姜 楊

(同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

在高溫以及高壓的條件之下，煤粉、氧氣和較少的蒸汽在特定壓力條件下被輸送至氣化爐裝置之中，并且在非常短時間之內(nèi)提升溫度以脫出煤粉中的揮發(fā)分，完成裂解、燃燒以及轉(zhuǎn)化等反應(yīng)。因為氣化爐裝置中溫度相對較高，所以，當有氧氣存在時，煤粉中的碳以及揮發(fā)分等主要是發(fā)生燃燒反應(yīng)，當氧氣全部消耗完以后，發(fā)生碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)，此階段也是氣化階段，所得產(chǎn)物主要為CO氣體與H2氣體。若灰渣之中的殘?zhí)剂肯鄬^多，說明較多的碳未能進行氣化反應(yīng)，這樣不僅導致大量資源被浪費，也使得CO氣體以及H2氣體產(chǎn)物數(shù)量有所減少，會給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟損失。

1 殼牌煤氣化系統(tǒng)具體運行狀況分析

1.1 灰渣殘?zhí)剂扛?/h3>

我公司煤氣化系統(tǒng)于2014年9月份開車運行，在2015年4月正式投產(chǎn)使用。在殼牌煤氣化裝置運行時一直存在灰渣殘?zhí)苛扛叩膯栴}，灰分之中的殘?zhí)剂扛哌_16.5%，而渣分之中的殘?zhí)剂扛哌_3.9%，遠遠超出了殘?zhí)剂吭O(shè)計值。因為灰渣之中殘?zhí)剂肯鄬^高，導致系統(tǒng)運行中氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率相對較低，使得系統(tǒng)運行過程中成本投入相對較高，同時，灰渣里面殘?zhí)剂繉鹁嫜b置同樣造成了不利影響，導致系統(tǒng)運行的安全隱患有所增加。另外，沒有進行碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)的這些殘?zhí)紩皆谶^濾裝置濾芯之上，使得過濾裝置的壓差有所增加，而且也明顯減少了濾芯的使用壽命。一些粒徑小于3 μm的煤粉顆粒會進入到濕洗系統(tǒng)之中，導致水處理系統(tǒng)負荷進一步增加。針對煤氣化裝置中灰渣殘?zhí)剂窟M行取樣分析，得出結(jié)果如表1所示。

表1 煤氣化爐裝置總灰渣殘?zhí)剂砍闃訙y試數(shù)據(jù)

1.2 煤種分析

現(xiàn)階段，由于受到受到各種因素的影響，我公司殼牌煤氣化系統(tǒng)運行中所使用的原料煤為較為劣質(zhì)的褐煤，煤質(zhì)分析具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

通過上述數(shù)據(jù)能夠看出，在殼牌煤氣化系統(tǒng)中實際使用的煤質(zhì)和原料煤設(shè)計值存在相對大差異，實際使用煤種發(fā)熱量相對較低，而且含灰量相對較高。

2 殼牌煤氣化裝置灰渣殘?zhí)剂扛叩木唧w原因

在2015年殼牌煤氣化系統(tǒng)運行時存在灰渣殘?zhí)剂枯^高的問題，其中主要原因包含以下幾點。

2.1 氣化爐爐膛溫度較低

由于爐膛中溫度相對較低，導致很多碳沒有發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，使得灰渣之中碳含量相對較高。系統(tǒng)運行時激冷比為1∶1，廢熱鍋爐裝置的入口溫度僅僅為550 ℃～580 ℃左右，但是氣化爐爐膛的設(shè)計溫度為650 ℃左右，而且在初合成氣體之中二氧化碳氣體所占比例僅僅不足5%，而其設(shè)計值為10%，說明了氣化爐的爐膛溫度相對較低，導致氣化反應(yīng)不完全，使得灰渣中殘?zhí)剂吭黾?。另外，渣層也非常厚，厚度值可達5 cm左右，也從側(cè)面證明了氣化爐爐膛中的溫度相對較低，導致煤粉不能完全反應(yīng)，從而使灰渣中殘?zhí)剂枯^高[1]。

2.2 煤粉計量不精確

在殼牌煤氣化系統(tǒng)運行過程中，最為關(guān)鍵的是應(yīng)當嚴格控制氧煤比例，以確保氣化爐裝置之中的溫度以及合成氣成分的有效控制，保證以液態(tài)形式完成排渣工作。在對氧煤比進行控制時，其是在維持輸送至氣化爐爐膛之中氧氣量固定情況下，采取調(diào)節(jié)煤粉數(shù)量的方法控制氧煤比，以對反應(yīng)深度進行調(diào)節(jié)，確保氣化爐裝置中爐膛溫度適宜，并保證氣化效率得以提升。氧氣的計量相對來說較易控制，也較為準確，不過，在進行煤粉計量過程中卻存在較大誤差，這將嚴重影響到爐膛溫度以及煤氣化效率[2]。

