壳牌气化炉运行与维护

Shell(壳牌)煤气化工艺(Shell Coal Gasification Process,简称SCGP),是由荷兰壳牌国际石油公司开发的一种加压气流床粉煤气化技术。 该工艺属于干法进料,液态排渣气化炉。煤种适应性广、碳转化率高、设备生产能力大、生成粗煤气中有效气体(CO+H2)含量可达90%以上。

一、Shell煤气化基本原理

气流床气化过程实际上是煤炭在高温下的热化学反应过程。 由于在气化炉内高温条件下发生多相反应,反应过程极为复杂,可能进行的化学反应很多,在高温条件下,生成的煤气中主要含CO、H2、CO2、H2O、N2和少量的H2S、COS及CH4等。

在气化炉中进行的气化反应过程及反应方程可概括如下。

1.粉煤的干燥及裂解与挥发物的燃烧气化

由于气流床反应温度很高,粉煤受热速度极快,可以认为煤粉中的残余水分瞬间快速蒸发,同时发生快速的热分解脱除挥发分,生成半焦和气体产物。 生成的气体产物中的可燃成分(CO、H2、CH4、Cn Hm)在富含氧气的条件下,迅速与O2发生燃烧反应,并放出大量的热,使粉煤夹带流温度急剧升高,并维持气化反应的进行。

 

2.固体颗粒与气化剂(氧气、水蒸气)间的反应

脱除挥发分的粉煤固体颗粒或半焦中的固定碳,在高温条件下,与气化剂进行气化反应,使氧消耗殆尽。

2C+O2→2CO C+O2→CO2

炽热的半焦与水蒸气进行还原反应,生成CO和H2。C+H2O →CO+H2 2C+H2O →CO2+2H2

3.生成的气体与固体颗粒间的反应

高温的半焦颗粒,除与气化剂水蒸气和氧气进行气化反应外,与反应生成气也存在气化反应。

C+CO2→2CO C+2H2→CH4

煤中的硫,在高温还原性气体存在的条件下,与H2和CO反应生成H2S和COS。

 

4.反应生成气体彼此间进行的反应

CO+H2O →CO2+H2

CO+3H2→CH4+H2O

CO2+4H2→CH4+2H2O

2CO+2H2→CH4+CO2

H2S+CO →COS+H2

二、Shell煤气化工艺特征

1.粉煤进料

煤的气化反应是非均相反应,又是剧烈的热交换反应,影响煤气化反应的主要因素除气化温度外,气固间的热量传递、固体内部的热传导速率及气化剂向固体内部的扩散速率是控制气化反应的主要因素。 气流床气化是气固并流,气体与固体在炉内的停留时间几乎相同,都比较短。 煤粉气化的目的是想通过增大煤的比表面积来提高气化反应速度,从而提高气化炉的生产能力和碳的转化率。 在固定床气化过程中,气体和固体是逆向流动,对入炉原料粒度及原料中粉煤的含量要严格控制。 在流化床气化过程中,气体和固体的流动是并流和逆流共存,要保证气化炉的正常操作,对入炉原料中粉煤的含量也要求控制在一定的比例。而气流床气化入炉原料的粒度越细对气化反应越有利,可以有效地提高气化反应速率,从而提高气化炉的生产能力和碳的转化率。 因此,粉煤气化通过降低入炉原料粒度来提高固体原料的比表面对气化反应就更有其特殊意义。 随着采煤技术自动化程度的提高,商品煤中粉煤含量就越多,因此采用粉煤气化就显得日趋重要。

2.高温气化

气流床煤气化反应温度比较高,气化炉内火焰中心温度一般可高达2000℃以上,出气化炉气固夹带流的温度也高达1400~1700℃,参加反应的各种物质的高温化学活性充分显示出来,因而碳转化率特别高。 高温下煤中的挥发分如焦油、氮、硫化物、氰化物也可得到充分的转化。 其他组分也通过彻底的“内部燃烧”转变成煤气。 因此,得到的产品煤气比较纯净,煤气洗涤污水较容易处理。 对非燃料用气如合成氨或甲醇的原料气来说,甲烷是不受欢迎的,随着气化温度的升高其所产生的气体中甲烷含量显著降低,因此Shell煤气化特别适合于生产高含量CO+H2的合成气。高温气化生产合成气的显热可通过废热锅炉回收,生产蒸汽。 所生产的蒸汽除自身生产应用外,还可以和其他的化工企业或发电企业联合一起利用。 由于是高温气化,因此气流床气化氧气消耗量比较高。

