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Shell氣化爐溫度控制方案探討

文檔作者：劉小毛文檔來源：中國石化湖北化肥分公司		點擊數：	更新時間： 2025年04月28日
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2012年 8月第 35卷第 4期 LargeScaleNitrog鉭enous舷FertilizerIndustryAug．2012Vol_35No．4Shell氣化爐溫度控制方案探討劉小 毛(中國石化湖北化肥分公司 ，湖北枝 江 443200)摘 要 ：簡述 Shell氣 化 爐 工 藝 流 程 ，介 紹氣 化 爐 溫度 控制 的 重要 性 以及 氣化 爐 溫 度控 制 的關 鍵 操 作 對 象 氧 煤比。目前氣化爐內的反應溫度無法直接測量 ，通過分析氣化爐溫度的各間接關聯參數 ，對比利用關聯參數進行爐溫 控 制 的 可 行 性 及 優 缺 點 。 探討 通 過 汽 包 小 室 蒸 汽 產 量 來 代 替 目前 CO 進 行 氣 化 爐 溫 度 控 制 的 可 行 性 與 優 越性 。關鍵 詞 ：氣 化爐 氧 煤 比 溫度 控 制 蒸 汽 產 量1 Shell粉 煤氣化 流 程及控 制參數Shell粉煤 氣化 工 藝 (SCGP)包 括 給煤 單元 、氣化單 元 、排 渣單 元 、除 灰單 元 、洗 滌單 元 、於漿 處 理單 元 、氣化 公用 單 元 。 以干煤 粉 為原 料 ，純 氧作 助燃 劑 ，液態 排渣 ，屬加 壓氣 流 床氣 化 。原 煤先 行 破碎研 磨 成煤 粉 并 經干燥 處 理 ，再 用氮 氣送 入 給 煤單 元 ，給 煤單 元 內 的煤粉 與 氧氣 和蒸 汽 一起 送 進氣 化爐 的爐膛 。上述 過程 所用 的氧氣 和 氮氣 均 由空氣 裝 置提供 。噴入 的煤 粉 、氧 氣和蒸 汽 的混合 物在 高 于 氣化 壓 力 0．6MPa下 通過 對 置 式 煤 燒 嘴 進入 爐膛 ，在 氣化 爐 內約 3．8MPa、1400～1700~(2發 生化 學反 應 。高 溫氣 化 確保 煤 中所 含 的灰 分熔 渣 沿氣 化爐 膜 式水 冷 壁 自由流 下 至氣 化爐 底 部 ，經 脆冷后 變 成 一種 玻璃 狀 爐渣 排 出 。同時高 溫還 可 獲得高 的碳 轉化 率 (大于 97％)。200℃粗 合成 氣加 壓輸送 至激 冷 段 ．將 其激 冷 至 850～900oC。然 后 進 入合 成氣 冷卻 器 (即廢 熱 鍋 爐 )作進 一 步冷 卻 ，氣 化爐 內膜 式水 冷 壁 及廢 鍋可 同時產 生 中壓 飽 和蒸 汽與 過熱 蒸汽 。產 生 的蒸汽 送 至 5．5MPa中壓 汽包 ．汽 包 內部 被 隔成 兩個 室 ，一 個室 與氣 化 爐膜 式 水冷壁 相 連 ，另 一 個室 與氣 化 系統 其他 蒸 汽發 生 器相連 。Shell氣 化 爐溫 度控 制系 統 的主要 調節 參數 就是 各個 煤燒 嘴 的氧煤 比。氣 化爐 的溫 度 控制 原 則是 以氧 定 煤 ，用氧 氣 量作 為氣 化 爐 的負 荷量 ，負 荷不變 時 通 過改 變 粉煤 的流量 來改 變 氧煤 比進 而 改變 氧碳 比 ．從 而 達 到改變 氣 化爐 燃燒 率 控制 氣 化爐 溫度 的效果Shell粉 煤氣 化 爐 內壁為 膜式 水冷 壁 ，粉 煤 與純 氧在 其 中進 行 高溫 高 壓不 完全 燃 燒反 應 ．