壳牌煤气化炉的设备特性及技术管理

第52卷第3期化肥设计June 20142014年6月Chemical Fertilizer Design生产技术壳牌煤气化炉的设备特性及技术管理郭丹(贵州天福化工有限责任公司,贵州福泉550501 )摘要:简述了煤化工常用气化炉的分类及特点;介绍了壳牌气化炉的主要设备和材料;分析了壳牌气化炉的工艺及设备特点及其技术管理要点;提出了壳牌气化炉常见问题的解决方案。关键词:煤气化炉;壳牌气化炉;设备特性;技术管理doi : l0.3969/j. issn. 1004 - 8901. 2014. 03. 009中图分类号: TQ545文献标识码:B文章编号: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煤气化是煤炭清洁高效利用和煤化工的起低污染的煤气化工艺(技术)是发展煤化工的重要点,也是煤炭清洁高效综合利用最重要的单元技前提,其中气化炉便是工艺的核心，可以说气化工术,而整个单元又以煤气化炉为核心设备。煤制.艺的发展是随着气化炉的发展而发展的,为了提合成氨、煤制甲醇煤制油、煤制烯烃、煤制天然气高煤气化的气化率和气化炉气化强度,改善环境，等现代煤化工技术和IGCC技术都是以煤气化为新一代煤气化技术的开发总的方向:①气化压力核心单元,以气化炉为中心。随着世界能源格局由常压向中高压(8.5MPa)发展;②气化温度向高的变化,以及现代煤气化技术的发展,大规模煤气温(1 500~1 600 C)发展;③气化原料向多样化发化技术作为一种高效、洁净的煤转化技术日益受展;④固态排渣向液态排渣发展。当前煤气化炉主到重视，广泛用于合成化学品和制气等众多领域。要有3种类型:固定床、流化床、气流床。煤气化炉的设计、制造、安装、运行管理对煤气化1.1 固定床气化炉项目的成败起着至关重要的作用。在对常用煤气固定床气化也称移动床气化。固定床一般以化炉型进行介绍的基础上,笔者着重对当前技术块煤或焦煤为原料。煤由气化炉顶加人,气化剂由先进的气流床壳牌煤气化炉的设备特性和技术管炉底加入。流动气体的上升力不致使固体颗粒的理进行分析。相对位置发生变化,即固体颗粒处于相对固定状中国煤化工变,因而称为固定床气1煤气化炉分类化。:fYHCNM H G于煤从炉顶加人,含有煤气化炉的分类"，也是煤炭气化技术的分残炭的炉渣自炉底排出，气化过程中，煤粒在气化类,一般按气化炉的化学工程特征和反应器形式炉内缓慢往下移动,因而又称为移动床气化。进行分类。气化炉的形式在很大程度上影响煤炭作者简介:郭丹(1973年- ) ,男,贵州金沙人,1995年毕业于贵州工的转化效率和产品的制造成本，采用高效、低耗、业大学,工程师,现从事煤化工企业的经营发展等管理工作。.30●化肥设计2014年第52卷固定床气化的特性是简单、可靠。固定床气化2壳牌气化炉结构特性及 工艺特点炉常见有间歇式气化炉( UGI)和连续式气化(鲁奇Lurgi)炉2种。闪歇式气炉用于生产合成气时采用2.1结构和材料无烟煤或焦炭为原料,以降低合成气中甲烷含量,气化关键设备由气化炉、输气管和合成气冷却由于能耗和排放指标等因素,此类炉型逐步淘汰;器组成12。主要包括99台(套)设备。气化炉包含固定床连续式气化炉,20世纪80年代鲁奇公司和设备见表1,气化炉主要部件使用材料见表2。气化英国煤气公司对其改进开发了液体排渣气化炉炉总体结构由外壳和内件构成。外壳承受静压力，(BGL),该炉型特点是气化温度较高,灰渣成熔融内件形成气化空间、炉渣收集空间、气体输送通道态排出,合成气质量较好,能形成多种中间产品,目和保护屏,并在合成气冷却器部分的圆筒保护屏内前以褐煤为原料的装置较多采用此种炉型。