壳牌粉煤加压气化装置运行中出现的问题及应对措施

闵文伟

（天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452）

天津渤化永利化工股份有限公司有日处理煤量2000t壳牌粉煤加压气化装置两套，配套30万t合成氨、50万t甲醇和4.6亿标m3的制气装置，项目自2007年5月份开工建设，2010年8月和10月两台炉相继一次开车成功，从开车到稳定运行，工程技术人员花了大量的时间进行技术攻关，先后对工艺操作、工艺流程再造、设备改造、仪表电气优化等方面进行大胆创新，收到了较好效果，为长周期高负荷稳定运行打下了坚实基础，下面就运行过程中出现的问题及应对措施与大家进行探讨和学习。

1 流程介绍

壳牌煤气化技术采用干粉煤加压气化，是当今清洁利用煤炭资源的国际先进技术之一［1］。干煤粉多烧嘴进料，高温高压气化，废热锅炉冷却，具有调节能力强、碳转化率高，氧耗低，冷煤气效率和热效率高，煤气有效气CO+H2含量高，含尘量低，烧嘴寿命长，气化炉内无耐火砖衬里和转动部件，维护量少，连续运转周期长，无需备炉，单炉生产能力大，煤种适应性广，环境友好等特点。壳牌加压粉煤气化装置主要由煤粉制备、煤粉加压输送、加压气化、渣水脱除、干法除灰、湿法除灰、初步水处理和公用工程共8个单元组成。

2 运行中出现的问题

2.1 壳牌煤气化因其采用粉煤为原料，对煤种的使用性比较广，不同的厂家，因设计煤种不同，气化装置的设计不尽相同，开车初期由于对壳牌工艺了解不深，对煤质控制不严，多次因煤质波动造成气化炉堵渣或气化炉过烧，水冷壁浇注料严重脱落等问题。

2.2 螺旋输送给料机是煤粉制备单元中的关键设备，主要将煤粉袋式过滤器收集下来的煤粉经过螺旋输送给料机输送到下游或是分配到煤粉加压输送的另一个系列，在开车过程中多次出现螺旋输送给料机故障，造成气化炉减负荷的事故。

2.3 开工烧嘴是壳牌煤气化装置的关键设备，运行的好坏直接关系到开车的进程，也是壳牌关键设备中操作最困难，技术要求最高的设备，各厂家在这个设备的操作中都出现大大小小的困难，点火过程中经常出现烧毁，延长开车时间的问题。

2.4 气化炉实际运行负荷达不到设计值，即使短时间达到100%负荷，13TI0019温度超过750℃，合成气冷却器很快就会出现积灰问题，不能达到长周期运行要求[2]。

2.5 捞渣机是渣水脱除单元中关键设备，在原始开车过程中，经常出现渣捞不走，减速机超负荷运行，运行振动大，频繁故障无法运行的问题。

3 原因分析及应对措施

3.1 壳牌煤气化技术煤种适应性强存在认识上误区，适应性强指的是壳牌煤气化对煤种的要求不高，从无烟煤到褐煤都可以采用煤气化粉煤加压技术，但一旦设计煤种确定后，气化炉设计就定型了，实际生产的煤种也就只局限在设计煤种上下2%～3%的波动，同时对煤质的稳定性要求十分苛刻，波动范围窄，炉温控制要求精准［3］。

原因分析：首先，壳牌粉煤加压气化技术工艺包设计关键设计依据是设计煤种，一旦煤种确定，整个工艺各单元系统都是根据煤种的灰分、热值、挥发分、水分等关键指标设计磨煤输送能力，渣、灰处理能力，如实际生产过程中所用煤种与设计煤种有较大差别，特别是灰分指标超设计值较多，就会出现气化炉负荷达不到设计值，而渣灰处理能力已超设计值。其次，对煤质管理的不重视，认为壳牌煤气化炉与锅炉类似，把原料煤当燃料煤，灰熔点高了，认为多加石灰石就可以调整过来，忽视了煤质的不均匀性和石灰石添加系统的不稳定性，因煤质的不稳定，炉温波动大，靠人为调整氧煤比来维持炉温恒定，几乎做不到，气化炉水冷壁不是过烧就是渣口堵渣，很难使气化炉稳定运行，抓好煤质管理是气化炉稳定运行的前提。最后，炉温的控制不能单单靠13FI0047来控制，应参考其它参数共同判断炉温变化，做到早判断，早调整，发现异常及时调整。13FI0047是反映小室蒸汽产量的计量点，也是炉温高低最直接的控制点，13FI0047的控制也不是一成不变的，与煤种，与水冷壁浇注料厚度、下游中压蒸汽管网压力波动等因素息息相关，如果炉温的控制单凭这一个点，就容易出现炉温控制不是过高就是过低的情况，严重时直接导致停车［4］。