產 生的熔渣 經 過膜 式水 冷 壁 冷卻 后在 膜 式水 冷 壁 上形成 一層 固態 渣 層 和流 動 渣層 ，從 而 達 到 以渣抗 渣的獨特保 護方 式 。如果氣 化爐 溫度 過低 ，即氧 煤 比低 時 ：① 較 多 未 完全 燃燒 粉 煤會 直 接進 入 排 渣 和於漿單元 ，造成這些單元機泵 的超負荷磨損 ；② 渣口流動 性 差造 成 渣 口堵 渣 ；③ 渣 流 動性 差 時 會 在燒 嘴罩 上 方形 成 渣簾 導 致燒 嘴罩 燒 毀 。如 果 氣化爐溫度過高 ，即氧煤 比高 時 ，渣 的流動性好 ：①會逐步形成渣屏結渣導致渣池架渣堵塞停車 ：② 導致合成氣冷卻器積灰嚴重結垢堵塞 ；③ 當溫度過高 時會 使 膜式 水 冷壁 上 的渣 層變 薄 ．如果 情 況嚴重 會導 致 耐火 襯底 損 壞 ．銷 釘燒 毀 ，甚 至會 出現膜式 水冷壁 燒損 的惡性 設 備事故 。2 氣化 爐爐 溫 的相關 參數及 可控 性Shell粉煤氣 化 是高 壓粉 煤 和純 氧反 應 ，正 常運 行 時氣化 爐 的爐膛 溫 度 約在 1400～1700oC。整個 爐 內件 為膜 式 水冷 壁 ．在 水 冷壁 上 有 固定 渣 層和流動 渣層 。因 內部環境 復 雜和 惡劣 ．目前 還沒 有收稿 日期 ：2012—04—23：收到修改稿 日期 ：2012—05—28。作 者簡介 ：劉小毛 ，男 ，1974年 生 ，1程師 ，1996年華 東理T大學石油化T學 院 自動化專業 畢業 ，現在 中國石化湖北化肥分公 司 乙二 醇 項 目部 T 作 。聯 系 電 話 ：0717—4232056：E—mail；snifflily@126．com。萬方數據第 4期 劉小 毛 ．Shell氣化爐溫度控制方案探討好 的直 接 測量 爐膛 溫 度 的方 法 ，故氣 化 爐 爐溫 是通 過其 他 工藝 參數 間接表 征 的 。下 面具 體分 析 表征 氣 化 爐 爐 溫 的相 關 參 數 進 行 爐 溫 控 制 的 可 行性 。2．1 爐渣外 觀形 態氣 化爐 大 約每 半小 時 排渣 一 次 。通 過 現場 觀察 爐渣 的外 觀形態 可 以大致 分析 氣 化爐 燃 燒 的狀況 。當爐渣為 玻璃 態針 狀時說 明 爐溫較 高 ；渣 里帶粉 則表 明殘 炭高 ，爐溫較 低 。通過 渣形態 判 斷爐溫的高低 需 要操 作 人員 有 較豐 富 的經 驗 ，同時 約半小 時 才可 以觀察 一 次 ，滯 后 較 大 ，作 為要 求 連 續控制 的系統 來說 不 可 取 。但 是 它 比較 真 實地 反 映 了氣化 爐 的爐 溫 和燃 燒狀 態 ，作 為氣 化 爐 爐溫操 作參 考還 是有 一定 實 際意義 。2．2 氣 化爐測 溫點氣 化 爐測溫 點 13T10019是氣 化爐冷 卻 器 的第一 支 伸 入爐 內的熱 電偶 ．它反 映 高溫 合 成氣 經 過激冷后再經過氣化爐爐膛膜式水冷壁換熱器后合成氣 的真 實溫 度 。雖 然它 能夠 連 續 的表 征氣 化 爐爐膛 的溫度 ，但 由于 受到 激冷 氣 量換 熱 效果 的影響 ，干擾較大 ，同時激冷段和傳輸段積垢時也會造成溫 度偏 高 ，作 為爐 溫連續 控制 不是 很理 想 。2．3 氣化爐 汽水 混合 密度汽水 混合 密度 l3D10040／0o41是氣 化爐 激 冷段 與傳 輸 段 的汽水 混 合密 度 ，是 汽包 爐 水 與合 成氣 換熱 后 生成 混合 汽 水 的密 度 ．受氣 化 爐 激冷 比與爐管外壁結垢影響 。作為爐溫連續控制也不理想 。2．4 氣化 爐計 算溫度氣 化爐計 算溫 度 13TI9001通 過物料 平衡 和能量 平衡 計 算 出來 。