马世荣
中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司 鄂尔多斯 017209
摘要:壳牌煤气化广泛应用于各类煤化工企业之中，目前影响除渣系统正常运行常见的问题主要有渣水系统堵渣、捞渣机故障、渣水循环泵故障和渣水系统设备管道磨蚀等四个方面，本文主要从前三个方面简要的进行问题分析并提出优化措施。
关键词：壳牌煤气化；除渣系统；常见问题；处理
1前言
SHELL煤气化技术是指将煤粉作为原材料,氮气为载体,氧气和蒸汽为助燃剂,生成合成气的煤气化处理技术，作为能源转换的重要途径,其具有可靠性强、处理成本低以及适应煤种广泛的优势,在具体生产过程中,其必须要经过除渣处理这一环节来降低合成气中的固体物含量,确保合成气的气体组分达到下游工艺的使用要求，本文主要从气化渣水系统在运行过程中常出现的问题来对壳牌除渣系统进行分析，并在分析过程中结合实际操作经验给出相应的解决和优化处理方法。
2气化炉及渣水系统堵渣的形成和处理
壳牌粉煤气化属于液态排渣方式，其最大的工艺特点是以渣抗渣。壳牌煤气化炉没有耐火砖，内部水冷壁主要为耐温原件，由铬钼、铬镍耐热钢制造而成，内部喷涂40mm厚的耐火涂层加约20mm长的炉钉以便于挂渣，炉内挂渣形态主要与炉内的操作温度、灰的含量、灰的化学组成、以及灰熔点有关。固体渣颗粒在罐内主要有两种流动形式：质量流和强制循环形成的渣浆流。质量流是指当收集固体渣粒的罐体放料阀打开后，罐内固体颗粒即以自身重量向下流动，直至罐内物料放完；渣浆流是指当收渣锁斗在收渣时，由循环水泵将渣浆液强制循环，防止在收渣时由于重力而沉积罐底，导致放料阀打开后渣沉积而形成架桥。
2.1渣水系统的工作原理及堵渣的形成
气化炉中产生的高温熔融炉渣依靠自身重力沿着水冷壁向下流入气化炉底部的灰渣激冷罐(渣池)，迅速分解成灰渣小颗粒。灰渣颗粒向下流入渣收集罐中，为防止较大的煤渣颗粒被夹带进水循环系统，约90℃的灰水通过渣水循环泵从收集罐顶部抽出，经水力旋流器和循环水冷却器循环回到灰渣激冷罐，水力旋流器的目的是将激冷循环水中的固体颗粒含量控制在1％～1.5％，而循环水冷却器则利用循环冷却水将渣水冷却至5O℃后渣由收集罐进入渣放料罐，在此过程中，渣水通过渣放料辅助泵循环回到收集罐中，同时系统中补入高压新鲜水以补充由水力旋流器底部排到废水汽提澄清单元的水，当所有的渣进入放料罐后，放料罐即与收集罐隔绝并开始卸压，然后将渣全部排入炉渣脱水仓。低压新鲜水或者循环水通过排放水循环泵送到放料罐中，冲洗、重新注水完成后，用高压氮气加压(表压)至4.0MPa。然后与收集罐重新连通收渣，炉渣脱水仓中的渣由捞渣机捞出．并经送渣皮带送往渣收集仓。整个排渣过程由顺序控制程序自动运行，基本上不需要人工干预，但是在渣收集期间，固体渣颗粒由于在相对静止的状态下沉积，渣颗粒在向下排放时仍有可能形成架桥，固体颗粒在液相介质中的架桥，是指固体颗粒在重力的作用下粘黏在一起，只要两收集罐间存在一定的压力差，就可将其消除。渣颗粒结块是与架桥完全不同的概念，渣结块是指煤烧嘴刚投入运行时气化炉内没挂渣气化炉小室蒸汽产量较高，当煤烧嘴燃烧产生熔融状态下的渣接触到200摄氏度的水冷却后迅速粘附在水冷壁上并迅速固化，随着煤烧嘴运行时间的增长渣层越来越厚，气化炉温度也逐渐随着负荷的提高也不断增加，气化反应产生的大量渣沿着已挂有固定渣层的气化炉内壁呈液态形态流下来，这时如果气化炉的操作有较大波动，会导致大量渣同时落下来形成大的结块而沉积在收集罐底部，从而导致堵渣的形成，除渣系统一旦发生堵渣现象，必须立即采取有效的措施来尽快消除.
