杜 鹏
(同煤广发化学工业有限公司,山西 大同 037000)
Shell气化炉十字支撑积灰原因及处理办法
杜 鹏
(同煤广发化学工业有限公司,山西 大同 037000)
开祥化工厂在shell气化炉运营的过程中，由于气化炉中蒸汽换热器E-1306和十字支撑积灰出现了多次突发停车事件，使气化炉使用寿命、正常运营受到严重影响。依据实际情况，探讨了积灰形成的原因，从而对生产工艺进行调整，大幅降低了突发性停车带来的损失。
shell气化炉；积灰原因；工艺调整
引 言
Shell煤气化工艺具有对煤炭的种类适应性较强、转化效率较高、单一系列能力强、煤气转化温度较高、运行生产周期较长、对环境影响良好等特征，因此是世界上对煤炭洁净能力较强的转化技术之一。至2016年6月份，开祥化工厂已运转Shell煤气化炉A级150天，投入煤炭1 000 t/d、氧气运转量为9.69 kg/s。在开祥化工的运营过程中遇见了多次突发性停车事件，对于停车原因和问题进行的仔细分析和总结。
其实，E-1306和冷却器十字支撑处的积灰问题，一直都是困扰shell煤气化炉运营的主要问题[1]。由于气化炉十字支撑的积灰问题使开祥化工厂在试运营中出现多次停车，带来了较大的经济损失和机器磨损。通过实践和探索，开祥化工厂不断积累技术和经验，努力实现E-1306和冷却器十字支撑积灰问题的解决，进而避免突发性停车事件发生的概率降低。
1 积灰实际问题和探讨1.1 积灰问题
开祥化工在实际运营的前期，让E-1306以进、出口温度差在360 ℃的情况下运转，同时蒸汽的出口温度也在400 ℃，这时保持了符合100%的稳定运行。但是在积灰问题产生以后，进出口温差一直降落到了90 ℃以下，中压蒸汽换热器的温度也出现了大幅的上升，从10 kPa增涨到了20 kPa。炉内温度的不均衡情况的出现，使积灰问题不断地的产生和蔓延，最终导致停车事件的发生，对生产和机器寿命产生了严重的损害。
1.2 积灰情况
由于积灰产生于机器的运转之中，因此主要的灰尘堆积在E-1306盘管和盖子的缝隙间。如图1和第104页图2和图3中所示实际情况来看，严重的积灰会使整个合成冷却器的入口彻底堵死，最高可累积达1.5 m。而这些累积灰的黏性极强，用一般吹风的方式无法清除[2]。从积灰出现的位置和具体情况来分析，合成冷却器的入口位置和冷却器的盘管附近是积灰出现的初始点和最严重的地方。
图1 轻微积灰的合成器冷却器入口
图2 积灰严重的合成器冷却器入口
图3 没有积灰的合成器冷却器入口
1.3 造成损害
1) 由于积灰情况的加剧，会导致shell气化炉的能量产生较大的浪费，使蒸汽的使用效率大幅降低，浪费能量。
2) 炉内积灰会使整个炉内温度失衡，尤其造成了SGC合成器的运行温度大幅上升，使冷却器所携带的水汽量增加，让炉内温度的失衡情况加剧，导致形成一种不断加剧的恶性循环[3]。
3) 由于运行温度的提升，使整个机器的磨损度大幅增加，使用寿命也大打折扣。
4) 冷却器的自制机制的失调，使突发性停车事件发生的频率增加。
5) 当积灰产生的量足够时，就会出现合成器口的严重堵塞情况，如机器继续运转，终会导致设备的毁坏或瘫痪。
2 积灰形成原理2.1 形成原理
煤炭的颗粒本身粘性较强，因此积灰也会有粘性较强的属性。当汽炉在冷气不足的情况下运转时，会使煤灰落在SGC的出口的平坦处，造成堆积和不断的凝固。而由于冷却汽中的温度失衡，而导致所携带水汽含量进一步增加，使煤灰的凝结速度和数量也大幅上升。同时E-1306转换器的运转效能大幅下降，导致固化层的温度不断增加，使积灰体积不断的扩展和加厚，蔓延至气化炉关键位置，导致机器停车事件发生。
2.2 影响积灰形成因素
1) 飞灰在向积灰的转变过程中，经历了从汽体向液体转变的过程，而这一情况在合成冷却器的出口处形成后，进而在高温的凝结作用中变成了固体。由于没有根据实际的情况，冷却器对炉内温度做出错误预判，而即时的对冷气产生的比率进行相应的改变，使合成器冷却器入口的温度并未低于凝固的温度。气化炉内出现冷气量不足的情况，最终使SGC入口处的温度太高，使飞灰的凝结速度加快，导致积灰形成。
2) 飞灰如果可以及时被振打器振动而脱离合成器的出口，同样可以减缓飞灰凝结的速率，于是飞灰凝结的第二个因素便是振打器的实效导致振打强度的太弱。
3) 在积灰形成因中，还有一个重要因素便是炉内合成冷却器的漏水，由于合成冷却器温度过高使水冷设备泄露，导致飞灰与水汽凝结在一起，造成积灰情况加剧。
4) 由于激冷设备所含水汽过多，就必须保证炉内的温度要不断提升，直到超过煤炭灰的融化点。但是当煤炭的种类发生大变化时，这一切就需要进行调整，例如遇到高熔点的煤炭时，SGC的进口温度就必须进行大幅提升，造成直属的U-1500和U-1600在温度上进一步提升，而U-1600所排出的冷却水量也大幅增加。这样水汽和煤灰的混合情况也进一步加剧，使积灰产生的产生量增加。