3.液态排渣

在气流床气化过程中,夹带大量灰分的气流,通过熔融灰分颗粒间的相互碰撞,逐渐结团、长大,从气流中得到分离或勃结在气化炉壁上,并沿炉壁向下流动,以熔融状态排出气化炉。 经过高温的炉渣,大多为惰性物质,无毒、无害。 由于是液态排渣,要保证气化炉的稳定操作,气化炉的操作温度一般在灰的流动温度(FT)以上,原料煤的灰熔点越高,要求气化操作温度也就越高,这样势必会造成气化氧气的消耗量增加,影响气化运行的经济性,因此,使用低灰熔点煤是有利的。 对于高灰熔点煤,可以通过添加助熔剂,降低灰熔点和灰的翻度,从而提高气化的可操作性,气流床气化对煤的灰熔点要求不是十分严格。

4.环境效益好

因为气化在高温下进行,且原料粒度很小,气化反应进行得极其充分,影响环境的副产物很少,因此干法粉煤加压气流床工艺属于“洁净煤”工艺。 Shell煤气化工艺脱硫率可达95%以上,并生产出纯净的硫黄副产品,产品气的含尘量低于2mg/m3(标)。气化产生的熔渣和飞灰是非活性的,不会对环境造成危害。 工艺废水易于净化处理和循环使用,通过简单处理可实现达标排放。 生产的洁净煤气能更好地满足合成气、工业锅炉和燃气透平的要求及环保要求。

三、Shell煤气化主要操作条件及影响因素

1.氧煤比

氧煤比的大小是影响气化炉温度、碳的转化率、煤气中有效气体(CO+H2)含量高低的重要因素。 随着氧煤比的增加,燃烧反应增多,放出更多的热量,气化温度提高。 高的反应温度保证了煤中矿物质的充分流化,灰渣残碳降低,碳的转化率提高。 但燃烧反应的增加,会使煤气中CO2的含量上升,CO的含量下降,煤气中有效气体(CO+H2)含量降低,煤气组成与氧煤比的关系如图3．4．1所示。理想的氧煤比应使氧的消耗最少,煤气中CO2的含量最低,碳的转化率最高。 氧煤比与消耗指标的关系如图3．4．2所示。

图3．4．3表示了氧煤比对气化过程的影响,从图3．4．3可见,A点CO2含量最低。氧耗量较少,有效气体含量最高,但气化温度和碳转化率较低;B点CO2含量及氧耗量不太高,而碳转化率较高,是合适的运行点。 所以合适的氧煤比应保证n(O)/n(C)在1．1左右。

 

图3．4．1 氧煤比与煤气组成的关系

 

图3．4．2 氧煤比与消耗指标的关系

 

图3．4．3 氧煤比对气化过程的影响

2.温度

气化温度的高低是影响气化效果的重要因素。 气化温度高,反应速率快,碳的转化率高,灰渣残炭降低,同时煤中的烃类分解完全,合成气中除微量的甲烷外,不含其他的烃类。但过高的气化温度会使熔渣的黏度变小,炉壁灰渣层厚度变薄。 实际生产中的气化温度通过氧煤比和蒸汽氧比控制。

3.压力

气化压力的提高,可提高气化炉的生产能力,减小设备的尺寸,节省后续的压缩功。 目前Shell煤气化的压力一般为3．0~5．0MPa。

4.气力输送

利用气体在管内的流动输送粉粒状固体的方法称为气力输送。 空气是最常用的输送介质;但在输送易燃、易爆的粉料时,也可用其他惰性气体。

气力输送的主要优点如下:

