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壳牌气化炉渣屏结渣原因分析及对策--第1页
壳牌气化炉渣屏结渣原因分析及对策
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。
壳牌气化炉渣屏结渣原因分析及对策--第1页
壳牌气化炉渣屏结渣原因分析及对策--第2页
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
壳牌气化炉渣屏结渣原因分析及对策--第2页
壳牌气化炉渣屏结渣原因分析及对策--第3页
在气化炉高温和CO、H、C组成的还原环境下,原煤中过高的FeO被还原生
223
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。
FeO+3H→2Fe+3HO
2322
Fe0+3CO→2Fe+3CO
232
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
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