Shell粉煤气化流程模拟分析与优化_贾靖华
Shell干粉气化技术综述
Shell干粉气化技术综述
戢绪国
【期刊名称】《全国煤气化技术通讯》
【年(卷),期】2007(000)005
【摘要】Shell煤气化工艺（也称SCGP工艺）是由荷兰壳牌全球方案解决公司开发的一种干煤粉气流床加压气化技术。
目前Shell气化技术的最大用户在中国。
Shell煤气化技术自1996年开始引入中国，在不到十年时间内取得了很大进展，尤其是近几年，随着石油资源的供应紧张和环保要求的日益提高，其在各个领域和行业受到越来越多的关注。
【总页数】5页(P24-28)
【作者】戢绪国
【作者单位】北京市·煤炭科学研究总院煤化工研究分院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ546.2
【相关文献】
1.Shell粉煤气化技术应用综述 [J], 李亚东
2.IGCC改造项目中TRIG煤气化技术的设备布置特点及其与Shell煤气化技术的比较 [J], 林静;姜华;郭广军
3.Shell煤气化技术综述 [J], 宋超
4.Shell煤粉加压气化技术应用 [J], 李兵兵
5.科林CCG气化技术3+1烧嘴在主流干粉煤气化技术烧嘴中的优劣性 [J], 牛田;张庆;杨岚;李自恩
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Shell粉煤气化装置配煤方案及其优化
Shell粉煤气化装置配煤方案及其优化作者：唐嘉来源：《中国科技博览》2014年第02期摘要：优化配煤对Shell粉煤气化装置的优化运行具有重要意义，针对Shell粉煤气化装置优化配煤问题，建立了一个配煤优化模型。
模型综合考虑了装置对煤质要求、市场价格等因素。
采用非线性GRG计算方法进行计算。
通过对实例的验证，证明了配煤模型的正确性。
对Shell配煤具有较好的借鉴意义。
关键词：Shell气化炉；配煤；优化模型；非线性GRG算法【分类号】TQ533引言Shell粉煤气化装置属于加压气流床气化工艺，以粉煤、氧气以及蒸汽为原料，生产CO和H2为主要成分的合成气，其物理-化学变化复杂剧烈，温度压力高，投煤量大，煤种适应相对宽泛。
但气化装置的设计是根据煤种、工艺、容量的不同而度身定做的，为保证系统长期稳定运行和提高效益，装置对煤质仍有严格的要求。
近几年来，随着国内壳牌使用厂家陆续投产，部分厂家出现了因煤质不适应气化炉需求而影响装置稳定运行的情况。
另一方面，随着煤质的劣质化趋势，优质煤炭价格不断高企。
针对煤的不同特性进行合理配比，能够充分利用不同煤种，克服单煤种不适应燃烧要求的缺点，使参差不齐的原料煤接近装置设计煤种，优化使用组分，从而稳定和优化工况，减少非计划停产以及装置堵塞和结焦。
同时，通过合理配煤也是降低原料价格和合理利用存煤的有效途径。
然而，不同原料煤对混煤质量指标的影响十分复杂，在实施配煤操作时，必须能够预测混煤的各项质量指标。
配煤优化在热电厂、焦化、传统煤化工领域有一定的研究和应用。
其中，针对焦炉配煤，刘春梅等提出了机于遗传算法的炼焦配煤优化方案【1】，以及火电厂基于粒子群算法的配煤优化方案【2】。
但在Shell干粉煤气化配煤方案还较少提及。
本文针对Shell粉煤气化装置优化配煤问题，建立了一个管理决策级视角下的配煤多目标优化模型。
此模型综合考虑了装置对混煤质量指标的要求、市场价格等，采用软件对模型进行求解，在满足装置对煤质要求的前提下，实现原料成本最低控制。
Shell粉煤气化工艺运行问题探讨及改进思路
Shell粉煤气化工艺运行问题探讨及改进思路吴国祥【摘要】简单介绍了Shell粉煤气化工艺的流程,重点阐述了Shell粉煤气化工艺在运行过程中出现的问题及相应的解决措施,并根据这些运行问题对Shell粉煤气化工艺提出了一些改进思路.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2010(038)008【总页数】4页(P254-256,266)【关键词】Shell;粉煤气化;运行问题;改进思路【作者】吴国祥【作者单位】神华鄂尔多斯煤制油分公司,内蒙古,鄂尔多斯,017209【正文语种】中文Shell粉煤气化工艺是典型的第二代气流床洁净煤气化技术,它是当前世界上最先进的煤气化技术之一,也是目前工业化程度比较高、相对比较成熟的煤气化技术.Shell 粉煤气化工艺目前在中国有着非常广泛的应用,据不完全统计,国内已经上马的Shell粉煤气化装置已经有19套左右,大部分都已经开车成功并投入正常运行.虽然Shell粉煤气化工艺目前在国内的普及率比较高,但是还始终未能实现其长周期连续稳定运行,更谈不上实现装置的整体运行经济性.这主要是由于Shell粉煤气化工艺目前还存在不少实际的运行问题,这些运行问题的存在严重制约了Shell粉煤气化装置的优化平稳运转.