设置必需的传热面。其中在气化炉内设有气化空1.2 流化床气化炉间、渣池和激冷段;合成气冷却器内设有2段蒸发流化床气化炉常见有温克勒( Winkler)、灰熔聚器。为了使煤粉气化和气体冷却过程得到有效控(U - Gas)、循环流化床(CFB)、加压流化床(PFB是制,并对设备的压力壳体进行有效保护,内件的基PFBC的气化部分)等炉型。本型式为膜式水冷璧结构。气化炉、输气管、合成循环流化床气化炉(CFB)使用水蒸气和氧气气冷却器外壳直径及其长度尺寸是由气化空间、输作气化剂,气化比较完全,气化强度是移动床的2气管内件尺寸、合成气冷却器传热面积的设置要求倍,炉底排渣中含碳2% ~ 3% ,气化原料循环过程和内件的布置,安装、维护的需要确定的。内件与中返回气化炉内的循环物料是新加入原料的40压力壳体之间留有750mm的环形空间以便于气水倍。CFB 气化炉基本是常压操作。灰熔聚煤气化管线的进出;便于分配器、集气箱的布置以及内件炉以小于6mm粒径的干粉煤为原料,用空气或富的组装焊接;便于无损检测以及对内件进行定期维氧、水蒸气作气化剂,粉煤和气化剂从气化炉底部修。合成气冷却器采用性能可靠的恒力吊进行浮连续加入,在炉内(1 050~1 100 C)的高温下进行动支撑,以适应设备热膨胀要求。快速气化反应,被粗煤气夹带的未完全反应的残炭表1气化炉包含设备和飞灰,经两级旋风分离器回收,再返回炉内进行序号位号设备名称.数量/台(套)气化,从而提高了碳转化率,使灰中含碳量降低到V1301气化段外壳110%以下,排灰系统简单。V1302合成气冷却器外壳1.3 气流床气化炉V1303输气管外壳气流床气化炉是-种并流式气化。从原料形V1304渣池态分有水煤浆、干煤粉2类, Texaco、多元料浆、壳E1320气化段中压蒸发器牌、科林航天炉、五环炉等具有代表性。前者是先E1301急冷段中压蒸发器将煤粉制成煤浆,用泵送入气化炉，气化温度1 350E1302输气段中压蒸发器~1 400 C ;后者是气化剂将煤粉夹带人气化炉，在.E1303A- -D合成气冷却段中压蒸发器41500~1600C高温下气化,炉渣经水淬以熔渣形A1301A- -D煤烧嘴A1302开工烧嘴式排出。煤粉随气流的运动,未反应的气化剂、热A1303点火烧嘴解挥发物及燃烧产物裹夹着煤粉高速运动,运动过辅助设备敲击器58程中进行着煤粉颗粒的气化反应。这种运动状态，恒力吊24相当于流化技术领域里对固体颗粒的“气流输送",控制系统DCS、ESD2习惯上称为气流床气化。表2气化炉主 要部件使用材料功能段部件名称中国煤化工备注气化段裙座YHCNMHG1段壳体SA387GR11CL2 + CuRon - 130RGM3.4.5段SA387GR11CL2 + INCOL0Y8251.2段V14012. 4858第3期郭丹壳牌煤气化炉的设 备特性及技术管理续表序号功能段位号部件名称材料热裙2. 485 8挡渣屏1.733 5 + SiC75PE1320反应段膜式壁2急冷段V1301急冷段外壳SA387GR11CL2 + CuRon - 130RGM急冷区.E1301急冷管(中压蒸发器)1.733 53输气管段V1302输气管段外壳7段E1302输气管(中压蒸发器)1.733 5 + RCAA-22S气体返回段气体返回段外壳SA387GR11CL2 + CuRon - 130RCM89段E1303A气体返回段(中压蒸发器)5合成 气冷却段合成气冷却器10~13段壳体SA387GR11CL2 + 304LE1306中压蒸汽过热器1. 