(1)统密闭,可避免物料的飞扬,减少物料的损失,改善劳动条件。

(2)输送管线不受地形的限制。

(3)设备紧凑,易于实现连续、自动化操作,便于和连续的化工过程衔接。

(4)在气力输送过程中可同时进行粉体的干燥、粉碎、冷却、加热等操作。

气力输送消耗的动力较大,颗粒尺寸受一定限制,在输送过程中粒子易于破碎,管壁也受到一定程度的磨损。 对含水量多、有黏性或高速运动时易产生静电的物料,不宜用气力输送,而以机械输送为宜。

四、煤种及煤的性质对Shell气化的影响

Shell煤气化对煤种有广泛的适应性,它几乎可以气化从无烟煤到褐煤的各种煤。 由于采用了粉煤进料和高温、加压气化,对煤的活性、黏结性、机械强度、水分、灰分、挥发分等煤的一些关键理化特性的要求显得不十分严格。 但从技术经济角度考虑也并不是所有煤种均适宜于Shell粉煤气化工艺。 煤种及煤的性质对Shell气化的具体影响如下。

1.煤种对Shell气化的影响

煤种不同主要是煤中挥发分含量的不同,Shell气化工艺对煤中挥发分没有特别要求。一般来说,煤中挥发分的含量与煤的反应活性有关系,挥发分含量大的煤反应活性亦高, Shell气化炉要求煤粉与气化剂瞬间反应,因此,要求煤粉的反应活性高一点好,当然,低反应活性的煤通过减小颗粒尺寸的方法也可以很好地气化。

2.水分对Shell气化的影响

Shell气化时,煤中的水分被蒸发出来成为气化剂,随着入炉水分含量的增加,气化时甚至可不加蒸汽。 蒸汽加入量过多反而引起能量的浪费,蒸汽的加入主要为调节气化温度。煤中水分高低对粉煤磨制及输送的影响非常大。 煤中水分偏高,会显著增加磨煤单元能耗,导致粉煤在储存过程中形成架桥堵塞,给粉煤转储带来不便;Shell粉煤气化工艺要求煤中水分越低越好,原则上要求不超过10%为宜。 表3．4．1为入炉煤中水含量对各项气化指标的影响。

表3．4．1 入炉煤中水含量对气化性能的影响

 

续表

 

3.灰分对Shell气化的影响

Shell煤气化工艺的重要原理之一就是“以渣抗渣”,所谓“以渣抗渣”是指利用熔融炉渣在气化炉膜式水冷壁上形成一层动态渣层,来保护气化炉内件及耐火材料,防止其承受高温热冲击及高速合成气流的冲刷磨蚀。 动态渣层还能有效维持气化炉温度,减少热损,从而对降低气化炉氧耗、煤耗,提高气化炉冷煤气效率有很大帮助。 只有煤中灰分含量合适,才能在气化炉膜式水冷壁上形成良好渣层。 如果煤中灰分太低,就无法在气化炉膜式水冷壁上形成保护渣层,或形成渣层太薄,达不到保护气化炉内件效果。 如果煤中灰分太高,会增加Shell粉煤气化装置的能耗和物耗,相关设备仪表的寿命也会大大缩短。

4.灰熔点对Shell气化的影响

Shell煤气化工艺采用液态排渣,适合气化灰熔点较低的煤。 灰熔点超过1350℃时,需要加助熔剂来降低煤的灰熔点。 但如果煤的灰熔点过低,在Shell粉煤气化炉上气化时存在转化率偏低、无法挂渣等问题。

5.煤灰黏度对Shell气化的影响

Shell粉煤气化工艺要求气化炉所产炉渣的黏度必须在25~40Pa·s,该黏度范围内的熔渣能确保气化炉膜式水冷壁上正常挂渣,保证气化炉顺利排渣。 如果炉渣黏度太高,则会导致气化炉膜式水冷壁上的液态挂渣流动速度偏慢,大量炉渣容易在气化炉出渣口处累积并形成大渣块,从而给气化炉的排渣带来麻烦。 如果炉渣黏度太低,则会导致气化炉膜式水冷壁上的液态挂渣流动速度偏快,液态挂渣的厚度就会减薄,气化炉热损就会随之增加,气化炉的氧耗、煤耗也会相应增大,气化炉挂渣厚度减薄后,高速合成气流对气化炉内件的冲刷磨蚀还会加剧,严重缩短气化炉膜式水冷壁的使用寿命。

