Shell气化炉合成气冷却器积灰原因及应对策略_牛玉奇
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由于后系统管道和设备均按照 340 e 的操作 温度设计, 若系统长时间在高限 380 e 运行, 则高 温高压飞灰过滤器、湿洗塔的操作温度也会逐步升 高。这对后系统管道和设备是一个极大的考验, 甚 至有可能造成 合成气管道产生热应力变形或损坏 陶瓷滤芯, 后果十分严重。
( 2) 合成气冷却器入口和出口温度温差降低。 在 90% 以上负荷时, 合成器冷却器入口温度在 650 ~ 680 e 之间, 出口温度按设计 340 e 计算, 则入口 与出口温度差一般为 310 ~ 340 e 。刚 开车时, 出 口温度一般稳定在 280~ 290 e 之间, 此时温差更 高。可达 400 e 。合成器冷却器积 灰后出口温度 接近 380 e , 合成气冷 却器入口 与出口温 差降至 270 e , 此时必须被动降负荷或降氧煤比以保证不 超温。降负荷后, 入口温度也随之逐渐降低到 550 ~ 600 e , 入口与出口温差也进一步降到 170 e 。
例的 CaO 来降低煤的灰熔点, 但加入过量的 CaO, 反而会析出 C aO 单体, 使灰熔点增高 [ 4] 。由于 CaO
¹ 汽包一段蒸汽产量; º 合成气 组分中 CO2 含量; » 渣池循环水的含固量。氧煤比的高低与煤质有直
本身不参与气化反应, 添加 CaO 等于增加了煤中灰 分的 含量, 更多的 灰分随合 成气进入 合成气冷 却
K ey w ords: Shell coal gas ifier; syngas cooler; ash deposit ion; coal quality; coal formu lat ing
河南永城年产 50万 t甲醇项目于 2008年 4月 6 日 1次投料试车成功并打通全流程, 顺利产出甲醇。 该项目气化装置采用目前世界上先进的 Shell煤气化 技术, 设计投煤量为 2 000 t /d, 是世界首套 She ll煤气 化技术在煤制甲醇上的应用。截至 2009年 1月底, 永城项目气化装置的开工率大于 65% , 氧负荷曾达 到 102% , 装置最长连续运行时间超过 60天。
1999- 03 1999- 07
停 车 原因
更换煤种时出现大渣, 导致锁斗阀堵塞。 投烧新煤种时对激冷气量控制不当, 引起废锅进口 温度过高, 导致废锅积灰。 更换煤种时出现大渣, 导致锁斗阀堵塞。 投烧新煤种时对激冷气量控制不当, 引起废锅进口 温度过高, 导致废锅积灰。 渣池上部筒状热裙上的耐火砖脱落, 造成锁斗阀堵塞。 由于 pH 测 量仪发生 故障, 导 致洗涤塔 内 pH 值过 低, 发生洗涤塔内材料腐蚀。 更换煤种时出现大渣, 导致锁斗阀堵塞。 省煤器水管发生泄漏。
1 合成气冷却器积灰
由于高温下的飞煤灰具有黏结性, 不同煤种的 灰分黏结性也不同, 所以积灰结垢问题在锅炉和各 类型气化炉中都时有发生。同样, Shell煤气化装置 也存在积灰的可能。 Shell煤气化炉主要由气化炉
本体、输气管和合成气冷却器来自百度文库3大件组成。积灰主 要表现 在合成气 冷却器 ( 废 锅 ) 上。据统 计, 荷 兰
气流量和流速就越小。如前所述, 各种煤的煤灰在 2. 6 煤质与配煤
停车后打开合成气冷却器侧人孔, 发现大量飞 灰黏结在合成 气冷却器 的管壁上, 见图 1 和图 2。 整个合成气冷却器从上至下飞灰越积越多, 最厚处 可达 3~ 5 mm。由于飞灰的黏结性很强, 反应产生 的合成气也无法将其完全带走, 这是导致合成气冷 却器出口温度高、过热蒸汽温度低、换热效果差的 直接原因。
重大项目: 河南省煤化工重大项目。 作者简介: 牛玉奇 ( 1982 年 - ) , 男, 河南荥阳人, 2005年毕业于河南 大学化学工程与工艺专业, 助理工程师, 从 事 Sh ell煤气化装 置生产 技术管理工作。
第 4期
牛玉奇 等 She ll气化炉合成气冷却器积灰原因及应对策略
# 23#
目前国内已 投产和在建的 She ll煤 气化项目, 均采用合成气激冷流程。因此, 激冷气的量和品质 是保证合成气冷却效果和后系统正常运 行的关键 所在。若激冷比较小, 则反应产生的高温气体在激 冷段 不能完全 激冷, 气体混 合后的温 度可能高 于 900 e 。此时合成气中夹带的飞煤灰没有完全冷凝 下来, 还有部分飞煤灰处于熔 融状态, 这种状 态下 的飞煤灰很容易黏结在激冷段、输气管及合成气冷 却器上, 造成结垢和积灰。