4558E1303B中压蒸发器E1303C/D2.2 设备特性(DCS)、紧急停车系统(ESD)、可编程逻辑控制(1)气化炉需承受高温高压,通过设备壳体来承(PLC)实现生产过程的集中监控和管理,其无论从压、内件来换热使得气化炉能够在4 MPa、1 600 C的规模还是从复杂程度等方面都在国内化工单元装高温高压下运行，为煤炭的转化提供了良好的工艺置中均为少见。由于控制系统的先进性,使得气化条件。炉运行更加高效和安全。(2)气化炉运行时,气化反应段膜式壁固化的(7)气化炉布置结构复杂,煤气化框架的高度熔渣层能够对气化炉内壁起到保护作用，防止炉壁超过100 m,为钢筋混凝土和钢结构混合结构,其中受到熔渣的侵蚀,达到“以渣抗渣”的效果。熔渣层安装设备不仅数量多,且质量大,与框架的连接形还能够应对热负荷的波动,当气化炉热负荷波动式复杂。采用有限元模型从结构的动力特性、变时,熔渣层会熔融减薄或冷却增厚。形、强度、建筑结构气化炉及地震对框架的影响等(3)气化炉设备结构复杂，煤气化关键设备气进行了模拟分析。工厂制造、现场组焊、结构施工化炉、输气管和合成气冷却器在煤气化框架上呈和安装工作量较大。“门字形”连成一-体( 钢性连接),3台设备共有2002.3工艺特点多个管口,设备结构和受力情况复杂,对材料要求(1)干煤粉进料,气化温度高,煤种适应性广,高,内件组装对外壳接管标高及方位要求极为严从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦均可气化,对煤的灰格,设计、制造、运输、组装和吊装难度都很大。融点范围比其他气化工艺更宽。对于高灰分、高含(4)气化炉煤烧嘴设计采用径向小角度安装,使硫量的煤种也同样适应。煤粉喷人反应器后产生气流场,再加上气化炉上部的(2)气化温度约1 400 ~1 600 C ,碳转化率高合成气冷激,为气化和渣分离提供了良好的工艺达99%以上，产品气体相对洁净,不含重烃,甲烷含环境。量极低,煤气中有效气体(CO +H2 )高达90%以上。(5)气化炉水汽系统的分配装置保证了合理科(3)氧耗低,与水煤浆气化相比,氧气消耗低学地移走反应热,使得不同位置热负荷能够得到控159中国煤化工的空分装置投资可减制,既保证气化所需热量,又保证不因热量集聚使少，YHCNM HG得设备超温和工艺控制无法进行。(4)单炉生产能力大,日处理煤量可达2 000 t(6)气化炉控制系统复杂,I/0点多达3000多.以上,气化压力4.0 MPa,可大大节约装置建筑、管个,采用串级、前馈、分程、比值调节及顺序控制(15道系统等费用。个)和逻辑控制(50多个),通过分散型控制系统(5)气化炉采用水冷壁结构,无耐火砖衬里,维●32●化肥设计2014年第52卷护量少,运转周期长,无需备炉。架桥或渣收集罐和渣放料罐中桥接。通过渣的形(6)热效率高,煤中约83%的热能转化为合成态、渣池水温和液位、渣水循环量及补水量、气化炉气,约15%的热能被回收为高压或中压蒸汽,总的渣池密封环差压等都能对是否有堵渣风险进行预热效率为98%左右。判。在运行中,进行配煤稳定煤质、适宜的气化操(7)气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状作窗口无疑对减少堵渣起很大作用。要避免渣系颗粒，性质稳定,对环境几乎没有影响。气化污水中统堵塞,还可在2方面做工作:①从设备结构的改含氰化物少,容易处理,能够实现工厂废水的零排放。进及操作模式上做--些探索,即渣屏气帽上增设喷(8)气化操作采用先进的控制系统,其中包括淋环式盘管、出渣口直径缩小、降低渣屏表面温度;壳牌公司专有的工艺控制技术,设有先进的控制系②控制好气化炉的操作温度,基于堵渣是因煤灰黏统和必要的安全联锁系统,使气化操作更加稳定和温特性不好这样一种认识，所以要对人炉煤进行分科学[3]。