6.煤灰黏温特性对Shell气化的影响

因为煤灰黏度对Shell气化有重要影响,所以,煤灰的黏温特性对气化炉运行也有影响。如果气化温度发生变化,煤灰黏度发生很大的变化,则会影响正常挂渣。 因此,Shell气化炉要求煤在气化温度范围内有较好的黏温特性。

7.粉煤的粒度对Shell气化的影响

如果粒度偏粗的过多,在粉煤加压输送过程中,就会加剧对设备管道的冲刷磨蚀,从而缩短设备管道的使用寿命。 如果粒度太粗,还会大大降低粉煤在气化炉内反应的接触表面积,导致碳转化率直线下降,相应的煤耗也会有所增加。 如果粒度偏细的过多,则粉煤较易被压实并形成架桥,给粉煤输送带来困难,同时还会导致粉煤循环不稳定,进而危及煤烧嘴的安全运行。

五、Shell煤气化主要设备

Shell煤气化装置的核心设备是气化炉和合成气冷却器(SGC),它们通过激冷管、输气导管和气体反向室连接在一起,成为一个整体,其整体结构简图如图3．4．4所示。

 

图3．4．4 Shell气化炉整体结构

 

图3．4．5 气化炉内件结构图

1.气化炉

气化炉内件包括气化段、渣池、激冷段3部分,它们由气化段圆筒水冷壁、气化段锥顶、气化段锥底、渣池锥顶、渣池热筒壁、水分配环、渣斗、锥冷却喷嘴、吹风管、正常冷激器和高速冷激器等14个部件组成,如图3．4．5所示。

Shell气化炉采用膜式水冷壁形式。 它主要由内筒和外筒两部分构成:包括膜式水冷壁、环形空间和高压容器外壳。

膜式水冷壁由若干水冷管焊接而成,其组合示意如图3．4．6所示,水冷管中通有冷却水,膜式水冷壁内侧有一层用衬钉衬起的导热陶瓷耐火衬里。 在气化过程中,由于膜式水冷壁的冷却作用,熔融的灰渣首先会在耐火衬里上形成一层固态渣层,称为挂渣。 形成固态渣层将起到隔热作用,并保护膜式水冷壁不再会受到液体灰渣的侵蚀,如图3．4．7所示,这就是Shell气化炉“以渣抗渣”的设计思想。

 

图3．4．6 膜式水冷壁翅片管

 

图3．4．7 膜式水冷壁“以渣抗渣”

环形空间位于压力容器外壳和膜式水冷壁之间,主要为了容纳各种管道,也便于管线的连接安装及其以后的检修。 另外,在环形空间内充有高压氮气,使膜式水冷壁内外压强差减小,避免膜式水冷壁同时受到高温高压,容器外壳起到保护内件作用,因为要承受来自环形空间高压氮气的压力,因此它是一个压力设备,一般用耐热钢制造,设计压力为5．0MPa,设计温度为350℃。

2.激冷管、输气管和气体反向室

激冷管、输气管和气体反向室连接气化炉和合成气冷却器。激冷管和输气管都是膜式水冷壁结构,都具有一定的热量回收作用。

如图3．4．8所示,激冷管在气化室上方,也为膜式水冷壁结构。 它分为两个功能区:第一区为“激冷区”,经冷却后的干净合成气(循环煤气),温度为200℃,在这里与刚出气化炉的高温煤气(新鲜煤气)混合,使高温煤气降温;第二区为“高速冷却区”,冷循环气和热新鲜气在激冷管内高速湍动,充分混合,使气流的温度降至900℃以下。 煤气带出的高温液态灰渣在激冷管内迅速冷却凝固回到气化室内。

煤气通过输气导管进入到气体反向室,在此被转向到合成气冷却器,反向室的顶盖被设计成带冷却的蛇形盘管结构,用循·89·环水进行冷却。 输气管结构如图3．4．9所示。

 