因為氣化爐裝置中燒嘴部件和徑向的夾角值是4°，當煤粉顆粒經(jīng)由一定的壓力噴射到氣化爐裝置中，會受到高速氧化劑剪切以及霧化作用，從而出現(xiàn)交叉狀的射流，最后以錐形射流形式逐漸朝著氣化爐爐膛中心位置擴散，并且在中心形成切圓，燒嘴的根部位置會形成回流，這樣更加有利于煤粉發(fā)生穩(wěn)定的著火與燃燒，燒嘴分布示意圖如圖1所示。

圖1 燒嘴分布示意圖

在我公司殼牌煤氣化系統(tǒng)運行過程中，煤管中煤粉輸送速率遠遠超出7 m/s，導致煤粉停留時間相對較小，煤粉無法充分反應(yīng)，而且爐膛之中反應(yīng)介質(zhì)速度場存在不均勻分布的問題，使得煤粉無法充分燃燒，煤粉氣化的效率較低。在停爐查看之后發(fā)現(xiàn)，燒嘴部件的下方位置渣層厚度存在不均勻現(xiàn)象。

2.3 燒嘴運行不夠穩(wěn)定

在殼牌煤氣化系統(tǒng)之中，氣化爐裝置的燒嘴呈水平對稱分布，這樣能夠確保煤粉以螺旋狀上升，使得煤粉能夠更為充分的燃燒。然而，2015年我公司殼牌煤氣化系統(tǒng)中氣化爐燒嘴的同時在線率卻相對較低，使得爐膛之中氣流出現(xiàn)不均勻的問題，存在嚴重的偏流現(xiàn)象，導致煤粉燃燒不夠均勻，使灰渣中殘?zhí)剂枯^高[3]。

2.4 氧氣溫度偏低

我公司運行的殼牌氣化爐系統(tǒng)設(shè)計進爐氧氣溫度為180 ℃，但是，在殼牌煤氣化系統(tǒng)運行過程中卻未能加設(shè)氧氣預熱裝置，使得火焰的中心溫度偏高，導致氣化爐中其余部位溫度也相對較低，灰渣之中的殘?zhí)剂恳矔S之增加。另外，由于氧氣溫度偏低，使得實際氧煤比出現(xiàn)偏低的問題。

3 煤氣化裝置灰渣殘?zhí)剂扛叩慕鉀Q措施

3.1 提升反應(yīng)的溫度值以及壓力值

通過有效提升氧煤比能夠顯著增加氣化爐爐膛之中溫度值，從而加快煤氣化反應(yīng)的速率，以有利于正反應(yīng)順利進行。通過提升氧煤比還能夠有效增加廢氣鍋爐入口位置的煙氣溫度，會使得蒸汽產(chǎn)量有所增加。另外，通過提升氣化爐裝置壓力值同樣能夠推動氣化反應(yīng)的進行，確保碳轉(zhuǎn)化率進一步增加，氣化反應(yīng)的效率也會得到改善，從而使得灰渣中殘?zhí)剂克薪档汀?/p>

3.2 保證煤線計量的精確性

重新對煤循環(huán)進行調(diào)整，確保全部煤線輸送至氣化爐中的燃煤數(shù)量保持一致，同時確保氣化爐裝置之中氣流場能夠保持均勻，精確控制單燒嘴氧煤比，使全部煤線均投入生產(chǎn)，保證負荷的一致性。這樣便能夠保證氣化爐裝置之中氣流保持穩(wěn)定，從而使煤粉能夠和氧氣更為充分接觸，有利于燃燒效率和氣化效率的進一步提升，從而確?；以袣?zhí)剂坑兴鶞p少。

3.3 增設(shè)氧氣預熱裝置

通過增設(shè)氧氣預熱裝置能夠有效避免燒嘴部件發(fā)生腐蝕，確保燒嘴使用壽命顯著增加，同時促使氣化爐裝置中反應(yīng)溫度的進一步提高，從而保證實際進入到氣化爐之中的氧氣量更為精準。

4 殼牌煤氣化裝置改造之后效果分析

在經(jīng)過上述各項技術(shù)措施改造之后，殼牌煤氣化系統(tǒng)中氣化爐裝置的灰渣殘?zhí)剂匡@著減少，達到了設(shè)計要求，后期經(jīng)過測試得出灰中殘?zhí)剂烤∮?%，渣中殘?zhí)剂烤∮?%，具體測量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 煤氣化爐裝置改造之后總灰渣殘?zhí)剂砍闃訙y試數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

結(jié)合我公司殼牌煤氣化系統(tǒng)的具體運行狀況，針對殼牌煤氣化系統(tǒng)運行中存在的灰渣殘?zhí)剂扛哌@一問題加以深入分析與探討，同時制定了相應(yīng)的措施，確?；以鼩?zhí)剂孔罱K達到了設(shè)計要求，系統(tǒng)中灰份的殘?zhí)剂靠刂圃?%之內(nèi)，渣份的殘?zhí)剂靠刂圃?%之內(nèi)。通過上述技術(shù)改造，不僅有效節(jié)約了煤炭資源，還能確保殼牌煤氣化系統(tǒng)更加安全與穩(wěn)定的運行，同時擁有極為顯著的經(jīng)濟效益以及社會效益。