壳牌粉煤气化炉煤烧嘴损坏及维护分析.pdf

总第2 1 3 期2023年第8 期化机与设备摘要：为探究壳牌粉煤气化炉煤烧嘴的损坏原因，本次研究基于某煤化工企业所应用的壳牌粉煤气化炉的实际情况，结合相关参考资料和理论分析等，确定了造成壳牌粉煤气化炉煤烧嘴损坏的几个主要原因，而后结合这些原因，详细探讨了针对性的解决及维护措施，以期提高壳牌粉煤气化炉煤烧嘴的运行稳定性，并为后续的相关工作提供参考借鉴。关键词：粉煤气化炉；烧嘴；维护中图分类号：TQ5450引言在当前的煤化工产业中，壳牌粉煤气化炉是较为先进的一类设备，主要通过粉煤气化工艺，将粉煤与氧气/蒸汽混合物并流喷人气化炉，并在高温高压环境中瞬间进行反应以得到最终气体产物。因这种气化炉在性能指标上较为优异，当前已为煤化工企业所广泛采用。但在实际运行过程中，受到各种因素影响，壳牌气化炉也难免出现一些问题，其中较为突出的问题则当属烧嘴损坏。为有效解决此类问题,避免其对生产造成明显影响，仍需要对此类问题作进一步探究。1案例概况某煤化工企业新建一小型煤气化装置，设计投煤量为1 1 2 0 t/a，使用壳牌粉煤气化炉进行生产作业。在实际应用过程中，粉煤加压后通过对置煤烧嘴，将煤粉喷入气化炉内，在1 6 0 0 高温条件下反应生成粗煤气，该粗煤气的主要组分为氢气和一氧化碳，而后经由换热冷却后，作为原料供下游装置使用。整体来看，该企业使用的气化炉为膜式水冷壁结构，并已经配备了炉膛保护措施 2。在该粉煤气化炉投人实际应用后，初期运行情况较为稳定,在提升产能等方面均发挥重要作用。但工作人员近期发现，该装置频繁出现停车问题，经检查后发现，该装置内部煤烧嘴损坏较为严重（图1），目前已成为制约该装置长期运行的技术瓶颈。山西化工Shanxi Chemical Industry壳牌粉煤气化炉煤烧嘴损坏及维护分析辛鹏（广发化学工业有限公司，山西大同0 3 7 0 0 8）文献标识码：A2火烧嘴损坏原因分析2.1原料煤问题针对烧嘴损坏问题，技术人员首先查阅资料，对原料煤问题进行分析，对近期的留存煤样进行检验，检验结果如表1 所示。表1 煤样主要参数检验结果煤样1号煤样变形温度1188软化温度1243半球温度1250流动温度1292从表1 中可见，近期该企业应用的3 种煤炭材料在灰熔点波动方面较为突出。在此基础上，技术人员也发现3 种煤样在灰分波动方面较为突出，波动幅度约为3.2%，已超出Shell官方说明书中建议的“煤种灰分波动不超过3%”的要求。当煤质波动较为明显时，渣层的厚度变化也较为频繁，瞬间可能产生过厚的渣，过厚的渣翻过烧嘴罩上沿，从烧嘴正面穿过，造成回火，进而烧损烧嘴罩。该过程的原理示意图如图2 所示。固体炉渣层耐火材料Total 213No.8,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.08.051文章编号：1 0 0 4-7 0 5 0(2 0 2 3)0 8-0 1 3 2-0 21 342流动炉渣运行环境温度1 400 炉渣溢流单位：2号煤样3号煤样1221122712651 270128912941330图2 翻渣烧损烧嘴罩的原理示意图图1 烧嘴损坏(左)和烧嘴罩破损(右）针对当前该粉煤气化炉煤烧嘴频繁损坏问题，该企业技术部门积极进行总结分析，并决定对该壳牌煤气化装置烧嘴罩损坏问题作进一步分析探究 3 收稿日期:2 0 2 2-1 1-0 4作者简介：辛鹏，男，1 9 9 4 年出生，毕业于中北大学信息商务学院，本科，助理工程师，研究方向为煤化工。2.2参数设置不合理当前，该企业所使用的壳牌粉煤气化炉主要应用“蒸汽产量”这一参数来控制炉温稳定。在该情况下，反应器蒸汽产量控制点的设定和石灰石添加比例两2023年第8 期辛鹏：壳牌粉煤气化炉煤烧嘴损坏及维护分析133项控制点最为关键，对气化炉运行工况的稳定度起到决定性作用。由于煤质存在波动，导致蒸汽产量和石灰石添加量与实际煤质的不匹配问题较为凸显。通过分析近期的资料可知，气化炉在参数设置上长期处于固定不变的情况，未能根据煤质变化情况对相关参数进行及时调整，由此导致渣的流动性变差和渣层变厚等情况,进而造成翻渣烧损烧嘴罩或堵渣事故 4-5 。2.3烧嘴和烧嘴罩安装存在不规范情况经过全面检查并结合历史资料进行分析后，技术人员发现在以往的维修环节中，烧嘴和烧嘴罩的安装存在较多不规范之处，主要表现在以下几方面：一是在烧嘴水平角度控制方面，存在部分烧嘴角度偏差较大的情况，垂直角度偏差为0.3，水平角度偏差为0.27，不符合标准要求,因而导致偏流和挂渣不均匀;二是个别煤烧嘴伸出烧嘴罩长度过多,达到2 9 mm；三是煤烧嘴与烧嘴罩环隙过小,导致烧嘴罩一侧距离烧嘴较近而出现烧损。3烧嘴损坏问题的解决及后期维护措施3.1对原料煤的质量予以把控考虑到原料煤波动问题是造成烧嘴损坏的首要原因,在后期维护措施中,根据 Shell 官方说明书的要求进行选煤，对煤炭质量进行把关，最终确定煤炭筛选要求如表2 所示。表2 原料煤筛选要求序号项目1水分质量分数1%2灰分质量分数/%3灰分质量分数波动范围/%4煤灰流动温度/5氧化铁质量分数/%6碱金属氧化物质量分数/%7m(二氧化硅)/m氧化铝）8硫元素质量分数1%在此基础上，为避免原料煤受到外界环境过多影响而出现变质情况，企业决定采用精细化管理模式，在车间内合理规划堆煤区域，并根据煤质参数进行配比实验，对用煤环节作进一步的优化。3.2对炉温控制方式进行优化为提高炉温控制方式的灵活性，同时避免出现调整失误情况，技术人员通过以下几方面的措施实行优化。一是针对石灰石添加的指标进行优化，避免添加量不准确造成挂渣异常等问题。