图3．4．8 激冷管结构

 

图3．4．9 输气管结构

 

图3．4．10 合成气冷却器结构

3.合成气冷却器(SGC)

SGC也称为废热锅炉。 SGC所有的受热面基本上为同一结构,由盘管水冷壁受热面和直管式水冷壁受热面构成。 盘管式受热面,形成不同直径的圆柱体,并嵌套在一起,由支撑结构固定,允许每个圆柱体向下的自由膨胀。 圆柱体的最外面为直管式水冷壁受热面,其直径与反向室主管的相同,一直延伸到SGC的整个长度,与反向室以搭接接头进行连接。 SGC从顶部往下,受热面管束包括中压过热器、中压蒸发器二段、中压蒸发器一段。 其结构示意如图3．4．10所示。

4.烧嘴

气化炉烧嘴是Shell煤气化工艺的关键设备及核心技术之一。 Shell气化炉的烧嘴有点火烧嘴、开工烧嘴和正常运行时的煤烧嘴三种。 点火烧嘴和开工烧嘴仅在开车时使用。 点火烧嘴使用石油液化气作燃料,空气为助燃剂,有自动点火装置,起点燃开工烧嘴的作用。开工烧嘴利用柴油作燃料,纯氧为助燃剂,起对气化炉升温和升压的作用。 正常运行时的煤烧嘴是气化炉的进料装置,在气化炉侧壁对称分布,可根据气化炉的负荷调整其数量。 其结构如图3．4．11所示。 烧嘴为三通道结构,中心管走煤粉,中间环隙为氧气和水蒸气,外环通冷却水。

 

图3．4．11 煤烧嘴结构示意图

六、Shell煤气化工艺流程

Shell煤气化工艺大致可分为7个系统,如图3．4．12所示,分别是:磨煤及干燥、粉煤加压进料系统、气化系统、除渣系统、干灰脱除系统、湿洗系统、酸性灰浆气提及初步水处理系统。

表3．4．2 设备名称和编号对应表

 

 

图3.4.12 shell煤气化工艺流程

1.磨煤及干燥系统工艺流程

原煤和石灰石用皮带从电厂送至本工段的碎煤仓和石灰石仓,再通过称重给料机计量后送至微负压的磨煤机进行碾磨,并被热风炉送过来的190℃的热风所干燥。 在磨机上部的旋转分离器的作用下,温度为105℃、粒度为10~90μm的煤粉和热气一起从磨机顶部出来,被送至粉煤袋式过滤器,在此,煤粉被收集下来,分别经旋转给料机和螺旋输送机送至粉煤贮仓。

热风流程:热气从粉煤袋式过滤器上部出来,经循环风机输送至热风炉,热风炉用合成气(开车时用柴油)作燃料,燃烧气与循环气混合后温度控制在190℃,送往磨煤机,然后和煤粉一起进入粉煤袋式过滤器,如此循环。 为避免整个热气循环回路中水分的聚集,根据水分分析数据自动加入污氮维持其露点为65℃,如果回路压力上升,部分循环气自动放空。如果系统O2含量超标,污氮就会加入。

2.粉煤加压进料系统工艺流程

粉煤从粉煤贮仓通过重力作用进入煤粉锁斗,煤粉锁斗充满后,将其与所有的低压设备隔离,用高压氮气将其压力升至与煤进料罐平衡,再打开煤锁斗与煤进料罐之间平衡管线的连通阀,一旦煤进料罐达到低料位,打开锁斗排料阀卸料。 卸料完毕后将锁斗与煤进料罐隔离,将压力分3次卸至接近常压,然后打开锁斗上部的进料阀,接受粉仓的煤粉,锁斗充装完毕后,再次充压,等待下一次的卸料信号。

煤进料罐内温度为80℃、压力为4．2MPa的煤粉在煤循环/给料程序的控制下,经过计量和调节后分别进入烧嘴。 当煤粉循环时,通过减压管减压返回至粉仓。 煤进料管的压力通过分程控制在与气化炉压力成比例,压力低时通过补入氮气,压力高时通过放空至粉煤仓袋滤器。

