殼牌煤氣化爐的設備特性及技術(shù)管理

第52卷第3期化肥設計June 20142014年6月Chemical Fertilizer Design生產(chǎn)技術(shù)殼牌煤氣化爐的設備特性及技術(shù)管理郭丹(貴州天?；び邢挢熑喂?貴州福泉550501 )摘要:簡(jiǎn)述了煤化工常用氣化爐的分類(lèi)及特點(diǎn);介紹了殼牌氣化爐的主要設備和材料;分析了殼牌氣化爐的工藝及設備特點(diǎn)及其技術(shù)管理要點(diǎn);提出了殼牌氣化爐常見(jiàn)問(wèn)題的解決方案。關(guān)鍵詞:煤氣化爐;殼牌氣化爐;設備特性;技術(shù)管理doi : l0.3969/j. issn. 1004 - 8901. 2014. 03. 009中圖分類(lèi)號: TQ545文獻標識碼:B文章編號:1004 - 8901 (2014 )03 -0029 -04Equipment Characteristic of Shell Gasifier and Technical ManagementGUO Dan( Guizhou Tianfu Chemical Engineering Company Lud. ，Fuquan Guizhou 550501 China)Abstract: Author has brielly described the category and feature for ordinarily used gasifer in chenical engineering of coal; has introduced the mainequipment and material of Shell gasification plant ; has analyzed the process and equipment features for Shell gasification plant and its technical manage-ment gist; has presented the solution scheme for common problems of Shell gasifier.Key words:coal gasifier; Shell gasifier; equipment feature; technical managementdoi: 10.3969/j. isn. 1004 - 8901. 2014.03. 009煤氣化是煤炭清潔高效利用和煤化工的起低污染的煤氣化工藝(技術(shù))是發(fā)展煤化工的重要點(diǎn),也是煤炭清潔高效綜合利用最重要的單元技前提,其中氣化爐便是工藝的核心，可以說(shuō)氣化工術(shù),而整個(gè)單元又以煤氣化爐為核心設備。煤制.藝的發(fā)展是隨著(zhù)氣化爐的發(fā)展而發(fā)展的,為了提合成氨、煤制甲醇煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣高煤氣化的氣化率和氣化爐氣化強度,改善環(huán)境，等現代煤化工技術(shù)和IGCC技術(shù)都是以煤氣化為新一代煤氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)總的方向:①氣化壓力核心單元,以氣化爐為中心。隨著(zhù)世界能源格局由常壓向中高壓(8.5MPa)發(fā)展;②氣化溫度向高的變化,以及現代煤氣化技術(shù)的發(fā)展,大規模煤氣溫(1 500~1 600 C)發(fā)展;③氣化原料向多樣化發(fā)化技術(shù)作為一種高效、潔凈的煤轉化技術(shù)日益受展;④固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)展。當前煤氣化爐主到重視，廣泛用于合成化學(xué)品和制氣等眾多領(lǐng)域。