关于制约壳牌气化炉长周期稳定运行因素研究

(晋能控股煤业集团广发化学工业有限公司, 山西 大同 037008)

摘 要：壳牌气化炉在煤气化系统中起到关键作用，本文介绍了壳牌气化炉的工艺特点，重点分析制约壳牌气化炉长周期稳定运行的影响因素，并且对此提出相关解决对策。

关键词：壳牌气化炉；稳定运行；影响因素

我国煤炭存储量非常丰富，每年的开采量达到十亿吨，煤炭能源在我国占比极高，能源消费可达到70%以上，煤炭能源主要用于发电，煤化工主要使用煤炭，近年来煤化工工艺技术逐渐成熟，目前引进的设备主要是荷兰牌气化炉，壳牌气化炉是荷兰壳牌公司生产的，壳牌气化炉采用的是水冷壁结构，炉内使用渣挡渣技术。壳牌气化炉使用过程中温度在1400-1600℃，气化炉在长时间运行过程中不需要换备用炉。气化炉装置一次使用费用达到几百万，检修一次的周期较长。所以保证壳牌气化炉长期稳定运行至关重要，当前仍有一些影响气化炉稳定运行的因素，主要有几大因素，一是原料煤的性质，二是气化炉渣口堵渣问题，三是合成管线的防腐问题等，这几大因素都会制约壳牌气化炉稳定运行。

1 壳牌气化炉工艺技术

壳牌气化炉的温度可达到1400-1600℃，因其温度过高，所以不能使用水煤浆气化炉的耐火砖结构，目前主要是用水冷壁和液态排渣技术，通常是在水冷壁的外表面覆盖一层耐火材料，此类材料是碳化硅，内表面使用金属销钉。此类材料耐火温度高达1500℃，并且在一定时间内可以适应1400-1600℃的高温环境。当气化炉在头煤初期的几个小时内，水冰壁的表面还没渣层生成时，此时需要使用含碳化硅耐火材料对水冷壁进行保护。

碳化硅材料不能长时间处在高温下，否则会增加材料的损耗，减少材料使用寿命，导致不能完整的保护水冷壁。壳牌气化炉是使用以渣抗渣的技术手段，通过使用原料煤灰分的技术原理对水冷壁形成保护。

壳牌气化炉的炉膛部分有多只粉煤烧嘴，烧嘴在偏离法线的方向插入水冷壁。在设备运行过程中，烧嘴高速运转，会分离出粉煤和氧气，使其发生不完全的氧化反应，生产出粗煤气，其中灰分生成微小颗粒，在高速旋流粗煤的作用下产生离心力，粗煤中微笑颗粒会在水冷壁的内表面生成渣层，渣层主要是两部分组成，一是紧贴水冷壁的固定渣层，固定渣层的厚度较为固定，二是对着火面的被称为液态渣层，因其受重力影响较大，厚度变化较快。图一为壳牌气化炉水冷壁和渣层剖面图。

图一 壳牌气化炉水冷壁和渣层剖面图

如果总渣层较薄时，因为耐火材料和金属销钉导热性能，会导致液态渣层内部会逐渐冷却到灰熔点使其固化，固定渣层和总渣层的厚度逐渐增加；如果总渣层的厚度较大，渣层会阻碍热量传递，液态渣层达到灰熔点时，流动性会增加，同时会降低液态渣层的厚度，保持渣层厚度达到平衡的状态。

当气化炉内煤灰分和灰组成较为稳定、氧煤比控制较好，水冷壁内工作系统温稳定，所以气化温度就不会出现较大波动，进而使得渣的流动性较稳定，渣层厚度也能保持动态平衡，有效的实现以渣治渣的技术原理，同时也能保持水冷壁不会被腐蚀，最终实现对水冷壁的保护。

2 设备管理对壳牌气化炉长周期稳定运行的影响

设备管理是保证壳牌气化炉长期稳定运行的前提，设备管理主要从两个方面说起，一方面是关键设备，此类设备对生产环节较为重要，直接会影响生产效率，当设备出现故障时，直接会影响整个生产线，对企业造成严重经济损失；另一方面是一般设备，此类设备在整个生产过程中，不会直接对企业造成经济损失，也不会耽误生产效率。关键设备和一般设备是相辅相成的关系，可以根据公司的规划进行转换，目前对于现阶段两类设备都不同的管理条例。

2.1 关键设备管理方式  

在生产线上的关键设备，需要通过专业的人员进行定期巡查，并且结合以往的运行经验，和厂家多多沟通，将定期巡检记录成册，以供专业人员作为参考，并且在巡检过程中，将异常情况及时进行上报，超过标准规范的数据及时上报管理人员。同时要增加各个设备巡检频率，对于各类巡检过程，记录在表格内，以供后期参考，防止关键设备出现故障，影响运行。

2.2 一般设备管理方式

一般设备管理方式，通常是采用将设备责任落实到人的管理方式，将每个需要维护保养的设备，全部都落实到责任人，保证每个设备都有相关人员进行维护管理。

2.3 监督管理方式

通过在基层车间建立设备管理小组，对设备小组的成员进行人员的职责分工，同时设置班组长的岗位，强调班组长的管理责任，当设备出现问题时，要将责任落实到小组内成员，保证每个基层管理人员都能发挥更大作用。