3.气化系统工艺流程

(1)气化流程

煤进料罐出来的温度为80℃、压力为4．2MPa的用N2输送的煤粉通过煤加速器加速,并送至气化炉煤烧嘴煤粉通道;空分送过来的温度为50℃、压力为4．0MPa的氧气经过氧气预热器预热至180℃,与温度为265℃、压力为4．5MPa的自产过热蒸汽进行混合后(压力变为3．59MPa、温度为189℃)进入气化炉嘴的氧-蒸汽通道;以上3种物料在气化炉内3．5MPa压力、1500~1700℃温度条件下进行部分氧化反应,气化反应中产生的渣以液态的形式沿着气化炉壁到出渣口向下经喷水环喷水污水排放激冷后进入渣池。 生成的以CO+H2为主的合成气从顶部出气化炉,在气化炉出口被激冷压缩机送过来的温度为209℃、压力为3．54MPa的合成气流激冷至900℃以下,然后合成气分别经过锅炉系统的激冷段、输气管、返混室支管、返混室、合成气冷却器进行冷却。 出合成气冷却器后温度为330℃、压力为3．46MPa的粗合成气被送往干法除尘系统。

脱氧水通过锅炉给水泵加压到7．3MPa、130℃,经调节后送往汽包,用锅炉强制循环水泵将水送至锅炉系统的各个部分。 锅炉系统产生的温度为270℃、压力为5．4MPa的饱和蒸气汇入汽包。 蒸汽从汽包出来后分为两路,一路被送往蒸汽过热器减压过热,变为265℃、4．5MPa送往烧嘴及其他用户;另一路径送往净化或管网。

(2)辅助装置

为防止飞灰的聚集,在激冷处和合成气冷却器第一段管束顶部用热超高压热氮进行间歇性的吹扫。 为防止锅炉系统合成气通道的飞灰聚集,堵塞管道,在激冷管、返混室支管、返混室、合成气冷却器共设置了32个敲击装置。

4.除渣系统工艺流程

高温渣流遇水后崩裂为固态颗粒,出渣池后再经破渣机将其中的渣块碾碎后送往渣收集器,进入渣锁斗。 排渣辅助泵使水在渣锁斗和渣收集器之间循环,帮助收集器排堵,并把悬浮的含碳较多的细渣打回渣收集器。 渣收集器的水通过泵循环到喷水环进入渣池,为渣水循环回路中细渣的聚集,降低排出渣的含碳量,用水力旋流器将一部分渣浆排走;为保证循环回路中渣水温度不超过90℃,分别用脱盐水预热器和渣池水冷却器将热量带走。 当锁斗充装计时器走完后,关闭渣收集器到渣锁斗的排料阀,并将渣锁斗与渣收集器完全隔离。锁斗降压后将渣排入渣脱水槽,然后用捞渣机将渣捞起,用皮带送往渣场。 渣锁斗排完渣后,用低压循环水冲洗5min后将其充满水,并用高压氮气将其压力充至与渣收集器平衡,然后与渣收集器连通。 为补充水力旋流器处排水造成的渣池水损失,用控制高压循环水补入渣池,在锁斗未与渣收集器连通时,用补水到渣收集器,在锁斗与渣收集器连通时,用补水到锁斗。

5.干灰脱除系统工艺流程

(1)排灰流程

从合成气冷却器底部出来的温度为330℃、压力为3．46MPa的粗合成气,通过高温高压陶瓷过滤器除去里面的飞灰。 除灰后的含尘量小于1mg/m3的合成气从过滤器顶部出来,分两路送出,一路送往湿洗系统进一步洗涤和冷却,另外少量的合成气送至激冷压缩机。飞灰收集在过滤器底部的灰收集器,排入灰锁斗。 当积灰计时器走完或锁斗料位高时,程序将关闭灰收集器的连通阀,将灰收集器与灰锁斗完全隔离,分3次将锁斗压力降至接近常压。 然后打开锁斗下料阀,将飞灰卸入气提塔冷却器进行气提和冷却。 灰锁斗卸完料后,用高压氮气将其压力充至与灰收集器平衡,然后打开它们之间的压力平衡阀和灰锁斗进料阀,开始再一次的接灰。