要有3種類(lèi)型:固定床、流化床、氣流床。煤氣化爐的設計、制造、安裝、運行管理對煤氣化1.1 固定床氣化爐項目的成敗起著(zhù)至關(guān)重要的作用。在對常用煤氣固定床氣化也稱(chēng)移動(dòng)床氣化。固定床一般以化爐型進(jìn)行介紹的基礎上,筆者著(zhù)重對當前技術(shù)塊煤或焦煤為原料。煤由氣化爐頂加人,氣化劑由先進(jìn)的氣流床殼牌煤氣化爐的設備特性和技術(shù)管爐底加入。流動(dòng)氣體的上升力不致使固體顆粒的理進(jìn)行分析。相對位置發(fā)生變化,即固體顆粒處于相對固定狀中國煤化工變,因而稱(chēng)為固定床氣1煤氣化爐分類(lèi)化。:fYHCNM H G于煤從爐頂加人,含有煤氣化爐的分類(lèi)"，也是煤炭氣化技術(shù)的分殘炭的爐渣自爐底排出，氣化過(guò)程中，煤粒在氣化類(lèi),一般按氣化爐的化學(xué)工程特征和反應器形式爐內緩慢往下移動(dòng),因而又稱(chēng)為移動(dòng)床氣化。進(jìn)行分類(lèi)。氣化爐的形式在很大程度上影響煤炭作者簡(jiǎn)介:郭丹(1973年- ) ,男,貴州金沙人,1995年畢業(yè)于貴州工的轉化效率和產(chǎn)品的制造成本，采用高效、低耗、業(yè)大學(xué),工程師,現從事煤化工企業(yè)的經(jīng)營(yíng)發(fā)展等管理工作。.30●化肥設計2014年第52卷固定床氣化的特性是簡(jiǎn)單、可靠。固定床氣化2殼牌氣化爐結構特性及 工藝特點(diǎn)爐常見(jiàn)有間歇式氣化爐( UGI)和連續式氣化(魯奇Lurgi)爐2種。閃歇式氣爐用于生產(chǎn)合成氣時(shí)采用2.1結構和材料無(wú)煙煤或焦炭為原料,以降低合成氣中甲烷含量,氣化關(guān)鍵設備由氣化爐、輸氣管和合成氣冷卻由于能耗和排放指標等因素,此類(lèi)爐型逐步淘汰;器組成12。主要包括99臺(套)設備。氣化爐包含固定床連續式氣化爐,20世紀80年代魯奇公司和設備見(jiàn)表1,氣化爐主要部件使用材料見(jiàn)表2。氣化英國煤氣公司對其改進(jìn)開(kāi)發(fā)了液體排渣氣化爐爐總體結構由外殼和內件構成。外殼承受靜壓力，(BGL),該爐型特點(diǎn)是氣化溫度較高,灰渣成熔融內件形成氣化空間、爐渣收集空間、氣體輸送通道態(tài)排出,合成氣質(zhì)量較好,能形成多種中間產(chǎn)品,目和保護屏,并在合成氣冷卻器部分的圓筒保護屏內前以褐煤為原料的裝置較多采用此種爐型。設置必需的傳熱面。其中在氣化爐內設有氣化空1.2 流化床氣化爐間、渣池和激冷段;合成氣冷卻器內設有2段蒸發(fā)流化床氣化爐常見(jiàn)有溫克勒( Winkler)、灰熔聚器。為了使煤粉氣化和氣體冷卻過(guò)程得到有效控(U - Gas)、循環(huán)流化床(CFB)、加壓流化床(PFB是制,并對設備的壓力殼體進(jìn)行有效保護,內件的基PFBC的氣化部分)等爐型。本型式為膜式水冷璧結構。氣化爐、輸氣管、合成循環(huán)流化床氣化爐(CFB)使用水蒸氣和氧氣氣冷卻器外殼直徑及其長(cháng)度尺寸是由氣化空間、輸作氣化劑,氣化比較完全,氣化強度是移動(dòng)床的2氣管內件尺寸、合成氣冷卻器傳熱面積的設置要求倍,爐底排渣中含碳2% ~ 3% ,氣化原料循環(huán)過(guò)程和內件的布置,安裝、維護的需要確定的。內件與中返回氣化爐內的循環(huán)物料是新加入原料的40壓力殼體之間留有750mm的環(huán)形空間以便于氣水倍。CFB 氣化爐基本是常壓操作?；胰劬勖簹饣芫€(xiàn)的進(jìn)出;便于分配器、集氣箱的布置以及內件爐以小于6mm粒徑的干粉煤為原料,用空氣或富的組裝焊接;便于無(wú)損檢測以及對內件進(jìn)行定期維氧、水蒸氣作氣化劑,粉煤和氣化劑從氣化爐底部修。