付曉峰

（中國神華鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017209）

延長殼牌氣化爐煤燒嘴使用壽命的做法探討

付曉峰

（中國神華鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017209）

殼牌煤氣化技術(shù)在結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定、安全、環(huán)保等諸多方面的優(yōu)勢，使其在中國的應(yīng)用范圍很廣。結(jié)合近年來神華殼牌煤氣化裝置的改進，敘述了殼牌煤氣化技術(shù)的應(yīng)用，煤燒嘴運行的現(xiàn)狀，并著重分析了煤燒嘴對氣化爐長周期運行的影響以及相應(yīng)的對策。

殼牌煤氣化；煤燒嘴；分析；對策

Abstract：Shell coal gasification technology in the structure，stability，safety，environmental protection and many other advantages，so that its wide range of applications in China.Based on the improvement of Shenhua Shell coal gasification equipment in recent years，the application of Shell coal gasification technology and the status of coal burner operation are described.The influence of coal burner on the long cycle operation of gasifier and the corresponding countermeasures are analyzed emphatically.

Key words：Shell coal gasification；coal burner；analysis；countermeasure

隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，大量不可再生能源的使用成為環(huán)境污染的最大源頭，尋找潔凈的能源轉(zhuǎn)化利用迫在眉睫。正是在這種情況下，潔凈煤技術(shù)應(yīng)運而生。據(jù)統(tǒng)計，在中國上馬煤化工項目的就有中國神華、中石化、中石油、中原化工、大連化工、柳州化工等大型企業(yè)。殼牌煤氣化技術(shù)憑借著煤種適用范圍廣、氣化效率高、環(huán)保指數(shù)高等特點在中國得到廣泛應(yīng)用。其中神華鄂爾多斯煤制油分公司使用的殼牌煤氣化裝置在同行業(yè)中運行時間最長，運行負(fù)荷最高，運行效果最好。本文結(jié)合該裝置在長期運行過程中的問題，對如何提高煤燒嘴的使用壽命進行討論。

1 神華煤直接液化項目概況

神華煤直接液化項目是國家十五重點工程項目之一，是涉及國家能源戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略的潔凈煤產(chǎn)業(yè)化示范性工程。該項目共分兩期進行建設(shè)，先期工程已經(jīng)建成投產(chǎn)，并運行穩(wěn)定，年產(chǎn)各種油品100余萬t。目前，二三期項目正在有序推進中。

2 煤氣化裝置的介紹

煤氣化裝置是煤直接液化項目的核心裝置，采用的是從荷蘭皇家殼牌石油公司引進的干煤粉加壓煤氣化工藝。該工藝是目前世界上最先進、最典型的第二代煤化工工藝之一。按照進料方式，殼牌煤氣化屬于氣流床氣化。由高壓氮氣輸送的煤粉與氧氣并流進入氣化爐內(nèi)，在極為短暫的時間內(nèi)完成升溫、揮發(fā)分脫出、裂解、燃燒及轉(zhuǎn)化等一系列物理和化學(xué)過程。煤氣化爐爐壁冷卻采用水冷膜式壁結(jié)構(gòu)，并采用掛渣措施保護氣化爐爐壁。

3 煤燒嘴的介紹

煤燒嘴是殼牌氣化爐的重點配套設(shè)備，其長周期的穩(wěn)定運行對氣化爐來說至關(guān)重要。殼牌氣化爐采用四個燒嘴成雙對稱布置的結(jié)構(gòu)，并設(shè)有一定的旋向角度。這種對稱式多燒嘴，混合效果好，轉(zhuǎn)化率高。

氣化爐煤燒嘴的投用、運行、控制以及聯(lián)鎖系統(tǒng)等都非常安全可靠。煤燒嘴的投用及停用均由相關(guān)順控全自動控制。煤燒嘴的煤粉流量是由氧氣負(fù)荷控制的，所以氣化爐爐溫的控制只需調(diào)節(jié)煤燒嘴氧煤比就可以達到目的，調(diào)節(jié)相當(dāng)方便。在安全聯(lián)鎖方面，設(shè)置了一個氣化裝置緊急停車聯(lián)鎖，即煤燒嘴冷卻水流量低。同時每個燒嘴還有9個單燒嘴跳車聯(lián)鎖，其中包括煤粉的速度、密度低，氧氣的流量高、低，氧煤比的高高、低低等，可以全面的保護煤燒嘴的安全。