5) 飞灰不仅因为高温使凝结的情况加剧，对于煤焦灰而言，粘性是一大属性，而且飞灰颗粒间还有凝聚的特性，再加上煤炭灰粘性极强的特性，使积灰的严重性不断加剧。
6) SGC出口处的结灰情况与飞灰的直径紧密相关。在试验中得出，当焦灰的单体颗粒直径在1 μm～100 μm时，只有在颗粒直径处于特殊大小时，积灰现象就会出现，而煤焦灰的单体颗粒直径与煤的种类有直接的关系。经测算，只有飞灰在颗粒直径10 μm～20 μm时，才能在SGC上停留，最后形成积灰现象。飞灰颗粒情况，如图4所示。
图4 飞灰颗粒情况
3 预防积灰的办法3.1 改善生产设备和工艺
1) 让煤炭的种类尽可能的固定，对煤炭种类应列出具体的标准和名录，灰分应该处于均衡状态，最好能保持在15%～20%。
2) 让炉膛内汽包的压力保持稳定，通过及时调整和管理，不要让汽包压力发生假的情况指示，造成炉内温度的错误调整，使V-1304处于稳定的状态。
3) 如何保证气化炉的温度维持在均衡稳定状态是关键，为了维持炉内温度的稳定状态，就必须在下粉时保证温度出现恒定的状态，因此当U-1200下粉时，一定要尽可能使V1205和内炉膛的温压保持均衡和稳定。
4) 为了防止积灰的增加，就必须最大力度的控制焦渣的粘性、集聚性，防止不融凝固、粘结、粉状等情况发生。
5) 对于烧结物的产生，就必须控制煤炭供给量的分配均匀，让灰熔点在可控范围内，防止内堂温度过高造成煤灰的大幅度凝结。
6) 对于补水系统U-1600的温度，要保持处在均衡、合理的范围内。避免由于U-1600系统水冷问题影响到积灰的情况加剧[4]。防止补水系统的水汽过多问题进一步影响到SGC支撑面板和输气管积灰凝结。
7) 当选定特定的煤炭种类后，车间操作中也必须在加工灰积点低的煤炭种类时，尽可能增加振板的振动频率，让积灰能被及时的抖落，从而延缓焦渣积灰的凝结速度。
8) 通过对煤炭灰分大小的测算对积灰形成的影响，经过重复多次的试验确定，煤灰的单一颗粒直径应控制在10 μm～20 μm，这样才能使积灰形成的几率大幅的下降，保证机器的稳定运营。
4 总结为了降低气炉在生产运营过程中，出现大量积灰而导致突发停车事件的发生，因此提高shell气化炉的生产工艺水平是有效解决方案。而要防止积灰情况的加剧，就必须降低SGC入口处的积灰凝结概率，通过对煤炭种类的分析和筛选，以及控制炉内温度的均衡将是关键所在。
[1] 谢波,牟刚林,尹招进.气化炉合成气冷却器十字架积灰原因及解决措施[C]//全国大型合成氨装置技术年会.2015,35(10):2-3.
[2] 刘鑫,康善娇,刘卫兵,等.Shell气化炉堵渣问题的探讨[J].煤化工,2016,44(1):50-53.
[3] 梅乐.Shell气化飞灰粘附影响因素研究[D].合肥：安徽理工大学,2016,5(10):128-132.
[4] 马长生.影响SHELL气化炉长周期稳定运行的原因分析[J].内蒙古石油化工,2015,35(10):28-32.
The reason and treatment of ash deposition in Shell gasifier
DU Peng
(Datong Guangfa Chemical Industry Co., Ltd., Datong Shanxi 037000, China)
In operation process of Shell gasifier in Kaixiang chemical plant,several sudden stop events occurred as a result of ash deposition of steam heat exchanger E 1306 and cross supporting in gasifier, which seriously affects the service life, normal operation of gasifier. According to the actual situation, the causes of ash deposition are discussed to adjust the production process, which greatly reduces the losses caused by the sudden stop.
Shell gasifier; reason of ash deposition; process adjustment
2017-03-07
杜 鹏，男，1986年出生，2011年毕业于吉林大学材料物理专业，本科，助理工程师，调度室副主任。
10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.36
TQ054
A
1004-7050(2017)04-0103-03
生产与应用