图 1 未积灰的合成气冷却器 管束
图 2 积灰 后的合成气冷却器管束
2 合成气冷却器积灰原因及解决方案
如上所述, 合成气冷却器积灰给装置带来诸多 问题: ¹ 合成气冷却器出口合成气温度升高, 给后 系统带来隐患; º 合成气冷却器换热效果较差, 汽 包副产蒸汽温度低, 大量蒸汽放空, 造成浪费; » 为 降低合成气冷却器出口温度, 必须降低气化炉负 荷, 造成生产成本居高不下。为解决合成气冷却器 积灰问题, 永城项目技术人员进行了大量的探索和 实践, 合成气冷却器积灰问题基本得到控制。合成 气冷却器积灰原因和解决方案阐述如下。 2. 1 激冷比控制
A sh D eposition R eason and Its C oun term easure for Syngas Cooler of Shell Gasifier
N IU Y u-q ,i DUA N Zh-i guang, SHEN X iao-yan (H enan L ongyu C oal Ch em ical Eng in eering Com pany L td. , Yong ch eng H enan 476600 Ch ina )
表 1中荷兰 D em ko lec工厂的 2次废锅积灰都 是由于激冷气控制不当所 引起的。郑振安 [ 3] 也曾 提及由于激冷比控制不当造成合成气冷 却器积灰 的问题。永 城项 目 曾有 一 段 时间 激 冷比 控 制 在 0. 98左右, 结果合成气冷却器出口温度在 24 h内升 高了 8 e 。在其他运行情况不变, 激冷比在 1. 1以 上运行时, 可保持合成气冷却器出口温度稳定。根 据运行经验, 笔者认为激冷比应尽量大, 100% 负荷 时应控制激冷比 \1. 1。 2. 2 氧煤比调节
She ll气化炉设计负荷可在 40% ~ 100% 之间调 成气冷却器积灰的原因之一, 目前我们已将石灰石
整, 这已得到多家工厂的实践检验。气化炉负荷越 配比降至 5% ~ 6% 。实践证明, 较低的石灰石配比
低, 则产气量越小, 那么经过合成气冷却器的合成 为气化炉与合成气冷却器提供了更大的操作空间。
接关系, 以上 3个参数也因煤质及各项目硬件设计的 器, 也增加了积灰的程度。因 此, CaO 并不是 越多
不同而变化, 本项目一般控制氧煤比在 0. 8~ 0. 85。 越好, 应根据不同煤种适量添加。本装置运行初期
2. 3 气化炉负荷的影响
石灰石添加量较高, 为煤量 的 10% ~ 12% , 这是合
# 24#
化肥设计
2009年第 47卷
量也达不到设计值, 并且未反应的煤粉和飞灰随煤 加其故障率, 因此须根据生产需要适当调节。
合成气进入合成气冷却器, 逐渐黏结在换热器的管 2. 5 石灰石配比
壁上, 加剧了合成气冷却 器的积灰程度。因此, 必
若气化用煤的灰熔点较高, 可通过加入一定比
须根据煤质适当地控制氧煤比。 操作过程中主要根据以下 3点来调节氧煤比:
Abstract: In com b inat ion w ith the runn ing experience in the coal gas if icat ion p lan t of Longyu C oal Chem ical Eng ineering C om pany L td. , au thor h as s tud ied the ash depos it ion p rob lem of syngas cooler, ex ist ing in the runn ing process of Shell gasifier; has an alyzed th e reason of ash deposition of syngas cooler, has perform ed th e app ropriate solu tion sch eme, the resu lt ind icates that th e im portan t factor for th e ash d epos ition of syngas cooler is determ ined by the coal qual ity, the coal form u lat ing can ef fect ively solve th e ash depos ition p rob lem of th e syngas cooler.