2.4 设备管理是影响气化炉稳定运行的关键   

设备管理的成效直接影响企业的生产效率，关键设备能否正常运行，跟气化装置能否正常生产有直接联系。设备保养是设备管理的关键环节，设备维修保养后能否达到设备的使用寿命，是日常维修的重点，在维修过程中，一定严格按照规定来操作，保证好维修质量。

2.5 维修保养是设备管理中的重要步骤  

设备维修可以延长设备使用寿命，企业应组织专业巡检人员定期对设备进行保养，对故障设备进行及时检修，提高巡检频次，加大维修保养力度。对于故障设备要能做到及时有效的进行抢修，保证企业生产的稳定运行。

2.6 根据实际工艺要求对设备进行改造  

根据企业的生产情况，为了方便企业生产，适当的对局部的设备进行技术改造，目的是保障生产安全，方便工人生产。

3 原料煤管理对壳牌气化炉长周期稳定运行的影响

壳牌气化炉对于煤质量的要求较高，所以企业要重视对原料煤的管理。壳牌气化炉是在灰熔点以上进行生产加工，煤的灰熔点较高，所以对于气化反应的温度更高。当灰熔点较高时，气化炉的温度就需要更高，所以当气化炉的温度高于每灰熔点的温度时才能顺利将渣排出，气化炉的炉壁和烧嘴容易被烧坏，当温度过高时，还容易将气化炉炉壁上渣会迅速流下去，导致渣口堵塞；灰熔点较高时，会导致气化炉的温度升高，在一定功率作用下，会产品一定的十字架积灰，积累一定量会使得设备暂停。当煤的灰熔点过低是，会出现飞渣，飞渣会附在激冷段和输送段。煤的灰熔点低于1100℃，灰中的微量元素会形成飞渣堵塞激冷段。

3.1 原料煤的性质是壳牌气化炉稳定运行的关键   

壳牌气化炉使用的原料煤，对热值、灰分低、灰熔点等都有要求，要求气化炉的温度需要达到1450℃，对于煤灰分控制需要在8%-15%之间，灰分中的酸碱比要求在1.6；硅铝比需要在2.1,。当气化炉的温度控制合理，气化炉壁的渣也会较为均匀薄厚适中。由于壳牌气化炉对于原料煤的要求较高，所以大部分的厂家使用一种或者多种原料煤进行生产加工，以此解决原料煤品种单一问题。

3.2 原料煤的管理问题    

对于入厂的原料煤要进行严格检查，因为壳牌气化炉对于原料煤的质量要求较高，当一吨不合格的原料煤导入气化炉中，会可能直接将气化炉堵住，气化炉的用煤量较大，所以对于原料煤的入厂一定要严格把控，禁止不合格的原料煤入厂。

3.3 气化炉的配煤管理    

由于气化炉对于煤的规格要求较高，所以一般采用几种煤进行配制，按照此种办法来解决原料煤不合格的问题。原料煤进行配制，需要经过严格的配煤管理方案，同时呀进行严格审查，配出的煤堆要按照规定进行存储。

4 提高操作人员的专业技能

4.1 操作人员专业技能是保障气化炉长期稳定运行的重要因素  

对于壳牌气化炉的操作人员的专业技能要求极高，需要在突发故障时能及时定位问题并给出合理的解决措施，所以操作人员需要对气化炉的装置能充分的认识，对于气化炉的参数进行监控， 这些都是提高操作人员专业技能的关键。壳牌气化炉对于炉光控制点达到5000多个，怎么在众多控制点中找到重要的，是气化炉生产运行的重要技能。操作人员日常需要判断气化炉温度高低、判定激冷气量是否充足，十字架是否有灰，渣系统排渣是否顺畅等等情况，这些是保证气化炉稳定运行的前提。

4.2 长期培养操作人员的专业技能    

气化炉的操作人员是通过长期的理论学习、结合实际操作等经验的累积，所以才能对于紧急事故进行应急处理。当气化炉在运行状态下，水汽系统如何进行升温操作、如何进行升温速率操作等，在操作过程中需要注意哪些问题，怎么防止事故发展等，都需要专业的操作人员进行处理，所以企业需要对操作人员进行长期培养。

5 仪表电器与壳牌气化炉工艺技术相配合    

仪表电器配合是保证气化炉长期稳定运行的重要影响因素，仪表和化工生产息息相关，像煤粉加压输送位置，煤粉的破桥程序不好，经常导致程序中断，煤粉不能正常下来，所以根据生产情况将破桥程序进行改进，这次能保证程序正常运行。

6 结语

壳牌气化炉在我国化工行业应用广泛，气化炉结构较为复杂，投入成本较高，如何保证壳牌气化炉长期稳定运行，一直是煤化企业重点关注的问题，文章就气化炉遇到的常见问题进行总结，并提出相关解决措施。

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       来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>