壳牌气化炉运行中常见问题分析_郭晨曦.pdf

2023 年 第 4 期 化学工程与装备 2023 年 4 月 Chemical Engineering&Equipment 181 壳牌气化炉运行中常见问题分析 壳牌气化炉运行中常见问题分析 郭晨曦（晋能控股装备制造集团广发化学工业有限公司，山西 大同 037008）摘 要：摘 要：通过分析壳牌气化炉的结构和工作原理，发现了其在使用过程中可能出现的问题并提出了具有针对性的解决措施，希望对日后我国煤气产业的发展贡献力量。关键词：关键词：壳牌气化炉；运行问题；解决方法；结构；工作原理 1 壳牌气化炉的结构和工作原理 1 壳牌气化炉的结构和工作原理 众所周知，壳牌是荷兰的知名品牌，壳牌气化炉也是荷兰自主研发的煤化气反应装置。壳牌气化炉在整个制作的过程中采用的都是较为先进的工艺技术，在性能和质量上具备较大的优势。目前，我国已经引进了十余台壳牌气化炉，但是在使用过程中我们的专业技术和操作措施还存在着不足，需要我们进一步改善。气化炉的结构错综复杂，主要包括外壳体、内水冷壁和附属设备。我们也可以根据它们自身的工作状态分为反应室、输气管和合成器冷却器。壳牌气化炉的外壳能承受的气化反应压力的强度高于普通气化炉，但承受高温的能力较为薄弱。因此，它的内部采用扁钢和管道拼排焊接形成的水冷壁，并在其表面上铺设大量销钉，在一定程度上对水冷壁起到了保护作用。同时，为了防止水冷壁在使用过程时被气化反应造成的高温环境中受到损害，壳牌气化炉还在其表面均匀涂抹了一层耐火泥，并在水冷壁管道内强制循环泵内的水，提高热量散发的速率，降低对水冷壁的伤害。壳牌煤气化的工作过程主要是在高温、加压的环境下进行，在这个过程中煤粉和氧气以及少量蒸汽进入气化炉内，完成升温、挥发、燃烧等一系列的反应过程。2 壳牌气化炉的特点 2 壳牌气化炉的特点 壳牌气化炉最突出的特点就是拥有较强的适应性，在实际工作中受到煤种和环境的影响较小。因此，壳牌气化炉也被广泛应用到多种煤的转换过程中去。褐煤和烟煤是工业生产中常见的两种煤，在以往的转化过程中，这两种煤的转化速度和转化效果相对较低。然后壳牌气化炉在使用过中可以把煤的转化效率提高到 91以上，这一进步不仅缩短了煤转化的时间，提高煤转化的速率，也提高了我国煤资源的利用效率。壳牌气化炉的另一优势在于有效气体成分在整个工作流程中的含量较高。壳牌气化炉在经过煤转化反应之后，会产生大量的有效气体，这些气体包括一氧化碳和氢气等。相比较于以往的气化工艺来说，壳牌气化炉在使用过程中消耗的氧含量也较低，主要采取的是干法进料。除此之外，壳牌气化炉在使用过程中产生的污染气体也会在后续的环节中得到妥善处理，不会对环境产生任何的污染，给我国的环保事业提供了大力支持。壳牌气化炉在具备诸多优势的同时也存在着以下几点不足。第一，壳牌气化炉的结构相对较为复杂，所需要的装置和配件也是多种多样的，提高了后期的保养和维修工作的难度。第二，壳牌气化炉所使用的工作办法是干法进料、气流床气化、液体排渣等，这些措施对水、硫、氧、灰的敏感性较低。第三，虽然壳牌气化炉在工作的过程中对煤的适应性较强，但是像水分太高、灰分太低或太高的煤在进行转化的过程中，我们如果选择壳牌气化炉就会消耗大量的能源，提高了整个生产的成本，降低了企业的经济效益。