( 3) 过热蒸汽温度降低。压力在 5. 5 M Pa时, 蒸汽的饱和温度为 271 e , 饱和蒸汽经过热后, 设 计值为 400 e 。合成气冷却器积灰后, 过热蒸汽温 度降低, 严重时连 320 e 也不能保证。永城项目设 计 100% 负荷时过热蒸汽产量约 108 t / h, 因过热蒸 汽温度低, 大量蒸汽不能并网, 造成严重浪费。 1. 2 积灰的位置
A ug. 2009
# 22#
生 产技 术
化肥设计 Chem ical Fertilizer Design
第 47卷 第 4期 2009年 8月
Shell气化炉合成气冷却器积灰 原因及应对策略
牛玉奇, 段志广, 沈小炎
(龙宇煤化工有限公司, 河南 永城 476600)
摘 要: 结合龙宇煤化工有限公司煤气化装置的运行经验, 研究了 She ll气化炉在运行过程中出现的合成气冷却器 积灰的问题; 分析了合成气冷却器积灰的原因, 实施了相应解决方案。结果表明, 煤 质是决定 合成气冷却 器积灰的 重要因素, 配煤可以有效地解决合成气冷却器的积灰问题。 关键词: Shell煤气化炉; 合成气冷却器; 积灰; 煤质; 配煤 中图分类号: TQ 545 文献标识码: A 文 章编号: 1004- 8901( 2009) 04- 0022- 04
Demko lec工厂在 1997年 6月至 1999年 8月的 8次 非计划停车中, 有 2次就是因为合成气冷却器积灰 所导致的, 见表 1[ 2 ] 。
表 1 荷兰 Dem kolec工厂非计划停车情况统计
时间 1997- 09 1997- 12
1998- 03 1998- 07
1998- 11 1999- 01
永城项目气化装置在试生产初期, 合成气冷却 器积灰问题一直影响着气化炉的高负荷、长周期运 行。据了解, 国 内外目前已运 行的 Shell煤气化装 置, 如荷兰 Dem ko lec电厂、神华煤制氢、双环、洞氮、 安庆 [ 1] 等项目, 都不同程度地受到合成气冷却器积 灰结垢问题的影响。永城项目经 过近 1 年的探索 和实践, 积灰问题得到初步控制, 并积累了一定的 经验, 现阐述如下。
氧煤比是控制气化反应的关键因素, 它直接决 定着 气化炉反 应温度、煤的 转化率及 有效气体 成 分。若氧煤比控 制得当, 则可达到 Shell设计 的各 项控制指标。若氧煤比过高, 产生的高温气体不能 在激冷段完全激冷, 则可导致合成气冷却器入口结 垢, 甚至烧坏气化炉膜式壁; 若氧煤比过低, 则煤粉 反应不完全, 煤的转化率低, 合成气的有效成 分含
1. 1 积灰的现象 ( 1) 合成气冷却器出口温度较高, 甚至接近高
限。在气化炉点火投煤, 负荷提到 90% 以上后, 合 成气冷却器入口温度一般保持在 650 e 左右, 出口 温度一般稳定在 280~ 290 e 之间, 这时合成气冷 却器运行状况良好, 无积灰现象。稳定运行约 8~ 10 天后出口温度即开始缓慢上升, 在约 10~ 15 天 的时间内, 最终达到并超过设计值 340 e , 甚至接 近高限 380 e 。
( 2) 合成气冷却器入口和出口温度温差降低。 在 90% 以上负荷时, 合成器冷却器入口温度在 650 ~ 680 e 之间, 出口温度按设计 340 e 计算, 则入口 与出口温度差一般为 310 ~ 340 e 。刚 开车时, 出 口温度一般稳定在 280~ 290 e 之间, 此时温差更 高。可达 400 e 。合成器冷却器积 灰后出口温度 接近 380 e , 合成气冷 却器入口 与出口温 差降至 270 e , 此时必须被动降负荷或降氧煤比以保证不 超温。降负荷后, 入口温度也随之逐渐降低到 550 ~ 600 e , 入口与出口温差也进一步降到 170 e 。
例的 CaO 来降低煤的灰熔点, 但加入过量的 CaO, 反而会析出 C aO 单体, 使灰熔点增高 [ 4] 。由于 CaO
