張文博

(中海油大同煤制天然氣項目組，山西 大同 037100)

引 言

21世紀初，油價飛漲，中國合成氨工廠大力推進“油改煤”技術(shù)，殼牌氣化所具有的高能量轉(zhuǎn)化效率、低水耗等優(yōu)點一直吸引著煤化工的從業(yè)者們。2018年5月7日，空氣化工產(chǎn)品公司完成收購荷蘭殼牌旗下殼牌全球解決方案國際公司的煤氣化技術(shù)業(yè)務(wù)，自此殼牌氣化正式改名為AP氣化?；仡橝P氣化技術(shù)在中國的發(fā)展，從湖北雙環(huán)930 t/d的投煤量，到山西潞安3 200 t/d的投煤量，單看市場，AP氣化技術(shù)的運營確實取得了巨大成功。然而，由最初的推崇備至，到前些年的不斷質(zhì)疑，再到近年來，關(guān)于AP氣化爐“安穩(wěn)長滿優(yōu)”運行的報道不斷見報，AP氣化裝置的在中國的運行之路，值得深思與總結(jié)。

1 煤質(zhì)對氣化爐運行的影響

無煙煤、煙煤、褐煤、石油焦等均可作為AP氣化爐原料，與其他技術(shù)相比，AP氣化技術(shù)宣傳重點是對煤的灰熔點范圍要求較寬，對煤的水分、灰分和硫含量要求也較寬。AP公司對國外典型煤種進行了廣泛研究，對國外煤種建立了較為全面的數(shù)據(jù)庫，但卻相對缺乏對我國煤種的具體研究。我國煤種灰分一般在28%左右，且與國外煤種灰分組成差異較大，灰熔點溫度高于1 400 ℃的煤分別占我國煤炭年產(chǎn)量、儲量的55%和75%左右[1]?！皩挕钡牧硪粚雍x是，通過配煤、添加助熔劑等手段，可以改變?nèi)霠t煤特性，從而使更多種類的煤可用于該氣化技術(shù)。但是，國內(nèi)的AP氣化工廠運行業(yè)績表明，煤質(zhì)問題仍然是AP氣化爐長周期運行的制約因素[2-4]。通過多個工廠的實際運行結(jié)果分析，煤質(zhì)問題會直接或間接造成如下影響：

1) 水冷壁或者燒嘴因掛渣不良(如圖1)而燒壞。5 Pa·s～25 Pa·s灰渣黏度的溫度區(qū)間，如果與氣化爐操作窗口溫度不匹配，會影響水冷壁掛渣(如圖2)，“以渣抗渣”的工作原理無法實現(xiàn)，嚴重時會導(dǎo)致燒嘴罩燒漏、燒嘴燒蝕、水冷壁燒壞等后果，直接引發(fā)停車。

圖1 損壞前、后的燒嘴罩

圖2 掛渣良好、過薄的水冷壁

2) 排渣不暢。AP氣化爐采用液體排渣技術(shù)，要求原料煤的FT低于1 400 ℃，使灰渣呈熔融狀態(tài)排出，因此，煤灰的熔融性直接決定著煤炭氣化過程中排渣方式的選擇。原料煤選擇不當，氣化條件控制不匹配，氣化后產(chǎn)生的熔渣可能會因流動速度過快而無法在水冷壁上形成足夠厚的渣層，進而導(dǎo)致氣化爐內(nèi)件和相關(guān)設(shè)備的磨蝕和腐蝕，大量的熔渣還可能會在氣化爐下部的水浴池內(nèi)結(jié)成大塊渣，造成排渣困難甚至堵渣，見圖3。

圖3 積灰前、后合成氣冷卻器

3) 合成氣冷卻器積灰、高溫高壓飛灰過濾器濾芯斷裂等設(shè)備故障。煤質(zhì)帶來的積灰問題主要表現(xiàn)在兩點：煤質(zhì)不穩(wěn)定，如不能及時調(diào)節(jié)氧煤比，飛灰中殘?zhí)苛窟^高，會使飛灰黏度增大，極易黏附在設(shè)備通道內(nèi)壁上，引發(fā)堵塞；高溫高壓飛灰過濾器的負荷是根據(jù)煤種預(yù)先設(shè)計的，如果入爐煤灰含量過高，超過過濾器設(shè)計余量，過濾器超負荷運行，濾芯極易斷裂，同時還易引起除渣系統(tǒng)堵塞、合成氣冷卻器結(jié)垢等問題[5]。

2 國內(nèi)AP氣化爐運行情況

根據(jù)國內(nèi)多家AP氣化爐實際運行業(yè)績可以發(fā)現(xiàn)，煤質(zhì)問題對AP氣化爐穩(wěn)定運行有重大影響。

國內(nèi)第一家試車的AP氣化裝置——湖北雙環(huán)，在2006年5月17日至8月31日106 d的生產(chǎn)運行過程中，共計停車7次(不含1次計劃停車)，其中2次是因煤燒嘴罩問題導(dǎo)致停車[6]。