4 煤燒嘴的運行現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，煤燒嘴的運行相對穩(wěn)定，但是也有單燒嘴跳車的情況發(fā)生。根據(jù)統(tǒng)計在2017年1月至4月期間，單燒嘴跳車次數(shù)就有12次。分析原因多數(shù)是由于煤粉夾帶異物或輸送煤粉系統(tǒng)設(shè)備故障，導(dǎo)致煤粉線不穩(wěn)定觸發(fā)氧煤比高高聯(lián)鎖跳車。這種情況的發(fā)生，對氣化爐的影響是很大的，因此要盡力避免這種情況的發(fā)生。所以在生產(chǎn)運行中，若單煤線出現(xiàn)異常需及時拆檢單煤線，如果對應(yīng)的錐部有異物卡塞，需停運相對的兩個煤燒嘴，及時拆檢處理，盡快恢復(fù)正常運行。

5 制約煤燒嘴長周期運行的因素分析

5.1 煤燒嘴盡量避免偏燒

根據(jù)實際情況，如單個或者兩個煤燒嘴跳車，磨煤機的損壞，煤粉輸送單元閥門、儀表故障或其他不可預(yù)知的因素，需要長時間停用一個或者兩個煤燒嘴。這樣會影響氣化爐內(nèi)部熱量的分布。直接顯示的影響就有蒸汽產(chǎn)量的變化，汽包液位的變化，過熱蒸汽溫度的波動以及氣化爐內(nèi)煤流的不平衡等。同時也有極大可能損壞煤燒嘴本體以及燒嘴罩等關(guān)鍵設(shè)備，造成嚴(yán)重的后果。

5.2 避免誤操作的發(fā)生

在實際生產(chǎn)過程中，可能發(fā)生的誤操作包括有煤粉輸送單元壓力控制不穩(wěn)定，誤開泄壓閥門等操作，從而產(chǎn)生大幅波動，使進入煤燒嘴的煤粉量急劇減少造成煤燒嘴瞬間過氧而跳車。氣化爐內(nèi)熱量、壓力失衡，嚴(yán)重的更可以使沒有跳車的燒嘴發(fā)生回火現(xiàn)象，這樣不僅使燒嘴頭部損壞，都極有可能對燒嘴的本體造成無法挽回的后果，只能停車檢修，甚至燒嘴報廢。

5.3 氣化爐排渣系統(tǒng)故障

在殼牌氣化爐長時間的運行下，因操作溫度過低，煤質(zhì)的變化，設(shè)備、儀表的原因或者排渣系統(tǒng)水循環(huán)不及時等原因造成的堵渣現(xiàn)象時有發(fā)生。這就需要進行消除堵渣的操作，往往這種操作就是要在高壓差的情況下，才能使堵住的渣順利向下排出。在實際的生產(chǎn)過程中，這種操作被證明是快速而有效的，但有個弊端是對氣化爐及其相關(guān)設(shè)備有很大影響。在消除堵渣時，氣化爐的各個重點監(jiān)控參數(shù)是有大幅波動的，包括汽包小室產(chǎn)蒸汽量、氣化爐水冷壁間壓差以及高溫高壓過濾器濾芯前后壓差等。這些關(guān)鍵參數(shù)的變化充分說明了高壓差除渣操作對氣化爐內(nèi)壁、煤燒嘴是有影響的。經(jīng)過長期對氣化爐內(nèi)部的檢查發(fā)現(xiàn)，氣化爐內(nèi)壁是有下沉跡象的，直接影響就是煤燒嘴頭部與氣化爐內(nèi)壁的安裝間隙發(fā)生了變化。由原來正常的環(huán)周間隙距離一樣，變成了上部間隙小，下部間隙大的，很大程度上影響了燒嘴頭部以及環(huán)形空間內(nèi)的熱量分布。甚至經(jīng)過長時間的處理堵渣操作，燒嘴將無法插入氣化爐。當(dāng)然這只是一種極端的情況，現(xiàn)階段主要的任務(wù)還是找到處理堵渣的更好的辦法，或者從工藝、設(shè)備方面著手減少堵渣的現(xiàn)象。

5.4 未完成投用煤燒嘴的前期測試工作

首先，由于氧氣流量計在氧氣放空線前面，如果放空線閥門內(nèi)漏，會造成氧煤比失調(diào)。因此，在投用煤燒嘴之前一定要認(rèn)真地進行氧氣泄露測試程序。其次要認(rèn)真檢查確認(rèn)煤粉循環(huán)線閥門是否存在內(nèi)漏現(xiàn)象，防止煤粉通過循環(huán)線返回煤粉儲罐，造成進入氣化爐煤粉計量不準(zhǔn)，引起燒嘴長時間偏燒。