2.2堵渣形成的工艺预判断
及时发现气化炉堵渣前兆，可以减少停车的风险。渣池堵渣可从渣的形态、排渣量、渣水循环量、渣水温升、渣口缩径处的差压、收渣罐与渣锁斗罐连通时静压差指示、捞渣机的电流及渣输送皮带称重仪等参数变化情况进行判断，以下以几个具有代表性的特征进行具体说明。
2.2.1渣的形态
渣的形态从某种意义上来讲，能较直观的反映出气化炉的运行状态，这主要是根据实际运行经验获得的。“针状”渣过多显示渣的流动性过好；“小块状”渣过多则有潜在的结块现象，显示渣的流动性差；“碎渣”或者“带水很明显”的炉渣过多，则说明炉温太低，因此在操作过程中遇到生产调整时要及时观看渣样，可以提前预判是否有堵渣风险并及时调整消除。
2.2.2收渣罐和锁斗的差压
除渣顺控放料过程中，渣收集罐与渣放料罐连通后，渣从渣收集罐经由渣锁斗上阀及下阀进入渣放料罐，此过程如果下渣正常，渣收集罐和渣放料罐间的压差会表现出先升高后逐步回落变平的过程，在连通一定时间后，正常稳定期间的静压差为240KPa左右，如压差仍处于波动状态无法走出正常趋势，或者显示值偏离过大且确认仪表检查显示正常，则可以初步判定出排渣不畅，这时可通过提高上下罐之间差压的方法来实现对堵渣现象的及时消除。
2.2.3捞渣机的电流及渣输送皮带称重仪
煤质稳定、气化炉负荷不变的情况下，气化炉排渣量也应相对稳定，渣系统的皮带称重仪和捞渣机电流指示可以及时反映渣量的变化。在工艺操作稳定的前提下，捞渣机捞完每一波渣的时间应该相对固定，通过观察捞渣时间和输渣皮带重量曲线的变化，特别是峰值明显降低，就可以提前发现异常，这时操作员应立刻到现场检查渣外观，如不断有渣块出现在皮带上，就会出现潜在的堵渣风险，这时也应及时调整炉温操作，避免工况进一步恶化。
2.3避免堵渣和除渣的解决方法
2.3.1罐体的设计
固体颗粒的安息角是评价其流动性的重要指标。安息角越小，固体颗粒流动性越好。只有在锥体的锥角大于固体颗粒的安息角时，固体颗粒才能借自身重力沿设备锥体流下。因此，煤气化装置中排渣罐锥体的锥角都设计为75°角。
为减少煤气化装置中渣颗粒与罐体内壁间的摩擦力，要将设备内壁打磨光滑，且在光滑的输煤设备内壁上涂刷富锌环氧树脂漆，这都是可以有效提高渣流动性的方法。
2.3.2增大收渣罐之间的压差
正常收放渣是通过顺控的形成来实现的，无需人工干预，当操作员发现有堵渣的迹象出现，应果断干预手动操作，提高上部收渣罐的压力往下压，以高压差来实现除渣，反复尝试几次如果效果不佳，可以尝试下部罐将压力提高来往上顶，这样反复上顶下压的操作方法，在堵渣不严重时，基本可以解决当时的堵渣问题。
2.3.3低压收渣罐可用人工干预除渣
如果在生产过程中低压收集罐底部堵渣很严重，通过上述方法无法消除架桥，那就只能采取人工干预除渣的方法，目前比较有效果的是在低压罐底部截断阀下部管道上开手孔，在堵渣严重时，打开手孔借助高压水枪向上打，以起到破碎大渣块或者扰动罐底大量积渣的效果，这时往往还要借助于临时排渣线，因为渣量太大并伴有大块时，如果全部放至捞渣机，有可能损坏设备，出现下文即将提到的捞渣机故障问题，如果堵渣情况不严重，也可以借助收集罐底部的新鲜水来反复冲洗，以起到扰动或者破碎的作用，从而达到除渣的目的。
3捞渣机故障及处理
壳牌煤气化工艺在本装置的捞渣机采用的是郑州华电电站装备工程公司生产的HGBL系列刮板捞渣机，主要由驱动装置、刮板链条、壳（槽）体、贮水槽、放水阀（活动堰板）及控制系统等所组成。由于设计煤的灰分为8%以下，所以捞渣机的设计最大负荷为25t/h，但在实际运行中煤种的灰分经常在10%以上，甚至有时候煤质波动时会达到20%，所以该捞渣机从2007年底投入使用到目前，因设计负荷偏低、部件材质、设计安装、工艺操作等原因，经常出现传动链卡链、绷断，斜升段轨道损坏、粉料盘损坏、减速机损坏、钢结构梁损坏等现象，并当气化炉负荷到90%以上时，捞渣机的负荷很难满足生产要求。
3.1捞渣机在运行过程中常出现的问题
3.1.1由于捞渣机的设计负荷偏小，在气化炉高负荷运行会造成每次排渣量过大，导致捞渣机的负荷加大，而捞渣机自身的安全保护装置（安全销）由于设计强度偏高，很少能够切断保护设备，导致捞渣机减速机和钢结构梁及链条等多次损坏。