处理措施：首先，在实际生产过程中，要严格控制入炉煤的煤质和均一性，煤质控制主要抓住与设计煤种的统一，严格控制原料煤的水分、挥发分、灰熔点、热值、灰分，越接近或优于设计煤种为宜，水分和挥发分主要考虑磨煤干燥能力和磨煤布袋的安全性，灰分和热值主要考虑渣、灰系统的处理能力和经济性，灰熔点主要考虑炉温控制要温。一般情况下，原煤控制值水分不超过12%，挥发分不超过28%，灰熔点在1400-1450℃，热值大于2.39±107J/kg，灰分在12%～16%为宜。其次，在均一性上，要求对原煤进行四点控制法，从矿点、入库、混配、入炉进行多点控制，每步都严格把关，每堆煤进行多点取样，一般一个混样，三个分样，以检验原煤或混配后的均一性，要求灰熔点相差不超过50℃，灰分不超过2%p[5]。最后，在炉温的控制上可以参考甲烷含量、二氧化碳含量、急冷段水汽密度、渣水密度、小室蒸汽产量、渣的型态、灰渣残炭多参数来判断炉温的变化趋势，特别是水淬渣中小细渣、针形渣、玻璃渣各自占的比例来判断炉温的高低，要求多取渣，多看渣，每两小时取一次渣，遇到氧煤比调整较多和负荷调整较大时，更是如此，通过这种日积月累，找出适合自己煤种的负荷与13FI0047的对应关系。

3.2 螺旋输送给料机技术要求较高，设备选型上较困难，实际运行达不到要求，同时在设备配置上不合理，可以取消部分设备。

原因分析：螺旋输送给料机在设备配置上共8台，分别为X1102A/B/C/D四台，X1104A/B两台，X1205A/B两台，原设计考虑输送煤粉容易造成轴承进粉损坏的特殊性，要求给料机为通轴设计，约10m的铰刀中间不允许有支撑轴瓦，支撑全部靠两端的轴承座支撑，实际运行中长轴有一定的挠度，经常出现两端轴承进煤粉磨损严重，造成故障。同时在设备配置上，我们发现X1102A/C和X1205A/B与V1201上下落差较大，不需要传动设备就自己自流下粉[6]。

处理措施：针对长轴较大这一固有缺点，通过设备改造，将长轴增加中间支撑轴瓦，以3m左右为长度单位，进行增设，减少因轴挠度大对轴承的影响，同时定期对轴承进行加油，达到了较好效果，故障率大大降低，更换时间大大缩短。经过对落差和下煤自流角度的计算，取消了X1102A/C和X1205A/B，由原设计的8台设备，缩减到4台设备，从实际运行情况看，煤粉自流顺畅，也没用出现管线堵粉的问题，从根本上解决了设备故障对生产的影响[7]。

3.3 开工烧嘴对氧油比、通道的洁净度、铜头的预紧力、柴油背压及柴油的控制系统要求非常严格，在开车过程中有一个环节出问题，都有可能造成铜头和或冷却水夹套烧毁，延缓开车进度。

原因分析：开工烧嘴原始设计中柴油和氧气在烧嘴头部，也就是铜头部位进行混合，喷出头部后，在点火烧嘴引燃的条件下，点火烧嘴才能点着，点火过程中先进柴油，后进氧，柴油一般先给个预开度，柴油稳定后，在进氧，在进氧过程中如果出现氧压和流量波动，氧煤比波动大，轻则燃烧不好，火焰强度差，重则直接烧毁铜头和水夹套，即使通过模拟试车，用氮气代替氧气模拟整个开车过程，也时常出现烧毁的问题，设计不合理是其主要问题。

