Shell粉煤氣化工藝控制優(yōu)化與改進(jìn)

第48卷第4期石油化工自動(dòng)化Vol. 48, No. 42012年8月AUTOMATION IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRYAugust, 2012Shell粉煤氣化工藝控制優(yōu)化與改進(jìn)李曉黎(中石化寧波工程有限公司，浙江寧波315103)摘要:針對Shel粉煤氣化工藝技術(shù)特點(diǎn),對在調試、投料期間常出現影響裝置連續操作的主要問(wèn)題進(jìn)行了研究,結合裝置實(shí)際情況,提出了解決此類(lèi)問(wèn)題的工藝控制優(yōu)化與改進(jìn)方案,并對此進(jìn)行了合理性分析。經(jīng)過(guò)實(shí)際應用和檢驗,優(yōu)化和改進(jìn)方案對工藝運行順暢、保護設備起到了良好的作用，也為氣化爐的長(cháng)周期運行提供了技術(shù)保障。關(guān)鍵詞:放料罐控制除橋氣化爐控制系統 優(yōu)化中圖分類(lèi)號: TP273文獻標志碼: B文章編號: 1007 - 7324(2012)04 -0045-04Optimization and Improvement in Process Control of Shell Pulverized-coal GasificationLi Xaoli(Sinopec Ningbo Engineering Company Ltd.，Ningbo,315103 ,China)Abstract: A study is carried out based on the features of Shell pulverized-coal gasificationprocess technology and frequently- appeared main problems affecting plant continuous runningduring the plant commissioning and operation, with the actual plant conditions, the optimizedand improved schemes for solving such problems in the process control are proposed andanalysis of rationality thereof is proceeded. With the practical application and test， thoptimized and improved scheme plays a good role in a smooth process operation and equipmentprotection, and provides a technical guarantee for a long-term running of gasifier.Key words: control of discharge pot; bridging elimination; gasifier control system; optimization中國石化股份有限公司引進(jìn)3套投煤量1 700°C,壓力為4.0 MPa。 由于氣化溫度高,碳2 kt/d Shell煤氣化爐應用到合成氨大型氣化爐，轉化率可達99%以上,無(wú)其他的副產(chǎn)物產(chǎn)生,產(chǎn)品除了承擔合成氨生產(chǎn),還擔負下游供氫的任務(wù)。筆氣體潔凈,煤氣中有效氣體達90%(干基)以上,氧者將針對3套粉煤氣化裝置在調試和初期生產(chǎn)過(guò)耗低,單爐生產(chǎn)能力大。