(2)气提流程

气提塔冷却器接灰后,用低压氮气将其置换和冷却至80~250℃,含CO和H2S的气提气加入燃料气(合成气)后送火炬燃烧。 如果中间飞灰贮仓料位非高,程序则将打开气提塔下料阀,将飞灰排至中间飞灰贮仓。

6.湿洗系统工艺流程

(1)合成气流程

从干法除尘系统来的温度为325℃、压力为3．38MPa的合成气,进入文丘里洗涤器,用温度为158℃、压力为3．7MPa洗涤水进行初步洗涤,然后进入洗涤塔,通过控制的温度为158℃、压力为3．7MPa洗涤水进行最终洗涤。 出洗涤塔后温度为150℃、压力为3．15MPa的合成气分成3路,一路经控制阀和切断阀送往净化车间;另外两路分别送往激冷压缩机和公用工程的燃料合成气系统。

(2)循环洗涤水流程

洗涤水通过泵在洗涤塔底部和上部之间打循环,通过控制进入洗涤塔。 洗涤水补水由工艺水泵过来的高压工艺水或净化冷凝液提供,通过控制,在前进入系统;在出口处引一分支,通过控制将洗涤水送入文丘里洗涤器。 为避免腐蚀性的物质、固体物质的积聚,从循环回路中连续排出部分循环水,送往酸性灰浆气提塔进料罐。 为除去合成气中的HCl、HF等酸性气体,在文丘里洗涤器洗涤水进口处加入适量的烧碱。

7.酸性灰浆气提及初步水处理系统工艺流程

(1)酸性灰浆气提流程

来自煤气化各工序产生的工艺废水,包括来自渣系统水力旋流器的细渣水、来自湿洗的排水、来自倒淋收集器的各种排水,收集在酸性灰浆气提塔进料罐,用泵将其输送到酸性灰浆气提塔,用0．5MPa、159℃的低压蒸汽进行气提,将灰浆中的H2S、NH3、CO2和HCN等酸性气体脱除,酸性气体从气提塔顶部出来,经过降温后送往回流罐,将气体里面的冷凝液收集起来,最后温度为100℃、压力为0．15MPa的酸性气体送往酸性气体火炬。 回流罐中产生的冷凝液用泵输送至气提塔再次气提后送往初步水处理系统。 脱除酸性气体后温度为134℃、压力为0．2MPa的灰浆从气提塔底部用泵抽出,分别经过换热器冷却至50℃后送往澄清槽。为避免Ca CO3沉淀堵塞管道,在酸性灰浆气提塔进料罐和酸性灰浆气提塔中加入了适量的酸液。

(2)灰浆处理流程

来自气提塔底部的废水、渣脱水槽的细渣水、下水管的废水等在澄清槽中和添加的聚合物一起,经过搅拌器的搅拌后,分离出来的水从澄清槽上部进入溢流槽,用泵送往循环水槽、酸性灰浆气提塔进料罐及其他用户;灰浆从澄清槽底部出来,用泵送往煤泥贮罐搅拌和沉淀后,再用泵将煤泥送至真空带式过滤机,与添加的聚合物汇合在一起,用真空泵抽真空,将水分滤出,形成的煤泥滤饼用卡车送走,循环利用。 过滤出来的水分用泵送往澄清槽再次循环处理。

七、Shell气化技术特点

1.主要优点

(1)对原料煤种的适应性较广泛,对煤的活性几乎没有要求,对煤的灰熔点范围要求也较宽。

(2)气化炉为钢制外壳,内壁为熔渣挂壁形成耐火层,不需专门的耐火砖。

(3)气化炉操作温度高,干粉煤在数秒内全部气化,可以使用褐煤、烟煤等多种煤做原料,碳转化率高达99%以上,煤气中甲烷含量低,有效气体(CO+H2)达90%以上,适宜作合成气。