¹ 汽包一段蒸汽产量; º 合成气 组分中 CO2 含量; » 渣池循环水的含固量。氧煤比的高低与煤质有直
本身不参与气化反应, 添加 CaO 等于增加了煤中灰 分的 含量, 更多的 灰分随合 成气进入 合成气冷 却
K ey w ords: Shell coal gas ifier; syngas cooler; ash deposit ion; coal quality; coal formu lat ing
河南永城年产 50万 t甲醇项目于 2008年 4月 6 日 1次投料试车成功并打通全流程, 顺利产出甲醇。 该项目气化装置采用目前世界上先进的 Shell煤气化 技术, 设计投煤量为 2 000 t /d, 是世界首套 She ll煤气 化技术在煤制甲醇上的应用。截至 2009年 1月底, 永城项目气化装置的开工率大于 65% , 氧负荷曾达 到 102% , 装置最长连续运行时间超过 60天。
1999- 03 1999- 07
停 车 原因
更换煤种时出现大渣, 导致锁斗阀堵塞。 投烧新煤种时对激冷气量控制不当, 引起废锅进口 温度过高, 导致废锅积灰。 更换煤种时出现大渣, 导致锁斗阀堵塞。 投烧新煤种时对激冷气量控制不当, 引起废锅进口 温度过高, 导致废锅积灰。 渣池上部筒状热裙上的耐火砖脱落, 造成锁斗阀堵塞。 由于 pH 测 量仪发生 故障, 导 致洗涤塔 内 pH 值过 低, 发生洗涤塔内材料腐蚀。 更换煤种时出现大渣, 导致锁斗阀堵塞。 省煤器水管发生泄漏。
1 合成气冷却器积灰
由于高温下的飞煤灰具有黏结性, 不同煤种的 灰分黏结性也不同, 所以积灰结垢问题在锅炉和各 类型气化炉中都时有发生。同样, Shell煤气化装置 也存在积灰的可能。 Shell煤气化炉主要由气化炉
本体、输气管和合成气冷却器来自百度文库3大件组成。积灰主 要表现 在合成气 冷却器 ( 废 锅 ) 上。据统 计, 荷 兰
气流量和流速就越小。如前所述, 各种煤的煤灰在 2. 6 煤质与配煤
停车后打开合成气冷却器侧人孔, 发现大量飞 灰黏结在合成 气冷却器 的管壁上, 见图 1 和图 2。 整个合成气冷却器从上至下飞灰越积越多, 最厚处 可达 3~ 5 mm。由于飞灰的黏结性很强, 反应产生 的合成气也无法将其完全带走, 这是导致合成气冷 却器出口温度高、过热蒸汽温度低、换热效果差的 直接原因。
重大项目: 河南省煤化工重大项目。 作者简介: 牛玉奇 ( 1982 年 - ) , 男, 河南荥阳人, 2005年毕业于河南 大学化学工程与工艺专业, 助理工程师, 从 事 Sh ell煤气化装 置生产 技术管理工作。
第 4期
牛玉奇 等 She ll气化炉合成气冷却器积灰原因及应对策略
# 23#
目前国内已 投产和在建的 She ll煤 气化项目, 均采用合成气激冷流程。因此, 激冷气的量和品质 是保证合成气冷却效果和后系统正常运 行的关键 所在。若激冷比较小, 则反应产生的高温气体在激 冷段 不能完全 激冷, 气体混 合后的温 度可能高 于 900 e 。此时合成气中夹带的飞煤灰没有完全冷凝 下来, 还有部分飞煤灰处于熔 融状态, 这种状 态下 的飞煤灰很容易黏结在激冷段、输气管及合成气冷 却器上, 造成结垢和积灰。
图 1 未积灰的合成气冷却器 管束
图 2 积灰 后的合成气冷却器管束
2 合成气冷却器积灰原因及解决方案
如上所述, 合成气冷却器积灰给装置带来诸多 问题: ¹ 合成气冷却器出口合成气温度升高, 给后 系统带来隐患; º 合成气冷却器换热效果较差, 汽 包副产蒸汽温度低, 大量蒸汽放空, 造成浪费; » 为 降低合成气冷却器出口温度, 必须降低气化炉负 荷, 造成生产成本居高不下。为解决合成气冷却器 积灰问题, 永城项目技术人员进行了大量的探索和 实践, 合成气冷却器积灰问题基本得到控制。合成 气冷却器积灰原因和解决方案阐述如下。 2. 1 激冷比控制