处理措施：西安航天［8］针对开工烧嘴容易烧毁的问题，利用设计院自身优势，结合点火、燃烧的原理，从设计上改变了柴油和氧气在头部混合容易烧毁的缺陷，研发了点火开工一体化烧嘴，柴油和氧气分别走两个通道，在头部外混合，另外利用节流膨胀原理使头部在介质流过后能自然冷却，达到自保护的作用，另外在对氧油比的控制上，波动范围也大大变宽，柴油压力、流量波动能力也增强，开工的成功率几乎百分之百。

3.4 循环气压缩机是壳牌煤气化装置核心设备之一，打气量的不足是造成气化炉不能高负荷运行的主要原因。

原因分析：循环气压缩机的打气量直接关系到气化炉负荷率，在原始设计中，气化炉激冷比设计为1.0～1.1，激冷后的温度为900℃，13TI0019温度为2/3FT-150℃，保守约750℃，但各厂家使用煤种不同，温度控制也不多尽相同，通过运行激冷比在1.25以上，19温度控制在700以下是比较符合长周期稳定运行实际要求的，在现有设备基础上怎样增加大气量对负荷提升尤为重要。

处理措施：K1301循环气压缩机原始设计打气量为193572kg/h，机组在设计之初电机富裕量较大，只通过对叶轮的改造，使打气量提升到241965kg/h（提高25%），负荷也从80%提升到92%，为了使负荷进一步提升，通过增加支撑瓦接触面积，电机和变频器扩容，使打气量提高到275000kg/h（又提高15%），使负荷具备了105%的能力[9]。

3.5 捞渣机溢流堰设计不合理，张紧装置设计不合理。

原因分析：刮板捞渣机主要用于从液体与固体混合物中将符合一定粒度的固体物质分离出来。刮板捞渣机由前后箱体组成，前箱体盛渣，通过溢流堰将清液溢流到后箱体，在经过初步水处理系统处理后回用，原捞渣机溢流堰设计较高，捞渣机在捞渣过程中，液位控制较高，刮板经过前箱体的上箱体时，只有少部分渣捞走，经过几轮下渣后，渣堆积在上箱体的爬坡段，越积越多，最后造成堵渣，减速机超负荷跳车，溢流堰高造成液位高，捞渣效率低。捞渣机在原设计中张紧装置在机头，捞渣机的链条经过一段时间运行后，链条有拉长的现象，为避免上下刮板相互剐蹭，几乎每个月都要对链条进行截断调整，每次调整都要对减速机进行相应调整。

处理措施：针对溢流堰设计不合理的问题，将溢流堰往下调整，溢流堰的上堰略高于前箱体底部导向辊100mm左右，使捞渣时液位降低，提高捞渣效率，在一个下渣周期内保证渣能拉走，同时在溢流堰门洞内增加过滤网，防止大渣块溢流过去影响渣水泵的运行。针对张紧装置不合理的问题，将张紧装置改为机尾张紧，通过增加改向棍、弹簧和丝杆，调整链条的预紧力，免除了频繁截短链条和调整减速机的工作，使捞渣机稳定运行周期大大加强。

4 结束语

针对壳牌粉煤加压气化装置开车后陆续暴露出的问题，在对产生这些问题的原因进行认真分析的基础上，提出了相应的解决办法并实施改造，达到了长周期高负荷稳定运行目的。

［1］唐宏青.Shell煤气化工艺的评述和改进意见[A].煤化工，2005：06.

［2］吴枫，阎承信.关于Shell气化法原料用煤的探讨[J].大氮肥，2002：05.

［3］任晓旺.壳牌煤气化装置的生产运行与技改措施[J].化肥设计,2011：01.

［4］陆文学,徐美同.壳牌（shell）煤粉加压气化技术[J].燃料与化工,2003：05.

［5］张彦民,候刘涛.壳牌气化炉垮渣事故的原因及处理[J].化肥设计,2010：03.

［6］张冬梅.Shell气化炉中大块渣形成机理及析铁过程研究[D].安徽理工大学,2012.

［7］刘泽,唐煜.捞渣机故障分析及技术改造[A].化学工程师,2012：04.

［8］曾小毛,陈利.开工烧嘴检修要点及改进方法[J].大氮肥,2011,（34）：3.

［9］苏莹莹.shell煤气化捞渣机故障分析及解决措施[B].化工设计通讯,2015,（41）：1.