对此,技术人员结合近年来的人炉煤数据，设定一个参考系数，该参考系数应用公式(1)进行计算：k=m(siO,+AlO.)m(CaO+Fe,O,):式中：m表示质量，代人相关质量数据后即可求出相关系数k值，结合实际情况后，确定k值在高负荷下取2.6，低负荷下取2.5，以此控制石灰石添加量。二是针对输煤流程进行优化，在输煤流程中,增设除铁器（图3）、钩耙和纤维分离器，对原煤中的异物进行拦截和清理，以降低煤线波动情况，从理论分析可知，这种措施有助于稳定运行工况，有效保护内件和烧嘴罩,最大程度降低烧损情况。图3 煤炭行业专用型电磁除铁器3.3实实行标准化作业针对以往煤烧嘴和烧嘴罩安装过程中存在的不标准等问题，企业安排专业技术人员对安装过程进行监督控制，制定安装标准化作业程序,并对安装后的状态进行检查验收。具体来看，本环节的标准化作业主要通过以下几个角度加以开展：一是使用专用检查测量工具，对烧嘴水平安装角度予以控制，确保其处于4 0.2 5 以内,并控制垂直角度为零；二是控制煤烧嘴和烧嘴罩伸出炉壁的长度保持一致,均控制为26mm；三是在安装过程中,对烧嘴与烧嘴罩之间的环隙间隙予以控制，将该间隙值控制在6 1 4 mm范限定值围内，避免间隙值控制不当，引发烧嘴罩偏心率过大1250151.820.5 4.3(1)最大程度降低烧嘴罩的烧损问题,结合实际情况进行全方位分析，并应用精益化管理理念和方法对相关参数进行控制则是一个切实可行的策略。本次结合实际情况开展优化维护措施后，壳牌粉煤气化炉的停车次数下降近4 0%，且煤烧嘴损坏问题得到有效解决，证明本次的优化工作取得了一定的成效。当然在今后的工作中,还需要重点考虑烧嘴部位自身的改进，进一步提高其抗工况波动的能力，进而提高壳牌粉煤气化炉的运行质量。参考文献1刘明,马嘉悦,刘晓培，等.基于动态贝叶斯网络的气化炉烧嘴系统可靠性分析 J.辽宁石油化工大学学报，2 0 2 2,4 2(2)：7 9-8 5.2敖晓辉.提高气化炉烧嘴使用寿命的实践 J.设备管理与维修，2021(22):122-124.3李磊，李华，宇，等.新型气化炉烧嘴失效分析 J.山东化工，2 0 2 1,5 0(18):157-158.4陈凯.壳牌气化炉烧嘴罩烧损原因分析及对策研究 J.云南化工,2 0 2 1,4 8(7):1 4 2-1 4 5.5 韦新芳，陈卫岗.德士古气化炉烧嘴长周期运行的方法 J.化工管理,2 0 2 1(1 3):1 4 4-1 4 5.（英文摘要下转第1 4 7 页）2023年第8 期白志兵：斜沟煤矿厚煤层大断面采掘交锋巷道支护设计147.可以满足日常需求。1 秦忠诚，杜金顿，刘佳，等.采掘相向沿空掘巷动态分段围岩控制技术 J.煤矿安全,2 0 1 6,4 7(1 1)：1 5 5-1 5 8.2张进鹏，刘立民，王义铎，等.采掘相向沿空掘巷平衡支护技术研究与应用 J.煤矿安全，2 0 1 7,4 8（1 0）：9 7-1 0 0.3康继忠，孙毅，杨建雄，等.迎采掘进巷道合理煤柱宽度确定 J.Design of Support for Large Cross Section Excavation Intersection Tunnel in Thick Coal(Xiegou Coal Mine of Shanxi Xishan Jinxing Energy Co.,Ltd.,Lvliang Shanxi 033000,China)Abstract:Based on the technical background of the 23110 working face leather belt roadway in Xiegou Coal Mine,theoretical researchand numerical simulation were conducted on the thick coal seam large cross-section excavation intersection roadway.A mechanical modelof the excavation intersection roadway was established,and support design was carried out for the roadway.Key words:mining clash;optimization of support;ground pressure observation(上接第1 2 7 页）Application of Roof Cutting and Pressure Relief along Gob Retaining Technology(Shanxi Fenxi Zhongxing Coal Industry Co.,Ltd.,Jiaocheng Shanxi 030500,China)Abstract:In response to the increasing difficulty of mining mineral resources in China,it is necessary to strengthen the exploration of thetechnologies used in mineral mining.On the basis of introducing the specific application principle of the top cutting pressure relief and goafretaining technology,the practical application of the top cuting pressure relief and goaf retaining technology is discussed based onexamples.It is hoped that the content in the article can be helpful to relevant staff.Key words:mineral mining;retaining tunnels along the goaf;formation of alleys;construction technology(上接第1 31 页）2庞岩峰，张海兰.