5.5 煤燒嘴冷卻水的影響

煤燒嘴冷卻水的作用是：由冷卻水泵強制供水來保護燒嘴頭部，帶走燒嘴頭部產(chǎn)生的輻射熱，防止高溫輻射熱損壞燒嘴。如果冷卻水系統(tǒng)發(fā)生強制循環(huán)水泵故障，循環(huán)水壓力過低，循環(huán)水溫度偏高，循環(huán)水過濾器壓差高，燒嘴冷卻水管道有雜物堵塞等問題，在沒有觸發(fā)聯(lián)鎖的前提下長期運行，可能對燒嘴產(chǎn)生無法挽回的嚴(yán)重后果。

5.6 氣化裝置操作人員的影響

在化工企業(yè)中，一線操作人員是24h倒班工作制度。雖然實現(xiàn)了裝置不間斷運行，但是每個操作人員的技術(shù)，操作手法以及對氣化系統(tǒng)的認(rèn)識肯定會有不同。所以在長期的操作過程中，不正確的操作方法也會對煤燒嘴有影響。

從理論方面來講，氣化爐的操作溫度應(yīng)該在合適的范圍內(nèi)，具體的合適溫度需要根據(jù)煤粉灰分的多少，灰分的組成，灰熔點的多少，粗合成氣中的甲烷含量，二氧化碳含量，汽包產(chǎn)生的蒸汽量，渣的形狀等情況來綜合判斷。

在煤質(zhì)一定的情況下。如果操作溫度過低，在氣化爐水冷壁上產(chǎn)生的渣層流動性就差，形成的渣層變厚，渣口以及排渣系統(tǒng)堵渣是最常見的現(xiàn)象。如果操作溫度過高，在氣化爐水冷壁上產(chǎn)生的渣層流動性就好，熱量損失就多，以“以渣抗渣”為設(shè)計思路的氣化爐就沒有受到很好的保護，從而導(dǎo)致水冷壁、燒嘴頭、隔焰罩的損壞。所以操作人員在操作的過程中，要時刻注意爐內(nèi)燃燒的情況，及時調(diào)整相關(guān)參數(shù)，避免異?，F(xiàn)象的發(fā)生，保證煤燒嘴、氣化爐的長期穩(wěn)定運行。

6 相應(yīng)的防護措施及對策

1）確保煤炭質(zhì)量，把好原煤倉進煤關(guān)，特別是通往磨煤系統(tǒng)的輸煤皮帶，增加除鐵器及篩網(wǎng)等設(shè)備，同時安排人員及時清除鐵絲、鐵塊、石塊、木塊、塑料等雜物。防止進入煤燒嘴的煤粉因角閥中的雜質(zhì)跳停。

2）加強對煤燒嘴運行的管控，穩(wěn)定操作盡量避免跳燒嘴及燒嘴偏燒。

3）對燒嘴罩進行改進。將燒嘴罩盤管由7圈改為8圈，伸出長度增加了12mm；對燒嘴罩使用更加耐溫的材料；增大燒嘴罩冷卻水限流孔板孔徑至8mm；燒嘴罩表面涂抹隔熱材料。

4）在氣化爐渣口或渣系統(tǒng)堵渣時，避免劇烈除渣操作，以免影響燒嘴火焰溫區(qū)，對氣化系統(tǒng)造成影響。

5）各煤線速度計、密度計檢修期間需標(biāo)定公式，避免煤線實際煤量存在偏差。

6）煤燒嘴安裝時采取措施避免產(chǎn)生較大縫隙。即通過加工調(diào)整煤燒嘴調(diào)整環(huán)的角度去調(diào)整煤燒嘴頭部的角度，盡量使煤燒嘴與燒嘴罩之間間隙均勻分布。

7 結(jié)束語

神華煤氣化裝置已經(jīng)運行了接近十年時間。盡管在運行初期出現(xiàn)過很多問題，但是在經(jīng)過檢修、改造以后，特別是對煤燒嘴部分的改造很成功，降低了因為燒嘴停車的風(fēng)險。在未來隨著對煤氣化技術(shù)掌握的更加成熟，裝置運行一定會越來越穩(wěn)定。

[1] 李耀剛，崔廣才.Shell煤氣化工藝優(yōu)化之商榷[J].化肥設(shè)計，2009，（47）.

[2] 鄭振安 .Shell煤氣化技術(shù)（SCGP）的特點 [J].煤化工，2003，31（2）：7-11.

[3] 李平，王清朋.殼牌氣化爐煤燒嘴跳車原因分析及對策[J].大氮肥，2015，38（1）：5-9.

Probe into the Practice of Extending the Service Life of Coal Burner in Shell Gasifier

Fu Xiao-feng

TQ545

B

1003–6490（2017）09–0017–02

2017–07–25

付曉峰（1983—），男，山東臨沂人，助理工程師，主要研究方向為殼牌煤氣化工藝。