析,根据人炉煤的灰分特性来添加石灰石和控制氧煤比,从而通过炉温控制,来实现水冷壁“以渣抗3壳牌气化炉常见问题应对措施渣”、渣池排渣顺畅、气化炉转化率高、气化炉合成(1)气化炉接人氧气管线的安全管理要高度重气的有效气成分高[6]的特点。视,气化炉所用氧气操作压力为4.52 MPa,此压力鉴于煤气化炉在壳牌煤化工装置中的重要属较高的氧气压力等级。按照燃爆“三要素”的机性,而其结构的复杂性和运行中问题的多样性，还理进行分析,氧气管道材质一般是碳素钢或不锈应从检测的角度开展气化炉的设备管理。基于高钢,因含碳,属可燃材料,而且铁素体燃烧时放热量温、腐蚀、冲刷、疲劳等工况,在开车初期采用目视大,升温很快。气化炉用的高纯、高压氧气,是极强检验、壁厚测定、渗透检测、无损检测,并对重要部的氧化剂,危险性非常大。因而应在设计、制造、安位建档,然后运行一段时间停车检修时再行检测。装、运行等各个环节采取必要措施,防止形成激发根据两次测量的数据，可以初步得出在现有条件能源，这是气化炉氧气管线安全技术的关键。在设下,材料失效、损伤的速率,预测重要部位的剩余.计阶段,要严格按规范控制管道的流速、材质选择、运行时间,为气化炉的设备管理提供必要的科学管件选择、阀门选用。在制造安装阶段，要严格规数据。范焊接、探伤、清洁脱脂等工作。在运行阶段,定期4结语维护管线、阀门]操作需缓慢均压(4](2)气化炉合成气冷却器积灰堵塞,在运行中本文对壳牌粉煤加压气化技术的核心设备煤导致合成气冷却器出口和人口压差升高、温度升气化炉的设 备特性和技术管理进行了分析,希望能高温差降低,并且工艺操作工况持续劣化无法逆对同类型装置的建设和运行提供借鉴。作为当前转,最终被迫停车。要避免积灰堵塞，需做好两方世界上先进的煤气化技术，我们要加强技术的消化面的工作,一-是运行管理:①作好激冷比的控制，吸收和运行装置的管理,将技术优势转化成生产运100%负荷时应控制激冷比≥1.1;②做好氧煤比的行优势并且最终转化成装置效益优势,从而为煤和控制,根据蒸汽产量、合成气CO2含量、灰水密度来煤化工产业的发展、为我国能源结构更加合理作出对氧煤比进行调节,从而控制反应室温度适中;③有益的探索。做好敲击器的运行,调节好敲击频率和空气压力;参考文献:④人炉煤的含灰量和灰指标控制,用灰渣相图指导[1]霍锡臣,蔡文生.各类煤气化炉的特点与适应性分析[J].煤化添加石灰石，控制好Si02/Al2O,Na K等指标,改工,2009,144(5):12-16.善飞灰的黏结性,而配煤是最有效解决合成气冷却[2]周留霞. Shell气化炉的结构特点及操作维修[J].煤化工,2008,137(4):38 -41.器积灰堵塞问题的办法。二是安装和检修期间,做[3]宫经德.壳牌煤气化技术及其工程应用[J].化肥设计.2007 ,45好水汽系统的清洁工作,每次开车前都必须对水汽中国煤化工，冷技术,2009 ,6(6):49 -58. .系统的流速进行测试，从而检测Lamont孔板是否通MHCN M H G妒合成气冷却器积灰原因及畅,否则运行中因换热不畅水冷壁管将损坏,特别应对策略[J].化肥设计,2009 ,47(4):22 -25.是在合成气冷却器内的爆管,大量水汽进入合成气[6]程更新. Shell粉煤气化炉堵渣问题探讨[J].大氮肥, 2013,36通道空间与灰混合后造成通道堵塞[5]。(2) :85 - 89.(3)气化炉下渣系统堵塞,大渣块在渣池底部收稿日期: 2013-09-21