系統中的主要物料包括:程中工藝控制方面主要優(yōu)化和改進(jìn)進(jìn)行介紹,便于粉煤氮氣、氧氣、蒸汽、灰、渣、灰水等;物料流動(dòng)形后續生產(chǎn)的持續優(yōu)化改進(jìn),以增加長(cháng)周期運行式:連續流，間歇流;相態(tài)包括氣固相、氣液相、氣時(shí)間。相、液相、液固相、固相等;固體流動(dòng)方向:重力流1粉煤氣化技術(shù)特 點(diǎn)及系統組成為主。1.1 技術(shù)特點(diǎn)1.2氣化 系統組成及工藝過(guò)程簡(jiǎn)述Shell氣化爐配置4個(gè)粉煤燒嘴,位于爐子下Shell粉煤氣化由磨煤、粉煤加壓及輸送、氣化部同一水平面上,為了強化粉煤的氣化過(guò)程和保護及合成氣冷卻、除渣除灰、灰水處理等裝置組成，膜式壁,燒嘴沿圓周均勻布置且帶有斜角,借助撞還包括操作單元、工藝控制系統、公用工程等。各擊流以強化熱質(zhì)傳遞過(guò)程,使爐內橫截面氣速相對系統主要作用如下:趨于均勻。煤氣攜帶煤灰總量的20% ~30%沿氣a)粉煤輸送及加壓。粉煤在壓力下靠重力化爐軸線(xiàn)向上運動(dòng),在接近爐頂處通人循環(huán)煤氣激由粉煤放料罐流入粉煤給料罐,依靠氮氣加壓冷(約占煤氣量的60% ~70%),使合成氣降溫至輸送。900 °C ,熔渣凝固向下沉降,合成氣出氣化爐,進(jìn)入中國煤化工廢鍋。煤灰總量的70%~80%以熔態(tài)流人氣化爐稿件收到日期: 2012-底部,水激冷凝固、破碎,自爐底排出。粉煤由氮氣:THCNMH G作者簡(jiǎn)介:李曉黎(1964一)，另,山四網(wǎng)昌人，1980平畢業(yè)于內蒙攜帶,密相輸送進(jìn)人噴嘴。氧與蒸汽混合后也由粉古工學(xué)院化工專(zhuān)業(yè),長(cháng)期從事合成氣領(lǐng)域的設計工作,現工作于中煤燒嘴噴人氣化爐內。氣化溫度為1400~石化寧波工程有限公司,任高級工程師。40石油化工自動(dòng)化第48卷b)氣化及合成氣冷卻。純氧預熱后,和工藝充壓至約1.0MPa后,通氣錐充氮閥12XV-蒸汽通過(guò)混合,與粉煤同時(shí)進(jìn)人粉煤燒嘴噴入氣化0130打開(kāi),由于兩者開(kāi)啟有時(shí)間差，加之沒(méi)有設爐內,在4.0MPa的壓力下進(jìn)行部分氧化反應。置差壓檢測和控制元件及極細煤粉堵塞通氣錐氣化反應區位于氣化爐中下部,反應區之下是氣化部分毛孔，而氮氣源的壓力達5. 2 MPa,大壓差的爐的水浴渣池,用以承接煤氣化后的熔渣。粉煤與氮氣流人通氣錐, 易使通氣錐因超壓而損壞。當氧反應生成的合成氣夾帶少量飛灰上行。熔融灰氮氣撤出時(shí),煤粉會(huì )隨著(zhù)氨氣管線(xiàn)倒流,污染氮渣在離心力作用下沿氣化爐內壁流入水浴渣池。氣系統。氣化爐中部分固化的渣層附著(zhù)在水冷壁上形成隔經(jīng)過(guò)分析比選后,在去通氣錐和管道吹掃器氮熱(渣)壁。反應生成的高溫合成氣被冷的循環(huán)氣氣管上設置差壓調節器可以較好地解決上述問(wèn)題。激冷,回收熱量后至除灰。具體實(shí)施如下:c)除渣。除渣系統負責對熔融煤渣進(jìn)行冷a)在通氣錐或管道吹掃器的放料吹掃氮氣總卻?；团欧盘幚?。管上增設調節閥12PV-0131A。d)除灰。合成氣中所包含的飛灰在高壓高溫b)差壓檢測信號取自閥后放料氮總管上的壓陶瓷燭芯過(guò)濾器中不斷從合成氣流中清除出來(lái)。力變送器12PT-0131A與粉煤放料罐泄充壓管線(xiàn)合成氣去洗滌,分離的灰分冷卻后排出。壓力變送器12PT-0114。e)洗滌。過(guò)濾器出口高溫合成氣在洗滌塔中c)差壓調節模塊12PDIC-0131A內設置差被循環(huán)的洗滌水冷卻洗滌,降溫后送出。