A sh D eposition R eason and Its C oun term easure for Syngas Cooler of Shell Gasifier
N IU Y u-q ,i DUA N Zh-i guang, SHEN X iao-yan (H enan L ongyu C oal Ch em ical Eng in eering Com pany L td. , Yong ch eng H enan 476600 Ch ina )
表 1中荷兰 D em ko lec工厂的 2次废锅积灰都 是由于激冷气控制不当所 引起的。郑振安 [ 3] 也曾 提及由于激冷比控制不当造成合成气冷 却器积灰 的问题。永 城项 目 曾有 一 段 时间 激 冷比 控 制 在 0. 98左右, 结果合成气冷却器出口温度在 24 h内升 高了 8 e 。在其他运行情况不变, 激冷比在 1. 1以 上运行时, 可保持合成气冷却器出口温度稳定。根 据运行经验, 笔者认为激冷比应尽量大, 100% 负荷 时应控制激冷比 \1. 1。 2. 2 氧煤比调节
She ll气化炉设计负荷可在 40% ~ 100% 之间调 成气冷却器积灰的原因之一, 目前我们已将石灰石
整, 这已得到多家工厂的实践检验。气化炉负荷越 配比降至 5% ~ 6% 。实践证明, 较低的石灰石配比
低, 则产气量越小, 那么经过合成气冷却器的合成 为气化炉与合成气冷却器提供了更大的操作空间。
接关系, 以上 3个参数也因煤质及各项目硬件设计的 器, 也增加了积灰的程度。因 此, CaO 并不是 越多
不同而变化, 本项目一般控制氧煤比在 0. 8~ 0. 85。 越好, 应根据不同煤种适量添加。本装置运行初期
2. 3 气化炉负荷的影响
石灰石添加量较高, 为煤量 的 10% ~ 12% , 这是合
# 24#
化肥设计
2009年第 47卷
量也达不到设计值, 并且未反应的煤粉和飞灰随煤 加其故障率, 因此须根据生产需要适当调节。
合成气进入合成气冷却器, 逐渐黏结在换热器的管 2. 5 石灰石配比
壁上, 加剧了合成气冷却 器的积灰程度。因此, 必
若气化用煤的灰熔点较高, 可通过加入一定比
须根据煤质适当地控制氧煤比。 操作过程中主要根据以下 3点来调节氧煤比:
Abstract: In com b inat ion w ith the runn ing experience in the coal gas if icat ion p lan t of Longyu C oal Chem ical Eng ineering C om pany L td. , au thor h as s tud ied the ash depos it ion p rob lem of syngas cooler, ex ist ing in the runn ing process of Shell gasifier; has an alyzed th e reason of ash deposition of syngas cooler, has perform ed th e app ropriate solu tion sch eme, the resu lt ind icates that th e im portan t factor for th e ash d epos ition of syngas cooler is determ ined by the coal qual ity, the coal form u lat ing can ef fect ively solve th e ash depos ition p rob lem of th e syngas cooler.
