摘要 ：介绍了壳牌煤气化装置的工艺特点，对制约煤气化装置长周期稳定运行因素的问题进行分析，通过对装置进行技术改造和工艺优化，使壳牌气化炉达到长周期稳定运行的目的。

 

引言

大同某60 万t/a 煤制甲醇项目中的气化装置，采用的是干粉加压气流床的壳牌(Shell) 煤气化技术(SCGP) [1]。煤气化装置运行的稳定与否直接会影响到全厂的生产经营状况，自2014年开车运行以来，煤气化装置在生产运行过程中多次出现积灰、堵渣等一系列棘手的问题，严重制约了气化炉的长周期稳定运行，本文针对这一系列问题，通过技术改造和工艺优化，使壳牌气化装置实现长周期稳定运行。

 

1 壳牌煤气化工艺特点

壳牌气化炉按工艺功能可分为6 部分，即气化反应室、激冷段、输气管段、气体返回室(GRC)、合成气冷却器(SGC)、辅助设备。煤粉和氧气通过煤烧嘴进入气化炉反应室在1500℃、4MPa的条件下进行燃烧、反应，生成合成气和熔渣、飞灰。合成气及飞灰从反应室顶部流出，利用来自湿洗单元的“冷态”合成气( 即激冷气) 进入激冷段对刚产生的热合成气进行激冷，将合成气温度降低到900℃左右，随后合成气经输送管、气体返回室、合成气冷却器进一步将温度降低到350℃左右, 从合成气冷却器底部流出。反应室产生的熔渣通过气化炉底部渣口进入渣池，在水浴中急冷并分散成玻璃状的小颗粒，同渣水排出气化炉[2]。

 

2 制约煤气化装置长周期稳定运行因素

制约壳牌煤气化装置长周期稳定运行的因素很多，其中发生事故较多、影响较大的因素是 ：(1) 气化炉渣口严重堵渣，迫使气化炉紧急停车 ；(2) 气化炉合成气冷却器(SGC) 入口积灰严重，导致水冷壁换热效果差 ；(3)SGC 出口温度高，限制了气化炉的运行负荷 ；(4) 水冷壁内侧结垢积灰，造成换热效果差。这些因素，不但会降低了企业的实际经济效益，还会影响到壳牌粉煤气化技术未来的发展和推广[3]。所以，需要采取一定的措施，解决其中的问题。

 

3 技术改造与工艺优化

针对以上影响气化炉长周期稳定运行的因素，我们主要从工艺和设备两方面解决，通过调整煤烧嘴角度、增加压缩机的激冷量、改造SGC 入口反吹结构及增加反吹气流量、调整敲击器敲击方式及频率等手段，降低事故发生的风险。

 

3.1 调整煤烧嘴角度，降低渣口堵渣风险

壳牌煤气化技术采用液态排渣，通过“以渣抗渣”的原理保护设备[4]。在原设计中，气化炉煤烧嘴插入角度为偏离中心4°，四个煤烧嘴分别从四个方向向气化炉反应室喷入粉煤和氧气，通过充分接触燃烧后产生两股旋流，分别为气体旋流和熔渣旋流，两股旋流相互重叠，其中气体旋流向气化炉上部输送产生的气体和灰分，熔渣旋流在重力作用下从气化炉底部渣口流出 ；旋流中心温度较高，即炉温。如果入炉煤的气化温度波动超出气化操作窗口，则增加渣口堵渣风险。因此，将煤烧嘴角度由原来的4°加大到6° [5]。经过改造，改善了反应室炉膛内的流场，提高了渣口上下对流气体流量和烧嘴至渣口处的热量交换，减少了渣口处的热量损失，提高了换热效果和渣口温度，即放宽了气化操作窗口，降低了渣口堵渣的风险。

 

3.2 增加压缩机激冷量，降低SGC入口温度，抑制积灰发生

在壳牌煤气化工艺中，合成气的初步冷却是在激冷段由湿洗单元的“冷态”合成气进入激冷段对刚生产的热合成气(1500℃左右)混合后实现的[6]。激冷气量是由压缩机转速、气化炉压力等因素控制，当气化炉正常运行时，压缩机转速和气化炉压力均达到工艺控制标准，此时限制流量的关键因素是激冷气出口管线的孔板流量计(13FT-0008)。在工艺条件不变的情况下，将孔板流量计拆除后激冷气量提高了8kg/s，满足了SGC入口温度需低于[2/3*FT( 煤的灰熔点温度) ～150℃] 的要求[7]。

 

3.3 改造SGC入口吹灰器结构及增加反吹气流量，降低十字吊架积灰风险

SGC 由换热盘管组成，在换热盘管的较上部经常发生积灰堵塞的现象。飞灰主要容易在SGC 十字吊架托盘、SGC 十字吊架下部盘管和十字吊架下部托盘这3 个区域沉积。

 

针对SGC 入口的积灰情况，将原设计的水冷吹灰器，改造成管式吹灰器。原有的吹灰器在十字吊架上部的吹扫范围是180°，而改造后的吹灰器在盖板顶部增加中央吹灰器，通过十字吊架吹灰器将氮气引到盖板顶部，对盖板顶部进行吹扫，将吹扫范围扩大了到360°，降低了盖板顶部积灰的概率。 吹扫时增加吹扫气量也能够显著改善十字吊架处积灰现象的发生[8]。将原有的吹扫程序时间间隔由原来的15min 改为30min，且每次吹扫时间由原来的10s改为20s，明显加强了吹扫效果 ；其次，将吹扫管线上的限流孔板13RO-0032 的孔径由原设计26.9mm扩大到34mm，增大了瞬间的反吹气流量，极大的增强了反吹效果。

 

3.4 更改敲击器敲击方式及敲击频率，改善水冷壁换热效果

敲击器是SGC 的重要设备之一，主要目的是通过机械敲击振打将SGC 段水冷壁上飞灰敲击下来，保持气化炉内件水冷壁清洁[9]，从而保证足够的换热效率。

 

随着气化炉运行时间的增加，水冷壁上的结垢积灰情况也在不断的恶化[10]，因此将敲击器频率由原来的1 次改为3 次，敲击方式由较初的74 个敲击器逐一敲击的方式改为分成4 组并分别进行敲击的方式。通过改造，气化炉内件水冷壁上的结垢速度降低，换热效率提高，副产蒸汽增多，SGC 出口温度降低，有效地保障了下游工艺操作。

 

4 结语

(1) 改变煤烧嘴角度，改善了气化炉内的热量分布，尤其是减少了烧嘴至渣口处的热量损失，有效的防止了堵渣现象的发生 ；(2) 在原有设计基础上，取消激冷气管线上的孔板，使激冷气量增加了8kg/s，显著增加了激冷比，控制了SGC 入口温度 ；(3) 改进十字吊架处吹灰器结构，使吹扫角度由180°改为360°，实现全方位吹扫无死角，托盘位置实现“零”积灰。 通过扩大反吹管线孔板的孔径，增大吹扫气量，极大改观了吹扫效果，减小了积灰概率 ；(4) 通过改变敲击器敲击频率和敲击方式，加大敲击器敲击力度，有效的去除水冷壁上的结垢积灰，改善换热效果，降低了SGC 出口合成气温度。通过技术改造和工艺优化，大大降低了壳牌气化炉出现事故的风险，有效地保障了整个气化装置长周期稳定运行。