合成氣冷卻器采用性能可靠的恒力吊進(jìn)行浮連續加入,在爐內(1 050~1 100 C)的高溫下進(jìn)行動(dòng)支撐,以適應設備熱膨脹要求?？焖贇饣磻?被粗煤氣夾帶的未完全反應的殘炭表1氣化爐包含設備和飛灰,經(jīng)兩級旋風(fēng)分離器回收,再返回爐內進(jìn)行序號位號設備名稱(chēng).數量/臺(套)氣化,從而提高了碳轉化率,使灰中含碳量降低到V1301氣化段外殼110%以下,排灰系統簡(jiǎn)單。V1302合成氣冷卻器外殼1.3 氣流床氣化爐V1303輸氣管外殼氣流床氣化爐是-種并流式氣化。從原料形V1304渣池態(tài)分有水煤漿、干煤粉2類(lèi), Texaco、多元料漿、殼E1320氣化段中壓蒸發(fā)器牌、科林航天爐、五環(huán)爐等具有代表性。前者是先E1301急冷段中壓蒸發(fā)器將煤粉制成煤漿,用泵送入氣化爐，氣化溫度1 350E1302輸氣段中壓蒸發(fā)器~1 400 C ;后者是氣化劑將煤粉夾帶人氣化爐，在.E1303A- -D合成氣冷卻段中壓蒸發(fā)器41500~1600C高溫下氣化,爐渣經(jīng)水淬以熔渣形A1301A- -D煤燒嘴A1302開(kāi)工燒嘴式排出。煤粉隨氣流的運動(dòng),未反應的氣化劑、熱A1303點(diǎn)火燒嘴解揮發(fā)物及燃燒產(chǎn)物裹夾著(zhù)煤粉高速運動(dòng),運動(dòng)過(guò)輔助設備敲擊器58程中進(jìn)行著(zhù)煤粉顆粒的氣化反應。這種運動(dòng)狀態(tài)，恒力吊24相當于流化技術(shù)領(lǐng)域里對固體顆粒的“氣流輸送",控制系統DCS、ESD2習慣上稱(chēng)為氣流床氣化。表2氣化爐主 要部件使用材料功能段部件名稱(chēng)中國煤化工備注氣化段裙座YHCNMHG1段殼體SA387GR11CL2 + CuRon - 130RGM3.4.5段SA387GR11CL2 + INCOL0Y8251.2段V14012. 4858第3期郭丹殼牌煤氣化爐的設 備特性及技術(shù)管理續表序號功能段位號部件名稱(chēng)材料熱裙2. 485 8擋渣屏1.733 5 + SiC75PE1320反應段膜式壁2急冷段V1301急冷段外殼SA387GR11CL2 + CuRon - 130RGM急冷區.E1301急冷管(中壓蒸發(fā)器)1.733 53輸氣管段V1302輸氣管段外殼7段E1302輸氣管(中壓蒸發(fā)器)1.733 5 + RCAA-22S氣體返回段氣體返回段外殼SA387GR11CL2 + CuRon - 130RCM89段E1303A氣體返回段(中壓蒸發(fā)器)5合成 氣冷卻段合成氣冷卻器10~13段殼體SA387GR11CL2 + 304LE1306中壓蒸汽過(guò)熱器1. 4558E1303B中壓蒸發(fā)器E1303C/D2.2 設備特性(DCS)、緊急停車(chē)系統(ESD)、可編程邏輯控制(1)氣化爐需承受高溫高壓,通過(guò)設備殼體來(lái)承(PLC)實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的集中監控和管理,其無(wú)論從壓、內件來(lái)?yè)Q熱使得氣化爐能夠在4 MPa、1 600 C的規模還是從復雜程度等方面都在國內化工單元裝高溫高壓下運行，為煤炭的轉化提供了良好的工藝置中均為少見(jiàn)。由于控制系統的先進(jìn)性,使得氣化條件。爐運行更加高效和安全。(2)氣化爐運行時(shí),氣化反應段膜式壁固化的(7)氣化爐布置結構復雜,煤氣化框架的高度熔渣層能夠對氣化爐內壁起到保護作用，防止爐壁超過(guò)100 m,為鋼筋混凝土和鋼結構混合結構,其中受到熔渣的侵蝕,達到“以渣抗渣”的效果。熔渣層安裝設備不僅數量多,且質(zhì)量大,與框架的連接形還能夠應對熱負荷的波動(dòng),當氣化爐熱負荷波動(dòng)式復雜。