及氧的流量计指示的准确性)。序触发停止后,开车程序的再次启动,需操作员手动4.2停止程序启动。开工烧嘴开车运行程序步位设置条件不能满足时,即触发此程序,但在其运行期间出现跳闸时(没有5结论及建议粉煤燃烧器在运行),则不会停止该燃烧器,但会使其回到吹扫步骤(开车程序“D”步位)。另外开工烧嘴的壳牌煤气化工艺在设备、工艺等方面的特殊要停车程序的启动,在下列条件之-出现时,也即触发，求，无疑增加了开工烧嘴在使用时发生损坏的几率。以保护开工烧嘴和整个气化系统的安全: .工艺开车前期重点围绕开工烧嘴所作的相关测试工(1)操作员手动停止;作,对于尽可能降低其损坏发生的几率必将起到积极(2)两个煤烧嘴运行信号出现;的作用。(3)气化炉联锁停车信号出现;与此同时，在国内现有的设备制造技术条件下，(4)气化炉正常停车启动。很难实现SCGP工艺所有设备的国产化和标准化,一该程序启动后,即开始执行以下步骤:些诸如煤烧嘴、开工烧嘴、气化炉等关键设备还必须(1)打通氣气(开XV0027)和柴油线(开XV0025、完全依赖于进口。现阶段国内各生产企业在生产实践XV0026 )的氮气吹扫,停止氧气(关XV0022、XV0023 )和中业已获得的生产工艺数据及经验,有时只能是用来柴油(关XV0024、FV0003 )的供应。充实壳牌煤气化的实验数据库,各企业也被动地扮演(2)打开氧气线放空(开XV0028/0029),启动氮气- .种实验工厂的角色,因此如何积极寻求掌握该工艺吹扫(由自动保险逻辑控制氧气截止阀、油截止阀和生产操作运行规律，如何进- - 步地优化操作条件,尽吹扫的操作)。量减少事故发生时可能造成的设备损坏和由此造成(3)吹扫结束后，关闭氮气吹扫(XV0025/0026/的财产损失，如何进--步提高国内设备制造技术水0027)和火焰眼氮气吹扫,并解锁燃烧器，在高速时缩平,有待进一步研究和探讨。回燃烧器,低速时完成燃烧器缩回;把燃烧器锁定在参考文献:缩回位置上，并使之与气化炉隔离(关闭XV0020/0021)。[1]王乃继,徐振刚，步学朋. Lurgi和Shell煤气化生产(4)把冷却水流切换到旁通(FV0005关闭)并停止合成气分析[J].煤炭学报, 2004,29(增)113-116.瓦斯油循环泵;关闭控制阀(PV0026)。如果所有条件[2]唐宏青. Shell煤气化工艺的评述和改进意见[J].煤都得到满足,即可顺利实现“开车燃烧器停车”。此程化工，2005 , 33(6):9-14.Debugging and Operation of the Start-up Burner for the Shell Coal Gasification ProcessWang Xiufen and Wang Fangliang(Shenhua Erdos Coal Liquefaction Corporation, Erdos 017209)Abstract This thesis brefly describes the technological features of the shell coal gasification process and introducesthe function and application philosophy of the start -up bumer which is the key equipment of the plant. ht expatiales onsuch necessary tests (which should be done before the burmer is put into operation) as nebulization test, debugging of thesafety interlock and of the process, the standardization of the ratio of oxygen to diesel oil, etc. Again, it expatiates on thestant-up and shutdowm program according to the actual process, and make sugestions about practical problems of this pro-ess.Key words Shell Coal Gasification Process, nebulization, start:中国煤化工seloil .:YHCNMH...《煤化工》期刊邮发代号:22-176请到全国各地邮局订阅