SHELL干煤粉氣化爐堵渣探析

2011年第8期內蒙古石油化工53SHELL干煤粉氣化爐堵渣探析李海賓,孫典文(中國神華煤制油鄂爾多斯分公司煤氣化生產(chǎn)中心,內蒙古鄂爾多斯017209)摘要:由生物質(zhì) 能源緊缺帶來(lái)的一條列市場(chǎng)反應,使得植物質(zhì)能源成為了化工界的新寵。短短幾年內國內規劃、開(kāi)工了一大批的煤化工項目。而煤氣化作為煤化工的龍頭,首當其沖的成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。為了適應現在安全、環(huán)保、節能、高效這樣一個(gè)大環(huán)境的需求,國內國外開(kāi)發(fā)或升級了多種煤氣化技術(shù)。國外比較典型的有:Texaco、E-Gas(原Destec)等濕法進(jìn)料氣流床氣化爐, K-T爐、Shell、Prenflo和GSP等干法進(jìn)料氣流床氣化爐;國內開(kāi)發(fā)的有:山東省水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心開(kāi)發(fā)的新型(多噴嘴對置式)氣流床干煤粉加壓氣化技術(shù),西安熱工院開(kāi)發(fā)的兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù),清華大學(xué)正在進(jìn)行研究的非熔渣一熔渣分級高壓純氧干煤粉氣化技術(shù)等。新一代的煤氣化技術(shù)中現在尤以干煤粉氣化技術(shù)最受推崇,而SHELL又是其中典型代表,但其在國內的應用過(guò)程較為曲折,目前尤以堵渣問(wèn)題最為突出.關(guān)鍵詞:氣化; SHELL;堵渣中圖分類(lèi)號:TQ542文獻標識碼:A文章編號:1006- -7981 (2011)08- -0053- -03在煤化工興起初期,SHELL干煤粉加壓氣化1.2 Al2O3 的影響工藝作為一種新型的煤氣化工藝技術(shù),帶著(zhù)它安全、當灰中不含Al2O3時(shí)的軟化溫度比較高,當環(huán)保、節能、高效等諸多優(yōu)點(diǎn)于2001年6月率先沖入Al2O3含量略有增加，會(huì )促進(jìn)可以產(chǎn)生低共熔現象中國市場(chǎng)搶占了先機。但作為新工藝,其應用不會(huì )是的鈣長(cháng)石的生成,從而使灰的軟化溫度降低;當一帆風(fēng)順的,總會(huì )有意想不到的困難和問(wèn)題發(fā)生。從Al2O3含量超過(guò)一定比例后,軟化溫度又會(huì )有上升該工藝引進(jìn)并于2006年正式投料試車(chē)到現在這四趨勢,這說(shuō)明隨著(zhù)Al2O3含量的進(jìn)- -步的上升,鈣長(cháng)年運行當中，國內工藝技術(shù)人員解決了一個(gè)個(gè)技術(shù)石含量增加。瓶頸,使其年運行率達到了85%以上,但仍有一一個(gè)問(wèn)1.3 Fe2O3的影響題困擾著(zhù)各廠(chǎng)家一-堵渣。在高溫弱還原氣氛下,部分Fe+離子會(huì )被還原1渣的形 成機理及其熔點(diǎn)的影響因素(理論依據)成為Fe+。Fe+離子的極性很高,是聚合物的構成煤中的灰分主要成分是各種礦物質(zhì)(石英、白云者,能提高灰的熔融溫度;Fe2+離子易于和熔體網(wǎng)絡(luò )石、方解石、黃鐵礦以及高嶺石等),其在高溫中發(fā)生中位當道鍵飽和的O2相聯(lián)接而破壞網(wǎng)絡(luò )結構,降環(huán)境下會(huì )發(fā)生一系列的分解、化合、聚合、熔合等化低灰的熔融溫度。同時(shí),二價(jià)鐵氧化物極易和CaO、學(xué)物理反應,最終形成各元素化合物的熔融態(tài)聚合SiOz、Al2Os等形成低共熔體而降低灰的軟化溫度。體.由于灰中各元素的含量的不同,最終生成物的熔1.4 CaO 的影響點(diǎn)就有所不同,最終直接影響到了氣化爐的操作溫CaO屬于堿性氧化物,本身熔點(diǎn)很高，但它有度和掛渣、排渣的情況。助熔作用,是形成低熔點(diǎn)共熔體的重要組成部分。