(4)环境效益好要求,粗煤气中不含焦油、萘、酚等杂质,煤气净化及污水处理流程简单。采用液态熔渣排放,灰渣成玻璃状固体,没有污染,易堆放。

(5)采用加压气化,设备结构紧凑,气化强度大,单炉生产能力大。 操作弹性大,可以迅速改变生产负荷。

2.主要缺点

(1)粉煤制备投资高,能耗高,且没有水煤浆制备环境好。 粉煤进料不如水煤浆进料稳定,会对安全操作带来不利影响。

(2)气化炉结构复杂,制造难度大;工艺流程复杂,设备较多,使得该气化工艺前期投资和后期的运行维护成本都很高。

八、Shell气化炉的运行

Shell气化炉的开车

1.预开车前的准备

①确保所有公用工程(电力,氮气,蒸汽,冷却水,锅炉给水和各种工艺水物流)都满足要求。

②原煤仓达到60%~80%的正常料位,处于等待开车状态,原煤直径小于38mm。

③石灰石仓达到60%~80%正常料位,处于等待开车状态。

④移开所有盲板。

⑤建立气化炉、合成气冷却器的水循环系统。

⑥用氮气给气化炉蒸汽/水系统加压至正常操作压力进行泄漏检查。

⑦湿洗系统和渣系统注入工艺水。

⑧对“合成气”所经部分以氮气加压至1MPa,然后对所有停车期间打开过的法兰进行泄漏检查。

⑨脱盐水先经过除氧器送至锅炉汽包。

⑩酸性灰浆汽提系统注入工艺(公用)水,并启动酸性灰浆汽提的循环和排放。

◈1启动渣系统、湿洗系统以及酸性灰浆汽提系统的循环和排放。

2.加热到“热备用”状态

①启动所有的伴热并检查伴热是否在正常地工作。

②启动气化炉/合成气冷却器汽包蒸汽喷射器,并控制汽包的液位与压力。

③开启煤烧嘴冷却水循环。

④一旦气化的水/蒸汽系统被预热,接通合成气系统到火炬。

⑤用氮气加压系统到6MPa,启动激冷气压缩机去预热激冷系统。

⑥启动“灰排放程序”,灰排放可以对灰排放系统加热。

⑦启动磨煤和干燥部分的预热。

⑧手动启动酸性灰浆汽提的蒸汽进入装置。

⑨停激冷气压缩机然后系统卸压到火炬。

此时,“热备用”状态已达到。

3.从“热备用”状态到“正常操作”状态

(1)磨煤及干燥系统开车

①预备条件和公用工程的启动

a.检查粉煤储罐、原料煤仓和石灰石粉仓的料位。

b.打开所有隔离阀。

c.以最小风量投用循环风机。

d.检测氧含量,如果需要可向系统加入氮气来降低氧含量低于8%。

e.预热系统,如果需要可以点惰气发生器的开工烧嘴以维持袋式过滤器的温度。

f.投用磨煤机碾子液压或气压系统。

g.启动旋转分离器并手动调整转数达到粒径分布的要求。

h.启动输送螺旋和旋转给料机。

②磨煤机和给煤机的开车

只有在上述步骤完成,并且磨煤机自保系统为开车投用;一旦N2发生器的主烧嘴点燃,磨煤给料机马上开车。

a.启动密封风机。

b.点惰气发生器的主烧嘴。

c.启动磨盘。

d.在最小的流量下启动重力给煤机和石灰石粉给料系统。

e.磨煤机温度控制从预热打到干燥。

f.启动稀释风机。

g.逐步增加给煤量直到适当的负荷(石灰石粉自动跟随)。

h.启动循环空气采样。

(2)粉煤加压及输送系统开车

①确认

a.粉煤已送到粉煤储罐。

b.氮气系统准备就绪。

c.伴热系统已投用。

②先检查手动阀门打开,盲板倒通或卸除,通过开启开关程序将粉煤给料系统充装粉煤。

③粉煤给料罐的料位自动增长到其要求的最低高度,然后开关程序将停在“等待”位置。

④通过控制,给煤罐的压力自动给定在所要求的值。