侯劉濤,郭 零

(河南龍宇煤化工有限公司,河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)一期煤氣化項目核心裝置為荷蘭殼牌氣化爐,采用殼牌SCGP(Shell Coal Gasification Process)煤氣化工藝,殼牌提供基礎工藝包,由中國五環(huán)工程有限公司設計。自2008年4月建成投產以來,裝置連續(xù)運行突破322d,先后5次榮獲殼牌最佳運行獎。但在其運行的過程中,仍存在一些困擾裝置長周期、安全、穩(wěn)定運行的因素,如輸氣管道沖刷磨損、合成氣冷卻器十字支撐積灰、渣屏結渣等問題。本文從入爐煤煤質、渣池液位控制、爐溫控制等方面討論渣屏結渣原因,并列出針對性操作,避免裝置因渣屏結渣導致渣池液位波動,而出現(xiàn)裝置跳車現(xiàn)象。

1 渣系統(tǒng)工藝流程

龍宇煤化工殼牌氣化爐采用粉煤加壓氣化技術,其主要以無煙粉煤為原料,通過純氧氣化,生成以H2+CO為主要成分的粗合成氣,為后工段生產提供原料氣,設計有效氣產量13.2萬Nm3/h。氣化裝置共分8個單元,分別是磨煤與干燥系統(tǒng)、粉煤加壓及輸送系統(tǒng)、氣化與水汽系統(tǒng)、渣處理系統(tǒng)、干法除灰系統(tǒng)、濕洗系統(tǒng)、初步水處理系統(tǒng)和公用工程。其中,氣化爐渣處理是冷卻、造粒和排放的過程。氣化爐容器底部安裝有“水浴”(渣池V-1401),渣池的上部通過噴淋環(huán)為氣化爐提供連續(xù)噴淋水,浸濕飛灰和渣池空間夾雜的未被氣化的煤粉。當液態(tài)渣進入V-1401時被固化并分散成顆粒,直徑超250mm的粗渣塊經(jīng)破渣機(X-1401)破碎后進入渣收集罐(V-1402),后經(jīng)順控程序進入渣鎖斗(V1403),V1403通過排查程序每間隔1小時排渣1次,最后經(jīng)撈渣機(X-1402)通過渣運輸皮帶(X-1403和X-1404)輸送至渣場。所需的渣池噴淋水由渣池循環(huán)泵(P-1401A/B)從V-1401中取液,使之形成自上而下循環(huán),迫使渣向V-1402排入。另外,渣池水循環(huán)還裝配有冷卻器(E-1401A/B),除去渣冷卻中產生的熱量,并通過控制渣池液位對液態(tài)渣進行冷卻,同時防止合成氣竄至低壓系統(tǒng),渣池系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 渣池系統(tǒng)工藝流程

2 渣池液位波動現(xiàn)象及原因分析

2.1 渣池液位波動現(xiàn)象

Shell牌氣化爐運行期間出現(xiàn)多次排渣不暢甚至堵渣現(xiàn)象,嚴重影響了裝置的長周期、安全、穩(wěn)定運行。

在氣化爐運行過程中,因爐溫控制不當或煤質變化較大,均可能出現(xiàn)大渣塊或爐膛垮渣,導致渣系統(tǒng)運行波動,出現(xiàn)破渣機油壓波動,甚至破渣機油壓高聯(lián)鎖跳車。一般情況下,手動干預順控進行排堵可以排除故障,同時通過調整氣化爐工藝參數(shù)、優(yōu)化工況,確保裝置安全運行。

本次堵渣過程及工藝指標變化的情況如下:V-1403與V1402連通時,V1401液位14LI0001降至43%(控制指標50%～60%),在收渣過程中液位大幅波動降至28%。在解除跳車聯(lián)鎖后再次收渣的過程中,渣池液位瞬間到-0.74%,持續(xù)時間約5min,在此期間落渣管溫度14TY10001由68℃降至59℃。

通過V1403充壓至4.6MPa后,進行3次排堵,渣系統(tǒng)運行恢復正常,2h后落渣管溫度再次由67℃快速下降至56℃,同時氣化爐合成氣經(jīng)過熱器換熱后,溫度13TY0016由583℃上漲至598℃,蒸汽產量13FY0047由3.8kg/s快速降低至3.2kg/s,固含量由2%上漲到3.5%。落渣口壓差13PDY10065由-0.8kPa降低至-6.45kPa,手動打開吹掃氣閥門,壓差變化不明顯。調整氣化爐負荷由100%降至95%運行,V1403再次充壓至5.0MPa,進行排堵操作,但渣未下來,將V1403進行泄壓至3.1MPa,進行2次下壓操作,渣正常排放至V1403。在下壓操作過程中,渣池循環(huán)泵P1401、排水增壓泵P1402流量均出現(xiàn)不同程度地下降。