3 常见问题及其解决方法 3 常见问题及其解决方法 3.1 无法直接测得反应温度及解决方法 壳牌气化炉在工作的过程中，煤粉会和氧气、蒸汽一同发生反应，生成粗合成气。这种粗合成气的主要构成元素是一氧化碳和氢气并夹带少量的二氧化碳和甲烷。气化炉反应室的温度可高达 1500，这给我们测量反应温度带来了极大挑战。如果气化炉内的温度高于正常温度，就会导致反应室的蒸汽含量较高；如果温度高于常规的灰熔点时，气化反应产生的煤渣无法附着在气化炉的内壁，在后续的高温、加压的工作环境中，会对其内部造成损坏；如果气化炉内温度低于正常温度时，煤粉的反应效率和程度会相应降低，大部分煤粉直接进入了排渣系统，导致排渣系统出现杂物，影响其正常运行。因此，我们可以通过测量原有配件的温度来对炉内温度进行计算和直接测量。我们也可以根据某些关键指标综合分析炉内温度情况。氧气和煤粉的比例可以调节炉内的温度。因此，在负荷稳定时，我们可以通过考虑反应室内蒸汽的含量和最终合成气中各类气体的含量来判断气化炉的温度。3.2 水冷壁损坏及解决方法 水冷壁是壳牌气化炉的重要构成部分，在气化炉的工作过程中发挥着不可替代的作用。但是，壳牌气化炉在运行过程中，水冷壁对工作环境和反应炉内温度的要求也是较为苛刻的。反应炉内温度的变化会影响煤种的反应效率，对附着在冷水壁外侧的煤渣厚度也有所影响，进而影响煤渣对冷水壁的保护能力。在转化同种煤种的过程中，如果反应炉内的DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.04.017182 郭晨曦：壳牌气化炉运行中常见问题分析 温度高于标准温度，那么附着在冷水壁上的煤渣厚度就会较低，对冷水壁的保护程度也相应下降，容易导致冷水壁在后期高温环境中出现破损等现象；如果反应炉内的温度过低时，附着在冷水壁上的渣层相对较厚，可以起到很好的保护作用。但是可能会造成水冷壁的管道出现堵塞或者输水量减少的情况。这就导致在煤进行反应的过程中，虽然较厚的渣层在一定程度上保护了冷水壁，但是在后期散热过程中，较厚的渣层也限制了水冷壁管道的工作效率，降低了循环水对散热过程的作用，进而导致散热时间过长，反应炉内持续发热，水冷壁呈现干烧状态，进而对水冷壁的工作状态造成一定伤害。因此，在壳牌气化炉的运行过程中，我们应该采取合理的措施对冷水壁进行保护。首先，我们需要利用蒸汽的含量以及合成气的成分对气化炉内的温度进行分析，确保气化炉内的温度能够支持水冷壁的运营。其次，如果进行气化反应的煤种较为固定时，我们可以借助其他煤种调节气化炉的灰熔点，保证气化炉的反应温度可以使得水冷壁挂渣。3.3 烧嘴、烧嘴罩损坏原因及解决方法 烧嘴、烧嘴罩的损坏也是壳牌气化炉在运行过程中出现的常见问题。烧嘴、烧嘴罩的损坏会导致冷却水直接进入到气化炉内部，阻止气化炉的正常运转，给我们控制炉内温度的工作带来麻烦，更严重的甚至会造成煤渣堵塞输渣口，导致壳牌气化炉停工。通过翻阅资料，我们发现造成烧嘴、烧嘴罩的损坏的原因主要有以下几个方面。第一，煤线速度、密度和实际煤粉流量不达标。在壳牌气化炉的运行过程中，我们通常会借助相关测量仪器对煤粉流量进行计算，帮助我们在后续工作中选择合适的气化炉温度。第二，煤线速度过低。煤线速度过低会导致烧嘴和火焰的距离较近，造成烧嘴损坏的现象。