( 3) 过热蒸汽温度降低。压力在 5. 5 M Pa时, 蒸汽的饱和温度为 271 e , 饱和蒸汽经过热后, 设 计值为 400 e 。合成气冷却器积灰后, 过热蒸汽温 度降低, 严重时连 320 e 也不能保证。永城项目设 计 100% 负荷时过热蒸汽产量约 108 t / h, 因过热蒸 汽温度低, 大量蒸汽不能并网, 造成严重浪费。 1. 2 积灰的位置
A ug. 2009
# 22#
生 产技 术
化肥设计 Chem ical Fertilizer Design
第 47卷 第 4期 2009年 8月
Shell气化炉合成气冷却器积灰 原因及应对策略
牛玉奇, 段志广, 沈小炎
(龙宇煤化工有限公司, 河南 永城 476600)
摘 要: 结合龙宇煤化工有限公司煤气化装置的运行经验, 研究了 She ll气化炉在运行过程中出现的合成气冷却器 积灰的问题; 分析了合成气冷却器积灰的原因, 实施了相应解决方案。结果表明, 煤 质是决定 合成气冷却 器积灰的 重要因素, 配煤可以有效地解决合成气冷却器的积灰问题。 关键词: Shell煤气化炉; 合成气冷却器; 积灰; 煤质; 配煤 中图分类号: TQ 545 文献标识码: A 文 章编号: 1004- 8901( 2009) 04- 0022- 04
Demko lec工厂在 1997年 6月至 1999年 8月的 8次 非计划停车中, 有 2次就是因为合成气冷却器积灰 所导致的, 见表 1[ 2 ] 。
表 1 荷兰 Dem kolec工厂非计划停车情况统计
时间 1997- 09 1997- 12
1998- 03 1998- 07
1998- 11 1999- 01
永城项目气化装置在试生产初期, 合成气冷却 器积灰问题一直影响着气化炉的高负荷、长周期运 行。据了解, 国 内外目前已运 行的 Shell煤气化装 置, 如荷兰 Dem ko lec电厂、神华煤制氢、双环、洞氮、 安庆 [ 1] 等项目, 都不同程度地受到合成气冷却器积 灰结垢问题的影响。永城项目经 过近 1 年的探索 和实践, 积灰问题得到初步控制, 并积累了一定的 经验, 现阐述如下。
氧煤比是控制气化反应的关键因素, 它直接决 定着 气化炉反 应温度、煤的 转化率及 有效气体 成 分。若氧煤比控 制得当, 则可达到 Shell设计 的各 项控制指标。若氧煤比过高, 产生的高温气体不能 在激冷段完全激冷, 则可导致合成气冷却器入口结 垢, 甚至烧坏气化炉膜式壁; 若氧煤比过低, 则煤粉 反应不完全, 煤的转化率低, 合成气的有效成 分含
1. 1 积灰的现象 ( 1) 合成气冷却器出口温度较高, 甚至接近高
限。在气化炉点火投煤, 负荷提到 90% 以上后, 合 成气冷却器入口温度一般保持在 650 e 左右, 出口 温度一般稳定在 280~ 290 e 之间, 这时合成气冷 却器运行状况良好, 无积灰现象。稳定运行约 8~ 10 天后出口温度即开始缓慢上升, 在约 10~ 15 天 的时间内, 最终达到并超过设计值 340 e , 甚至接 近高限 380 e 。