涉 及 參數 較 多 ，在 裝置 剛運 行0．5h內得 不 到有效數 據 。氣 化爐運 行穩 定后 ，此溫度 能 夠較 好 表征 氣 化爐 爐 溫 ，但 當其 中任 何 一個參 數 有偏 差 時就 會造 成 爐 溫偏 差 ，因此氣 化 爐計算溫度 主要 是用來 表 征氣化 爐爐 溫控 制 的好 壞 。2．5 合成氣中 CH 含量氣化 爐 控制 為不 完 全燃 燒 ，產 生 的合 成 氣 中含有 少量 的 CH 。CH 含 量變 化 連續 ，較好 的反 映了氣 化爐 的燃燒 程度 。2．6 合成氣中 CO2含量CO：分 析點 和 CH 分 析 點在一 起 ，很 多 表征氣化 爐溫度 的特 性和 CH 類 似 。C0 含量 較大 ，正 常時 約 3．5％ ，同時受 煤種 變化 的影 響較小 ，能 夠 比較好 的代 表氣化 爐爐 溫 。2．7 汽包 小室 產量氣 化 爐 中壓汽 包 用 隔斷從 上 部將 蒸 汽 系統 分為大 小室 兩 部分 。大室 蒸 汽量是 由氣化 爐 傳輸 段和 SGC冷 卻器 匯合 來 的蒸汽 ．而小 室蒸 汽量則 主要 來 自氣 化 爐爐 膛膜 式水 冷 壁產 生 蒸 汽 。對置 燒嘴在 膜式 水冷 壁 形 成 的爐膛 內燃 燒 ，通 過 熱交 換產生小室的中壓蒸汽 ，此蒸汽直接代表了氣化爐爐膛的溫度 。目前大多數廠家以此參數作為氣化爐爐 溫控制 的 主要參考 。以上 各參 數 進行 爐 溫控 制 的優 缺 點及 可行 性見表 1表 1 各參數進行 爐溫控制的優缺點及可行性3 目前爐溫 控 制方案目前 ，中 國石化 湖北 化 肥分 公 司采 用 的控 制方案 為用 C0：含 量或 CH 含量 做選 擇 調節 系 統控制氣化爐爐溫。二氧化碳在線分析儀為主調節器 ，當它 出 現故 障需 要 維護 時 ，則 切換 到 甲烷 在線 分析儀或 者直接 手動控 制 。此控 制方 案也是 目前絕大多數廠 家 的爐 溫控 制方案 。4 改進 型爐溫 控 制方案針對 目前氣化爐溫度控制方案 中甲烷在線分析儀被擱置未用以及用二氧化碳在線分析儀作為控 制造 成 的短 板 ，提 出用 汽 包小 室蒸 汽 代替 甲烷在 線分 析 儀作 為 主要 控制 回路 的方案 。對 比改進前后 控 制 系統 結構 變 化不 大 ，僅 用小 室 蒸汽 量代替 了 甲烷 在線 分析 儀 。它 的設 定 點也 是 按 照氣化爐 的氧 負 荷進 行 曲線設 定 ，但是 要用 它 來做 主要的控制 回路 ，則二 氧化碳 在 線分 析儀 只是 當蒸 汽萬方數據270 土象 舷 2012年第35卷流量變送 器異 常 時臨 時取代 或參考 控制 。4．1 改進 型控制 的前 提工 作小 窒 蒸 汽 產 量 約 90％來 自氣 化 爐 膜 式 水 冷壁 ，10％來 自渣 口熱裙 。渣 口熱裙處 熱負荷 較穩 定 ，如果 為 了追 求高 準確 度 ，可 以將此 處 負荷 引 到汽包大室 。如若 管道 不做 改變 ，熱裙 熱負荷 波 動造成小室蒸 汽 量 的波動 應 不超 過 2％．對 控 制影 響 也很小 。小 室產 汽量 只 占到 汽包 負荷 的 3O％左右 ，爐膛負荷低H~,／b室產汽量下降過快會引起小室液位上升 ：當小 室液位 上 升 到 89％時 ，汽包 的連通 閥會 自動打 開 ，將 對小 室蒸 汽流量 產生 一定影 響 。為避免這種 情 況 ．應取 消 汽包 大小 室 的連 通 閥 門 ，加 裝 雙向流 量計 ，以計量 出小室真 實產 汽量 。4．