壳牌气化炉开工烧嘴点火故障分析及预防措施J.矿业装备，2 0 2 1(6):2 4 2-2 4 3.3王钦华.Shell壳牌气化炉清灰装置常见问题及分析 J.辽宁化工,2 0 2 1,5 0(1 1):1 7 2 5-1 7 2 7.Research on Common Problems and Solutions during Start-up and Operation of Shell GasifierAbstract:In order to efectively solve common problems in the actual start-up and operation of Shell gasifers,based on actual engineeringcases,three types of common problems and their causes,namely damage to the coil at the cooling port,failure of the rapping device,anddamage to the burner,were analyzed during the start-up and operation of Shell gasifiers.Based on the analysis results,targeted treatmentmeasures were explored.From the actual effect,the above treatment measures have achieved better results,indicating that these treatmentmeasures can serve as experience references for subsequent daily operation and maintenance work.Key words:Shell gasifier;the coil at the cooling port is damaged;vibration device failure;damaged burner;problem handling(上接第1 33页）Analysis of Damage and Maintenance of Shell Pulverized Coal Gasifier Coal BurnerAbstract:In order to investigate the causes of damage to the coal burner of Shells powder coal gasification furnace,this study is based onthe actual situation of a shell powder coal gasification furnace applied by a coal chemical enterprise,combined with relevant referencematerials and theoretical analysis,and identified several main causes of damage to the coal burner of Shells powder coal gasificationfurnace.Based on these reasons,targeted solutions and maintenance measures were discussed in detail,in order to improve the operationalstability of the coal burner of Shells coal gasification furnace and provide reference for subsequent related work.Key words:powder coal gasification furnace;burner;maintenance煤矿安全,2 0 1 7,4 8(8)：2 2 3-2 2 6.参考文献4王洁.肖家洼煤矿迎采对掘巷道围岩控制技术 J.煤炭技术，2020,39(10):41-43.5杜贝举.不同采掘配合下动压回采巷道围岩变形规律及控制技术研究 D.焦作：河南理工大学,2 0 1 6.6张坤.基于地应力反演的古城矿N2303巷道支护应用研究 D.徐州：中国矿业大学，2 0 2 0.Seam of Xiegou Coal MineBai ZhibingWang Zheng4高进.影响壳牌气化炉经济效益的因素分析 J.化工管理，2 0 2 0(36):15-16.5郎启富.壳牌气化炉激冷口盘管损坏原因分析及改进 J.云南化工,2 0 2 0,4 7(1):1 4 6-1 4 9.Ren Zhiwei(Guangfa Chemical Industry Co.,Ltd.,Datong Shanxi 037001,China)Xin Peng(Guangfa Chemical Industry Co.,Ltd.,Datong Shanxi 037008,China)