Shell气化炉合成气冷却器积灰原因及应对策略

武文斌

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

Shell气化炉合成气冷却器积灰原因及应对策略

武文斌

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

在合成气冷却器应用当中，积灰是经常出现的问题。就shell气化炉合成气冷却器积灰原因及应对策略进行研究。

shell气化炉；合成气冷却器；积灰原因；应对策略

引 言

我国某企业，其气化装置在生产初期，合成气冷却器存在着较为严重的积灰情况，并因此对气化炉的周期以及负荷造成了较大的影响。针对该问题，该企业对积灰问题的形成原因进行了深入排查，并采用针对性的措施进行优化改善。

1 合成气冷却器积灰

在高温环境下，煤灰具有较为明显的黏结特征，且根据其种类的不同，也具有着不同的黏结性。对此，积灰结垢问题则经常出现在不同气化炉以及锅炉当中。该企业积灰现象主要表现在：第一，出口温度较高。在气化炉点火投煤，且其负荷在90%以上后，冷却器入口温度一直在650 ℃左右，而出口温度则为280 ℃左右。此时，冷却器良好运行，没有发生积灰现象。而当稳定运行10 d左右后，其出口温度逐渐提升，并超出设计值340 ℃。在系统设备以及管道方面，其设计操作温度皆为340 ℃，如果系统较长时间处于高温度下，湿洗塔以及飞灰过滤器操作温度也将逐渐增加，因此，对系统设备与管道形成较大的考验，很可能会因此使管道出现热应力变形问题，并导致更严重后果的发生。第二，过热蒸汽温度降低。当压力维持在5.5 MPa时，蒸汽饱和温度为270 ℃，当蒸汽过热处理后，设计值为400 ℃。而当冷却器出现积灰情况后，过热蒸汽温度则将出现较大幅度的降低，因过热使大量蒸汽无法并网，并因此导致出现严重的浪费情况。在停车之后，将冷却器侧人孔打开，发现有大量飞灰在冷却器管壁位置上黏结，并按照从上到下的顺序飞灰积累量逐渐增加，最厚甚至达到4 mm。由于飞灰具有较强的黏结性，反应过程中形成的合成气不能够完全将其带走，这也正是使冷却器出口温度提升、换热效果逐渐变差的直接原因[1-2]。

2 积灰原因及解决方案

根据上述研究可以了解到，冷却器积灰情况的存在，将会对装置运行带来以下问题：第一，冷却器出口温度升高，为系统的正常运行带来较大的隐患；第二，冷却器换热效果变化，汽包副产蒸汽温度低，因大量蒸汽在生产过程中放空而导致浪费情况的发生；第三，为了对冷却器出口温度进行降低，则需要适当降低气化炉负荷，并因此提升生产成本。为了能够对积灰问题进行有效的解决，该企业在经过大量探索实践后，确定使用以下方式进行积灰控制，并获得了较好的效果[3]。

2.1 激冷比控制

国内目前投产的Shell项目中，都对合成气激冷流程进行了应用，对此，激冷气品质与量则成为了合成器冷却效果以及运行情况的重要内容，如果该值较小，那么在反应后形成的高温气体则不能够完全在激冷段激冷，气体在混合完成后，其温度将在900 ℃以上。此时，合成气当中存在的飞煤灰还没有获得完全的冷凝，即，还有相当比例的煤灰依然处于熔融状态当中。对于该类煤灰，其非常容易在激冷段、冷却器以及输气管上黏结，并导致积灰以及结垢问题的发生。在该项目中，在其余运行条件保持不变的情况下，当激冷比在1.1以上状态下运行时，即能够对冷却器出口温度的稳定性进行保持。根据运行经验，可以将激冷比尽可能设置在较大的比值，即在100%负荷下，需要保持该比值在1.1以上[4]。

2.2 氧煤比调节

在气化反应控制中，氧煤比是其中的一项关键因素，将直接对气化炉反应温度、有效气体成分以及煤转化率产生影响。如果在生产当中能够做好氧煤比的控制，即能够有效地满足Shell设计指标。如果该指标过高，那么生产中形成的高温气体则不能够在激冷段完全激冷，并因此导致冷却器入口结垢，甚至烧坏炉膜壁。而如果该比值过低，那么煤粉则将因反应不完全对煤的转化率产生较大的影响，且合成气有效成分含量将低于设计值，没有充分反应的飞灰以及煤粉将在进入到冷却器当中之后，在换热器管壁位置逐渐黏结，以此加剧冷却器的积灰程度。对此，就需要在实际生产中，保证煤质的基础上做好氧煤比的控制。在实际操作中，做好氧煤比的调节需要控制以下几方面内容：第一，汽包一段蒸汽产量；第二，合成组分二氧化碳含量；第三，渣池循环水固含量。在实际生产中，氧煤比的高低同煤质具有直接的关联，上述参数在实际生产中，将根据系统硬件设计情况以及煤质情况而存在一定的变化。