2 改 進后控 制 效果 與 二氧化碳 在 線分 析儀 爐 溫控制 比較網 1 單燒 嘴跳 車 CO 含 量 與 蒸 汽流 量 的變 化通 過 圖 1來對 比小室 產汽 量 與二 氧 化碳 在 線分 析儀 對 氣化 爐 爐溫 的 反應 速度 ，圖 1中選 用 了一 個 異常 工況 進行 說 明 ．在 正常 運 行過 程 中 突然有 一個 煤燒 嘴跳 掉后 。可 以看 出蒸 汽 流量 在延 時約 2min后 與氧流 量形 成 同等 斜率 的下 降 ，而二 氧化 碳在 線 分析 儀在 等待 將 近 15min后 才 有 真 實 的反 應 。可 以看 出 因小室 產 汽量 表 征 的是 爐膛 膜 式水 冷 壁 的產 汽量 ，沒有 中間環 節 ，在 目前 自動 化程度 上是 能 最快反 映氣 化爐 爐溫 的參數 。圖 2為對 比用 小室 產汽 量 和用 CO，含量 進 行爐溫控 制 的效果 。從 圖 2中可 以看 出 ，用 CO，含量進行 控 制 時計算 爐 溫 曲線 上 下峰 值較 大 ，峰值 最大可 達 150℃ ，同時頻 繁偏 離控 制 值較 遠 。采 用蒸汽控 制時 ，峰峰值 最 大為 70℃ ，明顯 比用 CO，含 量控制 波 動小 ，同時控 制 點偏 離 始終 保 持 在+30oC上下 。這 說 明粉 煤氣 化 操作 窗 口取 得 了很 好 的穩 定性贈S50 100 l50 200 250時間／min蒸 汽 流量 和 CO 含量 控 制 性 能 對 比5 結束語通 過 分 析 表征 氣 化 爐 爐 溫 的各 個 具 體 參 數 ，可 以看 出 用 蒸 汽 流量 進 行 控 制 具 有 反 應 迅 速 、測量 簡單 、表 明流 動 特性 、渣 層 厚度 控 制 穩定 等 優勢 ，能 夠 較好 的控 制 氣 化爐 爐 溫 ，保 障氣 化 爐 的安全 平穩 運行 。DISCUSSION ON TEM PERATURE CoNTRoL SCHEM EoF SHELL GASIFIERLiu Xiaom ao(SINOPECHubeiFertilizerBranch，Zhijiang443200)Abstract：A briefprocessintroductionofShellgasifierisgiven，theimportanceofgasifiertemperaturecontrolandthekeyoperationobject-oxygen-coalratioareintroduced．Currentlythereactiontemperaturein—side gasifiercan notbe directly measured；thevariousindirectrelevantparametersofthe gasifiertemperatureareanalyzed andthefeasibilityand advantage anddisadvantageofvariousparametersto implementthegasifertemperaturecontrolcompared；thefeasibilityand superiorityin theuseofthesteam yield from the smallcham—berofsteam drum instead ofthecurentC02forgasifiertemperature controldis

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