采用有限元模型從結構的動(dòng)力特性、變時(shí),熔渣層會(huì )熔融減薄或冷卻增厚。形、強度、建筑結構氣化爐及地震對框架的影響等(3)氣化爐設備結構復雜，煤氣化關(guān)鍵設備氣進(jìn)行了模擬分析。工廠(chǎng)制造、現場(chǎng)組焊、結構施工化爐、輸氣管和合成氣冷卻器在煤氣化框架上呈和安裝工作量較大?！伴T(mén)字形”連成一-體( 鋼性連接),3臺設備共有2002.3工藝特點(diǎn)多個(gè)管口,設備結構和受力情況復雜,對材料要求(1)干煤粉進(jìn)料,氣化溫度高,煤種適應性廣,高,內件組裝對外殼接管標高及方位要求極為嚴從無(wú)煙煤、煙煤、褐煤到石油焦均可氣化,對煤的灰格,設計、制造、運輸、組裝和吊裝難度都很大。融點(diǎn)范圍比其他氣化工藝更寬。對于高灰分、高含(4)氣化爐煤燒嘴設計采用徑向小角度安裝,使硫量的煤種也同樣適應。煤粉噴人反應器后產(chǎn)生氣流場(chǎng),再加上氣化爐上部的(2)氣化溫度約1 400 ~1 600 C ,碳轉化率高合成氣冷激,為氣化和渣分離提供了良好的工藝達99%以上，產(chǎn)品氣體相對潔凈,不含重烴,甲烷含環(huán)境。量極低,煤氣中有效氣體(CO +H2 )高達90%以上。(5)氣化爐水汽系統的分配裝置保證了合理科(3)氧耗低,與水煤漿氣化相比,氧氣消耗低學(xué)地移走反應熱,使得不同位置熱負荷能夠得到控159中國煤化工的空分裝置投資可減制,既保證氣化所需熱量,又保證不因熱量集聚使少，YHCNM HG得設備超溫和工藝控制無(wú)法進(jìn)行。(4)單爐生產(chǎn)能力大,日處理煤量可達2 000 t(6)氣化爐控制系統復雜,I/0點(diǎn)多達3000多.以上,氣化壓力4.0 MPa,可大大節約裝置建筑、管個(gè),采用串級、前饋、分程、比值調節及順序控制(15道系統等費用。個(gè))和邏輯控制(50多個(gè)),通過(guò)分散型控制系統(5)氣化爐采用水冷壁結構,無(wú)耐火磚襯里,維●32●化肥設計2014年第52卷護量少,運轉周期長(cháng),無(wú)需備爐。架橋或渣收集罐和渣放料罐中橋接。通過(guò)渣的形(6)熱效率高,煤中約83%的熱能轉化為合成態(tài)、渣池水溫和液位、渣水循環(huán)量及補水量、氣化爐氣,約15%的熱能被回收為高壓或中壓蒸汽,總的渣池密封環(huán)差壓等都能對是否有堵渣風(fēng)險進(jìn)行預熱效率為98%左右。判。在運行中,進(jìn)行配煤穩定煤質(zhì)、適宜的氣化操(7)氣化爐高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成玻璃狀作窗口無(wú)疑對減少堵渣起很大作用。要避免渣系顆粒，性質(zhì)穩定,對環(huán)境幾乎沒(méi)有影響。氣化污水中統堵塞,還可在2方面做工作:①從設備結構的改含氰化物少,容易處理,能夠實(shí)現工廠(chǎng)廢水的零排放。進(jìn)及操作模式上做--些探索,即渣屏氣帽上增設噴(8)氣化操作采用先進(jìn)的控制系統,其中包括淋環(huán)式盤(pán)管、出渣口直徑縮小、降低渣屏表面溫度;殼牌公司專(zhuān)有的工藝控制技術(shù),設有先進(jìn)的控制系②控制好氣化爐的操作溫度,基于堵渣是因煤灰黏統和必要的安全聯(lián)鎖系統,使氣化操作更加穩定和溫特性不好這樣一種認識，所以要對人爐煤進(jìn)行分科學(xué)[3]。析,根據人爐煤的灰分特性來(lái)添加石灰石和控制氧煤比,從而通過(guò)爐溫控制,來(lái)實(shí)現水冷壁“以渣抗3殼牌氣化爐常見(jiàn)問(wèn)題應對措施渣”、渣池排渣順暢、氣化爐轉化率高、氣化爐合成(1)氣化爐接人氧氣管線(xiàn)的安全管理要高度重氣的有效氣成分高[6]的特點(diǎn)。