2.3 气化炉负荷影响

在Shell气化炉中，其负荷可以在40%～100%调整，当其具有较低的负荷时，则将具有较低的产气量，且经过冷却器的流速以及合成气流量也将更低。对于不同类型的煤来说，其煤灰在高温环境当中都将具有一定的黏结性，而当运行时间逐渐延长的情况下，也将有部分煤灰会在换热器管壁上黏结，只有当飞煤灰合成气吹掉速率同煤灰黏结速率相等时，才能处于平衡。如果合成气量过小，不能够将冷却器上存在的飞灰吹掉，那么管壁上积灰厚度则将不断增加，并使得冷却器出口温度逐渐提升。当负荷较低时，则具有较高的单耗，所具有的经济性就越低。对此，无论是从合成气冷却器积灰避免角度还是从经济运行角度，都需要保证气化炉能够保持较高的运行负荷。

2.4 敲击器敲击频率

为了避免水冷壁在生产当中出现积灰结垢情况，Shell公司在输气管、冷却器以及激冷段都对部分敲击器进行了设计，以此通过振动的方式起到除灰的效果。对此，则可以根据实际积灰情况对敲击器的敲击频率进行适当的增加。在敲击器运行中，仪表空气是其主要的动力来源，对此，则可以根据积灰的程序对仪表空气压力进行适当的提升，以此实现工况的改善。当然，提升空气压力、增加敲击频率也将会对敲击器寿命产生影响，并可能提升其故障率，需要在联系生产需求的基础上做好调节。

2.5 石灰石配比

如果所使用的煤具有较高的灰熔点，则可以通过一定氧化钙的应用实现煤灰熔点的降低。但如果氧化钙加入量过多，则可能因氧化钙单体的析出而提高灰熔点。对于氧化钙来说，其由于自身不会参加气化反应，当将氧化钙加入后，则相当于增加了煤中灰分的含量，若使更多灰分同合成气一起进入到冷却器，则积灰程度进一步增加。由此可以了解到，并不是加入越多的氧化钙越好，而是需要根据煤种的不同进行适量的添加。在该企业装置运行初期，添加的石灰石量较高，为煤量的10%左右，并因此导致冷却器积灰情况的发生。在经过排查分析之后，将该比例降低为5%，经过实践，当将配比降低后，则将为冷却器以及气化炉提供更大的操作空间。

3 结束语

本文以某企业为例对shell气化炉合成气冷却器积灰原因及应对策略进行了一定的研究，在做好积灰原因把握的基础上，该企业从激冷比、氧煤比、气化炉负荷、敲击器敲击频率以及石灰石配比这几方面进行了针对性的处理，使气化炉积灰问题得到了有效的控制，具有较好的应用借鉴价值。

[1] 李亚东.Shell粉煤气化装置合成气冷却器积灰结垢的控制[J].化肥设计,2010,48(2):27-29.

[2] 刘芃鑫，郭明波.壳牌(SHELL)气化炉在环保中的应用及存在的问题[J].化工设计通讯,2010,36(2):1-4.

[3] 张彦民，侯刘涛.壳牌气化炉垮渣事故的原因及处理[J].化肥设计,2010,48(3):40-41.

[4] 吴玉新，蔡春荣，张建胜，等.二次氧量对分级气化炉气化特性影响的分析和比较[J].化工学报,2012,36(2):369-374.

Reasonsandcountermeasuresofashdepositioninsyngascoolerofshellgasifier

WUWenbin

(DatongGuangfaCoalChemicalIndustryCo.,Ltd.,DatongShanxi037000,China)

In application of synthetic gas cooler, ash deposition is a common problem. In this paper, the reasons and countermeasures of ash deposition in shell gasifier are studied.

shell gasifier; syngas cooler; ash deposition reason; countermeasure

2017-03-06

武文斌，男，1989年出生，2011年毕业于黑龙江科技大学，本科，助理工程师，从事壳牌煤气化技术研究工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.22

TQ545

A

1004-7050(2017)03-0068-03

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