3.1.2由于捞渣机的工况决定设备大部分部件在运行中磨损严重，尤其是型号为M224的滚子链，原设计材质均为65Mn，而且链条结构不是很合理，存在多个转动摩擦副，在运行中链条的冲洗水位置又不太理想，导致链条磨损严重。
3.1.3由于链条在运行中链轮磨损，所以在运行一段时间后就会出现链轮节距增大的现象，在捞渣机负荷变化较大的时候会出现某一侧链条因链节距增大后滑齿，使得链条拉偏而导致斜升段回链从轨道上面滑落下来而卡死。
3.2捞渣机设备改进和工艺优化
3.2.1改变材质，将链条链轮和链板销套改为40Cr，热处理并做表面渗碳处理，处理之后硬度可以达到55HRB以上，而链板和刮板材质仍然采用65Mn或40Mn，链板销钉采用1Cr13或2Cr13，安装刮板的开口销用304不锈钢材质。斜升段和水平段的回链轨道由原来的16MnR改变为NM360材质，提高耐磨性能。
3.2.2选择合适的转速、减少不必要的磨损，原配置减速机型号为TK168TR98（硬齿面），电机功率是11KW，电机转速为1460rpm，链条转速为0.06m/s。在煤种灰分为15%以下，气化炉负荷为80%左右的情况下，当捞渣机收渣约15分钟后即可捞完，剩余15分钟即为空转，所以可以考虑将传动比由原来的367增大，这样就能尽可能的减少正常生产中捞渣机的空载运行时间，可以延长捞渣机使用寿命25%以上。或者也可考虑将电机及变频器功率增大，投用变频器，在捞渣机捞渣时提高运行频率，以保证在收渣周期内将渣捞完；当渣皮带称重仪显示渣基本捞完时可以将频率降低，减少不必要的磨损。
3.2.3增设链条冲洗水，在正常运行时会有细渣进入链条的两个摩擦副之间，加剧链条和驱动齿的磨损，所以在斜升段最底部转向处和最顶部的驱动齿前各增加两处冲洗水，用于冲洗两侧链条中夹杂的细渣，并且此冲洗点的水质要求尽可能干净，以达到最好的冲洗效果。
4渣水循环泵故障及改进优化
Shell干煤粉加压煤气化工艺在气化装置渣池水循环泵应用为单蜗壳型式，以前材质为CD4MCu，耐腐蚀但是不耐磨，由于装置生产流程复杂、介质多样，为保证气化炉长期稳定运行，避免十字吊架积灰，现阶段入炉煤灰份较原设计偏高，操作温度有所降低，从而使得渣水密度增高，渣池水循环泵蜗壳磨蚀问题越来越严重，之前渣池水循环泵可以正常运行90天左右，现在工艺做出调整以后，平均25天需要更换一次蜗壳，检修对机泵出入口手阀可靠性要求很大，而且加大了操作工及维保单位工作量，材料费用支出也较多。频繁的检修不仅影响装置长周期稳定运行而且存在人员中毒（检修不及时）等安全隐患，这无疑让此问题变成了渣水系统的常见问题之一。
为解决此问题，克服安全隐患，彻底解决长周期运行的瓶颈，公司组织技术人员开展充分的调研和评估，找到了一种即耐磨又耐腐蚀的机泵，此机泵是MJ300-70的型式，MJ型离心式煤浆泵系列是为输送煤直接液化工艺流程中高温、具有一定粘度、含有高比例磨蚀性颗粒的介质而特别设计的。该泵具有结构合理、性能优良、装拆方便等特点，可广泛应用于石油化工、煤化工等要求输送杂质含量高且带腐蚀性高温介质的行业。整套系统采用新材料、新工艺和优质配件，确保了系统工作的稳定性、可靠性，是替代同类进口产品的最佳选择。改型变更后新泵的振动、流量及电流都满足现场使用要求，运行时间目前可以达到150天，有效的解决了渣水循环泵无法长周期运行的困境。
5结论
综上所述，壳牌工艺的核心是气化炉，但是渣水系统属于非常重要的一部分，它的长周期平稳运行直接决定了气化炉是否可以长周期运行。因此，解决渣水系统经常出现的问题，不断的对工艺和设备进行改进优化，避免经常出现故障从而影响气化炉的正常运行，将是以后不断创新和优化的工作重点。
参考文献：
［1］程更新.Shell粉煤气化炉堵渣问题探讨.大氮肥，201
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［3］常铁诺 张丽楠 王本兴，壳牌煤气化工艺除渣系统简要分析，化工技术与开发，2011年06期.