洗滌塔頂壓限定及自動(dòng)切換功能:當通氣錐或管道吹掃器出口合成氣在送往凈化前抽出兩股,其中- -股壓縮兩側差壓小于其所能承受的差壓(如約0.8MPa)后作為激冷氣進(jìn)氣化爐,另一股作為初級產(chǎn)品送下時(shí),其自動(dòng)設置在CAS位運行,差壓設定值為通一工序處理。氣錐或放料吹掃氮氣與放料罐內的差壓加和f)灰水處理?；宜?jīng)汽提、澄清、增稠與過(guò)濾常數值(如0.6MPa)。當通氣錐或管道吹掃器兩等過(guò)程,回收細渣回用，提取酸性氣去下游處理,大側差壓接近其所能承受的差壓(如約1.0MPa)部分處理過(guò)的灰水返回系統,部分去污水處理。時(shí)，自動(dòng)設置在手動(dòng)位關(guān)閉放料吹掃氮氣閥2粉煤 氣化工藝控制系統的優(yōu)化和改進(jìn)12PV-0131A,以保證當通氣錐或管道吹掃器2.1粉煤加壓和輸送 系統兩側的差壓在其可以承受的范圍內。設置- -定粉煤加壓和輸送系統是粉煤氣化的關(guān)鍵步的盲區(如0.2 MPa)可以避免頻繁自動(dòng)切換所驟之一,也是氣化爐能否進(jìn)料的先決條件,由粉帶來(lái)的影響。 改進(jìn)后的粉煤加壓系統如圖1煤放料罐(V1204)、通氣錐、通氣板、放料閥組成。所示。.一 般步驟:重力流的粉煤儲罐出口閥打開(kāi),粉煤放料罐達到正常料位后關(guān)閉該閥,停止進(jìn)料。開(kāi)氮氣爺煤粉啟氮氣閥門(mén)加壓,待與粉煤給料罐壓力平衡后，&打開(kāi)給料罐出口閥門(mén),粉煤全部進(jìn)人給料罐后，GY(G2) (38)放料罐關(guān)閉放料罐出口閥門(mén),打開(kāi)放料罐泄壓閥門(mén),壓通氣板-0-----1力卸除后,關(guān)閉泄壓閥,進(jìn)入下一過(guò)程。如果放BRA-FBRT)平衡線(xiàn)料罐低料位未出現或持續時(shí)間(5s)不足,啟動(dòng)除橋程序。該系統初期常出現的故障:粉煤出料不暢，通氣錐、管道吹掃器損壞，氮氣系統受煤粉(328)污染。通氣錐2.1. 1粉煤放料罐控制 系統改進(jìn)根據.上述步驟,分析后認為加壓程序控制步驟(oa )較理想化,氮氣加壓控制極易突破通氣錐元器件所管道吹掃器能承受的差壓極限(約1.1MPa),放料罐罐內和通氣錐充氮管線(xiàn)上缺少檢測和控制壓差的措施,進(jìn)而中國煤化工造成通氣錐頻繁破損。MHCNMHG分析12KS0001程序控制器的放料程序動(dòng)作圖1粉煤加壓系統示意過(guò)程2):先打開(kāi)頂部充氮閥,在粉煤放料罐初始第4期李曉黎. Shell 粉煤氣化工藝控制優(yōu)化與改進(jìn)47當壓力信號12PT- 0131A高于氮氣源壓力失 去檢測的條件極易誤操作導致系統壓力波動(dòng)時(shí),壓力控制閥12PV-0131A關(guān)閉,防止煤粉回竄較大。污染氮氣管線(xiàn),12PDIC-0131A控制回路如圖2鑒于原設計的不足，確定改變除橋順序,即所示。在放料料位達到50%~67%時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)除橋程序,利用殘存煤粉填充可能的架橋空間以充分發(fā)揮通氣錐的松動(dòng)作用,從而實(shí)現順利向給料罐供料。過(guò)程如下:放料罐充壓步驟中,減少頂部快速充壓時(shí)間至10 s以反吹放空過(guò)濾器,壓力不大0.6 MPa于1.0MPa時(shí)停止頂部充壓。為彌補快速充氮時(shí)間減少的影響，同時(shí)提前開(kāi)啟放料罐底部通氣錐、管道吹掃器的充氮,使放料罐充壓時(shí)間基本KMC露的----叫登“>H:10.00MPa)0。相當并避免粉煤被壓實(shí)架橋。修改后順控程序步驟:粉煤放料罐填充煤粉后,頂部與底部同時(shí)