摘要：本文先对Shell气化炉渣屏结渣现象及后果进行描述，然后对渣屏结渣过程和原因进行分析，并提出防止渣屏结渣的对策及改进建议，希望能为水富煤气化装置的长周期稳定运行提供一些技术参考。
关键词：气化炉；渣屏结渣；黏度
1.
工艺简介
Shell气化炉采用以渣抗渣原理进行粉煤气化。微米级的粉煤经煤烧嘴进入气化炉反应器燃烧生成粗煤气、飞灰、渣，其中粗煤气和飞灰从反应器顶部送入下游冷却、分离处理，而1350℃左右的熔渣在4个烧嘴离心旋流的作用下被甩到气化炉水冷壁上，沿水冷壁流至气化炉底部并由底部的渣口落入渣池淬冷。渣口至渣池之间还设有渣屏、热裙水冷壁，用于冷却换热。
1.
渣屏结渣现象及后果
气化炉渣屏结渣是一个分阶段、累积的过程，因煤种变化或参数偏离，导致熔渣黏结在渣屏上，在重力作用下开始只是渣屏下部积累的钟乳石状的渣块坠落，一旦渣屏积渣达到一定厚度，就会在重力作用下整体坠落，导致破渣机、渣收集罐、排渣罐堵塞，严重时气化炉被迫停车或渣池液位高跳车。 渣屏一旦开始结渣，渣块就会在重力作用下间歇性的从渣屏上脱落。脱落的渣块较大，落入渣池中很难淬裂，同时造成渣池液位波动，随后落入破渣机造成破渣机驱动油压波动。此时若破渣机破渣门开度过大，较大渣块落入下游，又会造成收集罐、排渣罐出口堵塞。
1.
渣屏结渣过程
渣屏结渣由初始层和结渣层组成，其中初始层碳含量很高（将近70%）。设计渣屏表面温度大于450℃，粉煤燃烧生成的一氧化碳在高硫、高铁的催化作用下还原生成碳纤维附着在渣屏表面形成初始层。初始层的形成与天然气气化中焦的形成有些相似。
一旦形成初始渣层后，渣池上方的温度相对升高，离开渣口的渣流动性相对增强，在离心旋流力的作用下被甩到渣屏上附着形成结渣层。结渣层随煤种的变化一层一层的累积，气化炉运行时间越长，结渣层越厚，最厚可以达到80mm左右。最终在重力作用下先由渣屏下部脱落，然后整体垮落。整个结渣过程可从破渣机油压和渣池液位波动趋势看出。渣屏结渣的三个过程见图1。
图1 渣屏结渣的主要过程
1.
渣屏结渣的主要原因
1.
原煤铁、硫含量过高
在气化炉高温和CO、H汽化炉2、C组成的还原环境下，原煤中过高的Fe2O3被还原生成Fe，Fe又与原煤中的S反应成FeS，Fe或FeS就构成了初始渣层的催化剂。
Fe2O3+3H2 →2Fe+3H2O
Fe203+3CO→ 2Fe+3CO2
Fe+S→FeS
以上3个反应均是在密闭高温下进行的。
气化炉中过高的铁和硫化亚铁作为催化剂，加之高温环境，创造了碳纤维组织形成的条件，致使初始层的形成，最终随运行时间演变为结渣、大渣块脱落、垮渣。
1.
气化炉操作温度选定过高
Shell设计要求离开渣口的渣黏度应在2-25Pa.S区间内，但实际生产应通过炉温和石灰石平衡调整，将渣的黏度控制在10-15Pa.S之间。按照流动形态简单比较来说，就是渣流经渣口不能像糖浆、也不能像水，而理想的流动形态应该像油。 气化炉操作温度选定主要依据煤种，即不同煤种对应不同的气化温度，若选择操作的炉温过高，熔渣的流动性就会很高，导致离开渣口的熔渣黏度很低，很容易被气化炉烧嘴产生的离心力甩到渣屏上(见图2)。
图2 渣屏结渣层的形成
1.
粉煤中加入石灰石主要用于降低灰熔点和调整渣的黏度，将粉煤灰熔点降至1350℃以下，同时将渣的黏度调整在10-15Pa.S。石灰石的添加比例也是基于煤种进行选定，添加过多，造成渣的黏度较低，流经渣口的渣流动性过强，容易被甩到渣屏积累，同时气化炉水冷壁保护渣层较薄，容易烧损耐火材料和销钉。
石灰石添加过少又会造成渣的黏度增加，流动性变差，堵塞渣口并引起渣池液位大幅波动，甚至引起气化炉停车。
1.
煤种之间的灰熔点偏差较大
目前国内Shell气化炉使用单一煤种的比较少，大多都使用混配煤的方式进行生产。合格的不同煤种分开堆放，然后根据灰份分析确定配煤煤种和比例，确保气化炉稳定运行。若将
灰熔点偏差较大的煤种进行配烧或混配不均匀，石灰石添加比例的设定就形同虚设，因为对高灰熔点的煤来说石灰石可能添加少了，对低灰熔点的煤来说石灰石又添加多了，渣的黏度变化会很大，加剧了渣屏结渣的可能，同时很容易造成工况波动甚至烧损内件。
1.
防止渣屏结渣对策
1.
原煤质量控制
严格按照《煤炭验收指标》标准采购合格煤种，控制原煤中Fe2O3的含量不超过15%wt，针对Fe2O3含量比较高的煤还应适当增加水氧比，抑制FeS的生成。Shell专家对添加蒸汽降低FeS的生成做过实验计算，通过烧嘴添加蒸汽增加粗煤气中的水份可以将FeS降至0。
1.
选择合适的操作炉温
选择的炉温过高导致渣的黏度降低，流动性变强，同时容易烧损耐火材料和销钉；炉温选定过低，渣的粘度增加，容易堵塞渣口，同时会加速FeS的形成，故选择的炉温要适宜。
根据煤种分析选定操作炉温，并根据运行参数（水汽密度、粗煤气组份、SGC入口温度等）、渣形和炉壁挂渣情况对炉温进行修正，到适宜的操作炉温，可有效避免渣屏结渣，保护气化炉内件。
1.
准确控制石灰石添加比例
石灰石添加过多容易造成渣屏结渣，同时引起耐火材料和销钉的烧损；添加过少又会导致渣口堵塞，故石灰石添加要适中。通过采购控制、煤库或皮带配煤稳定煤质，然后再根据煤质分析精确计算和经验确定石灰石的添加比例。
装置正常运行时还应根据粉煤分析、破渣机驱动油压趋势和渣形及时修正石灰石添加比例，确保石灰石添加准确。
1.
优化堆煤和配煤操作
优化堆煤和配煤，按灰份、煤来源地将来煤分开堆放；Shell要求灰熔点波动范围应在100℃以内，我们也可以理解为配煤灰熔点偏差应控制100℃以内，但考虑煤种采购的困难，可适当放大至150℃以内，同时必须混配均匀。这样有利于炉温控制和石灰石添加的稳定、准确，避免渣黏度变化造成的渣屏结渣。
1.
小结
综上所述，通过对原煤质量的控制、选择适宜的炉温、添加适中的石灰石和优化配煤，可有效的避免渣屏结渣。但要注意炉温和石灰石有异曲同工的作用，两者都有调整渣黏度的作用，相对来说石灰石对渣黏度的调整更明显但又存在滞后性。两者之间的耦合匹配需要技术人员综合分析、经验应用和Shell计算软件来确定。
参考文献
[1] 宋立强,陈凯,郭冰,等.71500Nm3/h壳牌煤气化装置工艺手册.云南水富云天化有限公司,2015.08-26.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议