针对上述原因，我们在选取测量煤线速度的相关仪器时，应该确保仪器自身的准确性，避免因为速度计或者密度计偏高造成冷水壁外侧没有适应厚度的渣层保护，进而损坏烧嘴和烧嘴罩的事故的发生。其次，我们也应该时刻关注火焰和烧嘴罩的距离，及时调整气化炉内煤线速度，保证烧嘴和火焰之间的距离时安全可靠的。3.4 高温高压飞灰过滤器损坏的原因和解决办法 高温高压飞灰过滤器的损坏也是壳牌气化炉在运行过程中容易出现的问题。高温高压飞灰过滤器主要用于处理煤在经过气化反应后生成合成器中的灰分。陶瓷过滤器在使用过程中能过滤掉合成器中绝大部分的粉尘，使得干净的气体被作为冷气再次适应。而飞灰过滤器则是由 15 组陶瓷滤芯构成，当合成气通过滤芯时会自动隔绝气体中的灰尘，但是仍然会有一部分附着在滤芯上的灰分，影响气体的流量和纯度。因此，壳牌气化炉在滤芯上部安装了高温高压的氮气作为反吹动力，一旦有灰尘经过并附着在滤芯上，氮气就会发挥反吹作用将灰尘吹落。但是因为陶瓷滤芯自身的脆弱性，在内外压力差较高时会出现滤芯折断现象，导致下游工序不能正常运行。通过参考近些年壳牌气化炉在应用和维修过程中保存的资料，我们发现影响过滤器反吹的因素主要有以下几点。第一，反吹的频率、时间和反吹压力。反吹的时间和频率时调节陶瓷滤芯内外压强差的关键因素，过于频繁的进行滤芯反吹会加大外部压强，导致滤芯损坏。第二，反吹阀门的动作。反吹阀门的工作状态是影响反吹气源压力的主要有因素。第三，气化负荷和气化炉的反应速率。如果气化炉在反应过程中出现负荷高或者温度较低的情况，也会加大陶瓷滤芯的内外压强差，导致其断裂。综上所述，造成高温高压飞灰过滤器损坏的原因主要有三点，我们可以通过调节氮气反吹的频率、时间和压力来调节陶瓷滤芯的内外压强差，保障其在正常的环境下进行工作；我们也要密切关注反吹阀门的动作，及时维修或者更换出现故障的阀门，给后续工作提供保障；最后，我们也可也根据国内厂家对过滤器提出的相关要求，适度延长滤芯，增大过滤面积，也可以通过更换材料的方式提高滤芯的强度，保障高温高压飞灰过滤器的正常运行。4 结 论 4 结 论 壳牌气化炉是我国从荷兰引进的一种新型的先进的煤化气反应装置，在我国煤气产业中发挥着重要作用，提高了我国煤资源的合理利用率，提高了煤化气的生产效率，为我国日后经济的快速发展添砖加瓦。本文通过分析目前我国的资源优势、壳牌气化炉的基本组成部分、壳牌气化炉的工作原理和在工业生产中出现的常见问题，得出了几条具有针对性的解决方案。我们在选择气化炉时，要兼顾技术效益和经济效益，合理选择气化炉。在使用壳牌气化炉的过程中，我们要对反应炉内的温度进行时时监控，利用氧气和煤粉的比例调节炉内温度到达使用水平；要密切关注冷水壁和烧嘴、烧嘴罩的现状，控制煤渣的厚度和距离火焰的长度等；我们也要关注高温高压飞灰过滤器的运行状态，对其进行定期保养和维修。只有这样我们才能保障壳牌气化炉在整个生产过程中正常运行，为我国煤气事业的发展保驾护航。参考文献 参考文献 1 夏正峰,孙中华.壳牌煤气化炉的设备特性及技术管理探讨J.化工管理,2017(2):178.2 解晋业.壳牌煤气化装置气化炉安全隐患及其分析J.探索科学,2016(6):385,387.3 齐云飞.试论壳牌气化炉的结构特点及操作维修J.科技视界,2016(23):320,325.4 汪家铭.Shell 煤气化技术生产合成氨装置开车成功 J.煤化工,2006(3):49-49.