視,氣化爐所用氧氣操作壓力為4.52 MPa,此壓力鑒于煤氣化爐在殼牌煤化工裝置中的重要屬較高的氧氣壓力等級。按照燃爆“三要素”的機性,而其結構的復雜性和運行中問(wèn)題的多樣性，還理進(jìn)行分析,氧氣管道材質(zhì)一般是碳素鋼或不銹應從檢測的角度開(kāi)展氣化爐的設備管理?；诟咪?因含碳,屬可燃材料,而且鐵素體燃燒時(shí)放熱量溫、腐蝕、沖刷、疲勞等工況,在開(kāi)車(chē)初期采用目視大,升溫很快。氣化爐用的高純、高壓氧氣,是極強檢驗、壁厚測定、滲透檢測、無(wú)損檢測,并對重要部的氧化劑,危險性非常大。因而應在設計、制造、安位建檔,然后運行一段時(shí)間停車(chē)檢修時(shí)再行檢測。裝、運行等各個(gè)環(huán)節采取必要措施,防止形成激發(fā)根據兩次測量的數據，可以初步得出在現有條件能源，這是氣化爐氧氣管線(xiàn)安全技術(shù)的關(guān)鍵。在設下,材料失效、損傷的速率,預測重要部位的剩余.計階段,要嚴格按規范控制管道的流速、材質(zhì)選擇、運行時(shí)間,為氣化爐的設備管理提供必要的科學(xué)管件選擇、閥門(mén)選用。在制造安裝階段，要嚴格規數據。范焊接、探傷、清潔脫脂等工作。在運行階段,定期4結語(yǔ)維護管線(xiàn)、閥門(mén)]操作需緩慢均壓(4](2)氣化爐合成氣冷卻器積灰堵塞,在運行中本文對殼牌粉煤加壓氣化技術(shù)的核心設備煤導致合成氣冷卻器出口和人口壓差升高、溫度升氣化爐的設 備特性和技術(shù)管理進(jìn)行了分析,希望能高溫差降低,并且工藝操作工況持續劣化無(wú)法逆對同類(lèi)型裝置的建設和運行提供借鑒。作為當前轉,最終被迫停車(chē)。要避免積灰堵塞，需做好兩方世界上先進(jìn)的煤氣化技術(shù)，我們要加強技術(shù)的消化面的工作,一-是運行管理:①作好激冷比的控制，吸收和運行裝置的管理,將技術(shù)優(yōu)勢轉化成生產(chǎn)運100%負荷時(shí)應控制激冷比≥1.1;②做好氧煤比的行優(yōu)勢并且最終轉化成裝置效益優(yōu)勢,從而為煤和控制,根據蒸汽產(chǎn)量、合成氣CO2含量、灰水密度來(lái)煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、為我國能源結構更加合理作出對氧煤比進(jìn)行調節,從而控制反應室溫度適中;③有益的探索。做好敲擊器的運行,調節好敲擊頻率和空氣壓力;參考文獻:④人爐煤的含灰量和灰指標控制,用灰渣相圖指導[1]霍錫臣,蔡文生.各類(lèi)煤氣化爐的特點(diǎn)與適應性分析[J].煤化添加石灰石，控制好Si02/Al2O,Na K等指標,改工,2009,144(5):12-16.善飛灰的黏結性,而配煤是最有效解決合成氣冷卻[2]周留霞. Shell氣化爐的結構特點(diǎn)及操作維修[J].煤化工,2008,137(4):38 -41.器積灰堵塞問(wèn)題的辦法。二是安裝和檢修期間,做[3]宮經(jīng)德.殼牌煤氣化技術(shù)及其工程應用[J].化肥設計.2007 ,45好水汽系統的清潔工作,每次開(kāi)車(chē)前都必須對水汽中國煤化工，冷技術(shù),2009 ,6(6):49 -58. .系統的流速進(jìn)行測試，從而檢測Lamont孔板是否通MHCN M H G妒合成氣冷卻器積灰原因及暢,否則運行中因換熱不暢水冷壁管將損壞,特別應對策略[J].化肥設計,2009 ,47(4):22 -25.是在合成氣冷卻器內的爆管,大量水汽進(jìn)入合成氣[6]程更新. Shell粉煤氣化爐堵渣問(wèn)題探討[J].大氮肥, 2013,36通道空間與灰混合后造成通道堵塞[5]。(2) :85 - 89.(3)氣化爐下渣系統堵塞,大渣塊在渣池底部收稿日期: 2013-09-21