隨1.1 SiOz的影響著(zhù)CaO含量的增加,CaO、SiO2、Al2O3等反應生成研究發(fā)現當灰中不含SiO2時(shí),軟化溫度會(huì )很鈣長(cháng)石,促進(jìn)了低熔點(diǎn)共熔體的生成，但隨者CaO高,但隨著(zhù)SiO2含量的增加,灰的軟化溫度灰逐漸含量的繼續增加,超過(guò)一定比例,有多余的CaO存降低,原因是在加熱時(shí)有鈣長(cháng)石(CaO.Al2O3.2在,則軟化溫度會(huì )有回升的趨勢。SiO2)產(chǎn)生,鈣長(cháng)石自身熔點(diǎn)較高,但含鈣氧化物群:1.5 Na2O 的影響與硅酸鹽礦物群會(huì )產(chǎn)生低共熔現象,從而導致熔點(diǎn)Na的化合物的熔點(diǎn)低,易于與灰中的其他氧化降低;隨著(zhù)siOz含量的進(jìn)一步的上升并超過(guò)一-定 比物生成低熔點(diǎn)共熔體,并且Na+的離子勢較低,能破例時(shí),軟化溫度又有上升趨勢,這說(shuō)明隨著(zhù)SiO:含壞煤灰中的中國煤化工助熔劑的作量的進(jìn)一步的上升,鈣長(cháng)石含量增加。用。1YHCNM HG收稿日期:2011-01-12.54內蒙古石油化工2011 年第8期從以上的分析可以看出,灰分中的某些成分所SHELL煤氣化為氣流床氣化爐,反應中心溫度占比例對灰熔點(diǎn)的影響并不是單向的,隨著(zhù)其比例高于1400C,所以為液態(tài)排渣,同時(shí)SHELL氣化爐的增加或減少,對灰熔點(diǎn)的影響是雙向的.水冷壁膜內表面采用以渣抗渣的方式來(lái)保護氣化爐2渣的類(lèi)型.高溫側表面,這樣SHELL氣化爐所用的煤就需要在根據渣的形態(tài)可將渣分為三類(lèi):玻璃體渣、塑性反應溫度下的結渣性相對高一些。通常結渣指數渣、結晶渣。(Se)劃分如下:Se0. 25為低結渣性能、Se0.45為中灰在熔融過(guò)程中,硅、鋁酸鹽中的Na.K會(huì )揮發(fā)等結渣性能、Se0.65為高結渣性能、Se0.65為嚴重而損失掉,硫酸鈣會(huì )分解并以三氧化硫的形式溢出,結渣性能。因此,真正影響灰渣粘度的主要化學(xué)成分為SiO2、如果渣的結渣性太高,對于液態(tài)排渣的SHELLAl2O3、Fe2O3、CaO、MgO.上述成分基本可以分為兩氣化爐來(lái)說(shuō),極易出現堵渣的現象,而結渣性太差,大類(lèi):酸性成分(SiO2、Al2O3).堿性成分(Fe2O3、則又不會(huì )在水冷壁表面形成均勻的渣層保護層。CaO:MgO),這兩類(lèi)成分在灰分中所占比例與渣的煤灰熔體中的化學(xué)成分對粘度的影響可以表示形態(tài)是有對應關(guān)系的; 2 (Fe2O3、CaO、MgO)30%,為會(huì )中酸性氧化物與堿性氧化物之比(Al2O3 +Al2O24%時(shí),熔渣呈玻璃體;2 (Fe2O3.CaO.MgO)SiO2)/(Fe2O3、CaO.MgO) (重量比)對粘滯活化能30%, Al2O3= 24- 30%時(shí)，熔渣呈塑性渣;系數(B)的影響。當酸性氧化物與堿性氧化物的比值擇增加時(shí),形成較大的網(wǎng)絡(luò )陰離子團,使粘滯活化2 (FezO3、CaO.MgO)30% ,Al2O24%時(shí),熔渣呈結能系數(B)增加，從而使熔體粘度增加.晶渣。在氣化爐爐膛溫度下,如果渣的粘度太高,則表3渣的性質(zhì)明渣的流動(dòng)性差,這樣同樣會(huì )出現堵渣現象;反之,SHELL干煤粉加壓氣化工藝采用的是液態(tài)排如果渣的粘度太低,也不利于氣化爐水冷壁掛渣,形渣法,同時(shí)它的模式水冷壁采用的以渣抗渣的理念,成保護層.這樣SHELL煤氣化工藝當中對反應后渣的狀態(tài)就4實(shí)際生產(chǎn)分析有了特殊的要求一最佳的結渣性和流動(dòng)性,而渣在實(shí)際生產(chǎn)中,爐溫控制的高低會(huì )直接影響生的流動(dòng)性與渣的粘度有直接的關(guān)系。下面我們就針產(chǎn)能否正常進(jìn)行。通過(guò)以上的理論分析,不難看出，對其灰的粘度和結渣性在生產(chǎn)過(guò)程中的影響逐一進(jìn)在煤質(zhì)相對穩定的前提下:爐溫相對于臨界粘度溫行分析。