2.2 渣池液位波動原因分析及應對措施

結合以往檢修檢查問題,本次渣池液位波動主要是由于渣屏處結渣脫落導致,大塊渣脫落導致渣池錐底出現(xiàn)嚴重架橋的情況(前期檢修檢查發(fā)現(xiàn)渣屏脫落渣塊見圖2),落渣管存在部分架空現(xiàn)象。由于渣池液位計為差壓式液位計,上部測量位置在環(huán)形空間,下液位測點在落渣管位置,由于大渣塊架橋落渣管,導致渣池液位正壓側測量受到干擾,同時P1401泵抽液致使渣池液位正壓側測量受到干擾,渣池液位波動,出現(xiàn)假液位。

圖2 前期渣屏脫落渣塊

2.2.1渣屏結渣原因分析

(1)煤質影響。入爐煤的黏溫特性較差,熔渣的黏度變化對溫度變化敏感,一般情況下,入爐煤煤質較差時,為了保證裝置的穩(wěn)定運行,需要提高氧煤比來提高爐溫,降低渣的黏度。由于落渣口下方受渣池噴淋水的影響,渣快速降溫,熔渣黏度發(fā)生明顯變化[1],針對降溫速率對煤灰黏溫特性的影響,研究表明:當熔渣進入渣口下方時,由于降溫速度過快,熔渣沒有足夠時間長大,會隨著氣化爐旋流黏附在渣屏上,之后逐漸形成晶體,當積累到一定厚度或受氣化爐壓力波動等因素影響時,渣塊脫落,嚴重時導致氣化爐停工。煤質問題是煤氣化裝置能否長周期、穩(wěn)定、運行的關鍵問題之一。

(2)氣化爐內流場影響。殼牌氣化爐內置4個煤燒嘴,4個徑向均布的煤燒嘴進入氣化爐反應室,每個燒嘴燒嘴與徑向的夾角為4°～6°,在氣流的離心力作用下,使得爐內氣固相混合充分,反應充分,煤粉和氧氣在1 400～1 600 ℃的高溫環(huán)境下發(fā)生一系列化學反應,生成合成氣、渣和飛灰。在高溫下呈液態(tài)并附著在固化渣層上的爐渣,在重力作用下,向下流至氣化爐底部的渣池,被冷卻水淬激成細小的顆粒排出。在燒嘴安裝過程中,若燒嘴的徑向傾角偏大,爐膛內的流場會相應發(fā)生改變,氣流的離心力增加,會影響落渣口至渣池處氣流的流暢,導致渣屏處渣受到較大的離心力,在離心力作用下致使渣屏處積渣。

(3)渣池液位控制。在正常運行中,渣池液位控制在50%～55%。若渣池液位控制較高,渣池上部水汽上升至落渣口空間減少,熔渣降溫速度較快,在煤的黏溫特性較差時,渣黏度發(fā)生明顯變化,熔渣會隨著氣流黏附在渣屏,長時間會導致渣屏積渣。

2.2.2渣池液位波動操作應對措施

為避免因渣池液位波動導致裝置停車,需采取以下措施。

(1)出現(xiàn)渣池液位波動時,排查排渣系統(tǒng)運行狀態(tài),及時解除渣池液位14LIC0001HHLL的ESD聯(lián)鎖并確認。通過參數(shù)判斷是否存在排渣不暢,需要進行排堵時,解除13PDY10065的ESD聯(lián)鎖并確認。

(2)檢查破渣機油壓14PI0401是否出現(xiàn)波動、落渣管溫度14TY10001是否出現(xiàn)快速下降情況、爐溫是否正常,此時應適當提高氣化爐溫度。

(3)進行排堵,順控暫停進行手動操作排堵,正常聯(lián)通時14PDI0013/14壓差在280kPa,約3min左右壓差降低到230kPa,14PDI0020壓差由20kPa降低到0kPa,判斷排渣正常。

(4)在渣池出現(xiàn)忽高忽低大幅波動時,渣池液位有可能出現(xiàn)假液位,此時應該保持裝置正常運行時外排閥門狀態(tài),14XV23/24/25至少一個閥門保持開位,嚴禁出現(xiàn)渣池高液位。若渣池液位過高,甚至到達落渣口位置時,將直接造成落渣口嚴重堵渣,此時13PDY10065會出現(xiàn)明顯上漲趨勢,避免落渣口堵渣導致裝置損壞設備。

3 結語

殼牌煤氣化裝置渣系統(tǒng)堵渣是運行中經(jīng)常遇見的問題,一般情況下通過排堵可以排除故障,在排堵過程中不會出現(xiàn)渣池液位大幅度波動的情況。本次出現(xiàn)渣池液位大幅度波動、落渣口壓差波動等現(xiàn)象,主要是渣屏結渣引起的。通過操作調整避免了裝置因渣池液位波動停車,為同類問題的處理提供經(jīng)驗。同時,渣屏結渣是較多殼牌煤氣化裝置遇到的難題,在今后的生產中仍需不斷地總結分析。