安慶煤氣化裝置在2006年運行過程中共計7次停車，其中，2次是因燒嘴罩燒蝕泄漏停車；2007年共計7次停車，其中，1次是燒嘴罩燒蝕泄漏后停車，1次是高溫高壓飛灰過濾器濾芯斷裂造成停車；2008年共計7次停車，其中1次是因煤質(zhì)波動，導(dǎo)致堵渣停車；2009年共計停車5次，1次因氣化爐堵渣，導(dǎo)致聯(lián)鎖動作緊急停車，2次因渣池聯(lián)鎖動作停車[7]。

在岳陽氣化裝置不斷更換煤源的過程中，如果不能及時有效地調(diào)整控制參數(shù)，會直接影響燒嘴點火，并帶來堵渣、積灰等問題[8]。從2006年12月至2012年，岳陽氣化裝置在第45個操作循環(huán)時，已經(jīng)穩(wěn)定運行了145 d，總結(jié)過去經(jīng)驗，AP公司把長周期穩(wěn)定運行的瓶頸歸結(jié)為4點：高溫高壓飛灰過濾器的堵塞、合成氣冷卻器積灰、排渣系統(tǒng)的堵渣、燒嘴罩的故障，而這4點正與穩(wěn)定的煤質(zhì)、合適的煤種密不可分[9]。

河南中原大化集團公司煤氣化裝置投運后，由于氣化爐堵渣，被迫長期停車檢修，造成巨大經(jīng)濟損失。公司技術(shù)人員把原因歸結(jié)為三點：1) 所用煤種含灰量太高(高達50%)；2) 助熔劑(石灰石)添加比例不合適，造成爐內(nèi)灰渣黏度較大，形成渣塊較大；3) 氣化爐膜式壁上形成的渣層較厚，從擋渣屏上流下的渣黏度很大，形成的渣較多也較大[10]。

廣西柳化[11]自2007年開工到2012年運行5年中的停車原因中，不計下游工序造成的停車以及計劃停車，燒嘴罩泄露導(dǎo)致的停車占了6.4%，堵渣占2.6%，積灰占11.5%，高溫高壓飛灰過濾器故障占7.7%。

截止2013年1月中國神華鄂爾多斯煤制油有限公司氣化爐由于濾芯斷裂引起的停車共16次，占停車總次數(shù)的20%以上[12]。

大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限責任公司氣化裝置自2010年10月投料試車以來，到2012年7月20日，3臺氣化爐因工藝原因共計停車31次，其中，由于堵灰、堵渣原因，造成停車13次[13]。

3 氣化爐運行初期問題統(tǒng)計

表1為雙環(huán)、安慶、柳化、天安公司氣化裝置運行第一年停車因素統(tǒng)計，圖4為上述四家公司氣化裝置運行首年的停車因素占停車總數(shù)的比重圖。由上可知，裝置運行首年，停車次數(shù)均較多，由于煤質(zhì)、配套公用工程、電氣儀表等問題，裝置均難以長周期穩(wěn)定運行，這也正是AP氣化爐在建成試車之后被廣泛質(zhì)疑的原因。圖4可見，雙環(huán)、安慶、天安公司的氣化裝置可能因為煤質(zhì)問題導(dǎo)致的停車占到停車總數(shù)的50%；另外，公用工程、電氣儀表系統(tǒng)以及操作人員的誤操作，也是造成停車的主要因素。由此側(cè)面反應(yīng)出氣化裝置的復(fù)雜性，對配套設(shè)施要求較高，對操作人員的素質(zhì)要求也高。

表1 氣化爐運行業(yè)績停車統(tǒng)計 單位：次

圖4 停車因素統(tǒng)計

4 典型運行故障分析

由表2可知，隨著運行經(jīng)驗的積累、運行中暴露問題的不斷解決，柳化氣化裝置的停車次數(shù)在逐年下降，運行周期在穩(wěn)步提高。隨著運行時間的積累，管理者對煤質(zhì)管理水平的提高，因煤質(zhì)問題導(dǎo)致的停車次數(shù)在顯著下降。當然如果煤質(zhì)變化后沒有及時調(diào)節(jié)生產(chǎn)，同樣會即刻帶來嚴重后果，如2012年有3次停車是全部因為積灰所致。

表2 柳化氣化裝置停車統(tǒng)計 單位：次

5 結(jié)語

AP技術(shù)在國內(nèi)運行已有多年，盡管該技術(shù)對煤質(zhì)要求比較寬泛，但是根據(jù)實際運行情況，煤質(zhì)問題仍然是影響生產(chǎn)穩(wěn)定運行的主因。正如AP氣化爐引入中國伊始專家們討論的那樣[14-15]，煤質(zhì)管理需要投入大量精力與物力。如何保證煤質(zhì)的穩(wěn)定，如何平衡配煤方案的經(jīng)濟性和長期性，如何及時監(jiān)測、響應(yīng)在線煤質(zhì)的變化，仍然是氣化技術(shù)長周期穩(wěn)定運行需要突破的關(guān)鍵問題。

隨著國家對煤炭清潔利用提出的更高要求，總結(jié)已經(jīng)投產(chǎn)的煤化工裝置運行業(yè)績對新上煤化工項目意義重大。AP氣化技術(shù)不僅是為煤炭的清潔轉(zhuǎn)化利用提供了技術(shù)和裝置，更是為煤化工人提供了思路和平臺。相信在多方共同努力之下，寶貴的煤炭資源能更好地為地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展做出貢獻，為國家發(fā)展做出貢獻。