度偏低,爐膛內的渣就會(huì )以結晶的形態(tài)存在,很難在在火電站和煤氣化裝置-般都用到兩個(gè)概念:水冷壁上掛渣,此時(shí)的渣形如下圖:渣的粘度、灰的結渣性。從上圖可以看出,渣類(lèi)似于魚(yú)子狀,大部分為細定程度會(huì )整體掉入渣口。對于神華的煤來(lái)說(shuō)，由于其小的顆粒,推斷渣在爐膛內的物理變化過(guò)程為:煤粉低灰熔點(diǎn)的特性,這種堆積不會(huì )出現太大的渣塊,但在瞬間反應完后,由于溫度偏低,大部分沒(méi)有發(fā)生物由于其流動(dòng)性差,再加上SHELL氣化爐渣口下方的理聚合的過(guò)程或聚合了極少部分,在隨著(zhù)渣下落的特殊結構,極易在渣口裙邊形成大的鐘乳石狀的渣過(guò)程中,渣大部分結晶,無(wú)液相存在或固液兩相共塊,隨著(zhù)生產(chǎn)時(shí)間的延長(cháng),積聚的渣會(huì )越來(lái)越大。這存,最終通過(guò)激冷后排出的渣形就會(huì )如上圖所示。如種渣-一旦斷裂中國煤化工排渣口.果排出的渣,此種形態(tài)的占絕大部分,那么說(shuō)明爐溫但如果爐YHCNMHG高,尤其是短太過(guò)于偏低,這是渣的粘度會(huì )很高,導致其流動(dòng)性時(shí)間爐溫波動(dòng)較大,就會(huì )使水冷壁上原本已掛的且差,在氣化爐渣口極易出現渣堆積的現象,堆積到一相對已形成動(dòng)態(tài)平衡渣,由于溫度的劇烈變化而垮.2011年第8期李海賓等SHELL 干煤粉氣化爐堵渣探析55塌導致渣口堵渣.下圖為水冷壁水冷壁上垮下的渣:這種渣如堵在氣化爐渣口是比較危險,有可能一些生產(chǎn)操作經(jīng)驗:短時(shí)間內在渣口的位置會(huì )積聚大量熔融的渣,而隨在生產(chǎn)中我們要密切關(guān)注煤質(zhì)的變化,尤其是著(zhù)下層的降溫,會(huì )形成堅固大渣塊,如處理不及時(shí)，灰組分的變化,這樣我們可以提前預見(jiàn)氣化爐工況.只能停車(chē)進(jìn)人處理了。這種渣如堵在V1402或可能的變化趨勢,以便在發(fā)現工況有持續發(fā)生變化V1403,就比較容易處理了,只需簡(jiǎn)單消架就可以處時(shí),正確的做出判斷,合理調整爐溫;我們在日常操理通,- -般不 會(huì )造成大的危害。作中,要將氣化爐的甲烷、二氧化碳、蒸汽以及渣形5總結的變化相結合來(lái)判斷工況。尤其以渣形為例,如下圖鑒于以上理論與實(shí)際生產(chǎn)相結合,我們總結出所示:由于SHELL干粉氣化爐的操作溫度較高,爐膛情況總結出來(lái)的,由于各廠(chǎng)的煤質(zhì)與實(shí)際運行情況內的溫度目前無(wú)法實(shí)現實(shí)測監控,我們只能通過(guò)相的不同可能略有區別,請大家指正。關(guān)參數來(lái)判斷其溫度相對于灰熔點(diǎn)的一一個(gè) 寬泛的范[參考文獻]圍,這樣的操作是比較粗狂的,控制出來(lái)的爐溫波動(dòng)1] 龔德平.煤灰的高溫粘度模型[J].熱力發(fā)電，也是比較大的,為了減少由于相關(guān)參數的波動(dòng)(如1989,1:28- 33.CH、蒸汽等由于測量導致的波動(dòng))導致操作的頻繁2] 許世森,王保民,李廣宇,劉剛,任永強,夏軍調整帶來(lái)的爐溫不必要的波動(dòng),我們可以通過(guò)渣形倉,李小宇.一種預測煤灰粘溫特性的數學(xué)模.來(lái)確定當前爐溫是否合適。如上圖所示，排出的渣型[J].熱力發(fā)電,2007,7:5-7.中,魚(yú)子狀的細渣與針狀的渣都要各有少許,二粒徑[3] 程志強,姚偉,劉家利.神華石炭一侏羅紀煤摻在0. 5cm- lcm的大顆粒渣要占絕大部分,這樣的燒的結中國煤化工7,5:65- -67.爐溫才既有利于掛渣,也不影響排渣.[4] 張,黃鎮HCNMHG虎,岑可法.以上分析是本人鑒于SHELL干粉氣化爐目前煤灰中化學(xué)成分對熔融和結渣特性影響的探在神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯分公司的應用討[J].熱力發(fā)電,2005,12:27- 30..