本文将就Shell粉煤气化工艺在运行过程中容易出现的问题进行逐一探讨,并根据这些运行问题以及积累的经验对其提出一些改进思路. Shell粉煤气化工艺采用干煤粉作为气化原料,利用纯氧及蒸汽作为气化剂来制取粗合成气(主要成分为CO+H2),从而为IGCC电厂、合成氨装置以及制氢装置提供原料气体.Shell粉煤气化装置配套八个主要单元系统[1],它们分别为磨煤单元、粉煤加压输送单元、气化及合成气冷却单元、除渣单元、除灰单元、湿洗单元、废水预处理单元以及公用工程单元.Shell粉煤气化装置的原则性流程图如图1所示.针对每个Shell粉煤气化装置而言,在实际运行过程中,出现的运行问题可能并不完全相同,但是仍然有不少共性的问题,下面将就各个Shell粉煤气化装置普遍存在的运行问题进行逐个探讨.目前各个Shell粉煤气化装置普遍存在的运行问题主要有: (1)气化炉膜式水冷壁上无法正常挂渣.由于气化煤种的煤质不太稳定,大部分Shell粉煤气化厂家都存在气化炉膜式水冷壁上无法顺利挂渣的问题,即使能够挂渣,也会因为煤质的频繁波动而导致挂渣垮掉[2-4].图2所示系为气化炉膜壁上未挂渣的图片.气化炉膜式水冷壁上不能挂渣,将会导致Shell粉煤气化重要原理之一的"以渣抗渣"原理无法实现,由此带来的直接后果就是严重缩短了气化炉的使用寿命.目前各个Shell粉煤气化用户均采用配煤的方式来稳定气化炉入炉煤种的煤质,气化煤种的煤质稳定后,气化炉膜式水冷壁上的挂渣自然也就不成问题.图3所示系为配煤之后成功挂渣的图片.(2)合成气冷却器结垢严重,导致其出口温度始终偏高.合成气冷却器的结垢问题是目前困扰各Shell粉煤气化用户的最主要问题之一,合成气冷却器一旦发生严重结垢,就会导致合成气冷却器的换热效率大大降低,从而使得合成气冷却器出口温度始终偏高,不仅严重影响了下游装置的安全运行,还会制约气化炉进一步的优化操作[2-4].合成气冷却器出口温度设计值为340℃,联锁跳车值为380℃,在大部分Shell粉煤气化用户前期运行过程中,合成气冷却器出口温度都达到了400℃.目前各Shell粉煤气化用户均采用配煤的方式来改善合成气冷却器的结垢情况,从而可以将合成气冷却器的出口温度控制在工艺指标范围内.(3)汽包出口过热蒸汽温度始终达不到设计指标.Shell粉煤气化工艺区别于其它煤气化技术的最重要特点就是可以副产大量的高品质蒸汽,如果汽包出口过热蒸汽温度达不到设计指标,则其这方面的优势就要大打折扣,还可能会造成全厂蒸汽无法平衡.另外,过热蒸汽温度不达标,就无法将其并入相应的蒸汽管网,如果想利用该股蒸汽,就必须要减温减压降品质使用,这同样也是一种能量的浪费.汽包出口过热蒸汽设计温度为405℃,而实际温度只有300℃左右,由此可见,二者之间的偏差还是非常大的,目前国内几乎所有的Shell粉煤气化用户,均存在这一问题,虽然个别厂家已经根据Shell的建议实施了一些改进措施,但是实际收到的效果均不太理想.(4)合成气冷却器过热段十字吊架部位容易出现结垢堵塞.正常情况下,合成气冷却器过热段两端压差只有4～5kPa左右,而在出现堵塞时,该压差可以达到15～20kPa左右.合成气冷却器过热段发生结垢堵塞后,粗合成气的流通面积就会减小,通过流道的粗合成气流速就会成倍增加,因此夹带飞灰的粗合成气流对气化炉炉管的冲刷磨蚀也会成倍增加,从而极其容易导致设备发生损坏.另外,合成气冷却器过热段发生结垢堵塞后,整个气化系统的阻力会相应增加,严重情况下激冷气压缩机也会因此打不上量,从而使得气化炉出口的高温粗合成气无法得到充分激冷,合成气冷却器的入口温度就会相应升高,如此粗合成气中夹带的飞灰就更容易在合成气冷却器段发生结垢,这样就形成了一种恶性循环,最终会使气化装置无法正常运转.图4所示系为合成气冷却器过热段十字吊架部位发生堵塞的照片.为了防止合成气冷却器过热段发生结垢堵塞,可以采取的措施主要有:在合成气冷却器入口处增加折流挡板、激冷气流量维持高激冷比以及增加超高压氮气反吹频率等. (5)高温高压飞灰过滤器陶瓷滤芯及其它飞灰过滤器金属滤芯容易发生断裂损坏. 高温高压飞灰过滤器的滤芯发生断裂后,未经过滤的飞灰将会直接进入后续单元,导致文丘里洗涤器及湿洗塔内部发生严重结垢,湿洗塔的洗涤降温效果将会迅速变差,从而使得气化系统无法继续运行.据统计,国内某Shell粉煤气化用户自原始开车以来,在40次停车事故中就有9次是因为高温高压飞灰过滤器的滤芯发生断裂所致.除了高温高压飞灰过滤器的陶瓷滤芯频繁发生断裂之外,除灰系统烧结金属型飞灰过滤器的滤芯也特别容易发生损坏,这些过滤器的滤芯一旦发生损坏,将会导致除灰系统的飞灰直接进入火炬放空管线,并在火炬冷凝液缓冲罐中发生累积,时间一长就会严重影响火炬系统的安全运行.通过对过滤器的反吹系统加强监控,并确保反吹效果,同时努力防止过滤器发生过载,这样就可以有效避免除灰系统各飞灰过滤器的滤芯发生损坏.(6)粉体处理单元烧结金属型通气设备容易发生损坏.在Shell粉煤气化装置粉体处理单元中大量采用了烧结金属型通气设备,这种设备能够均匀的分布氮气,从而达到输送粉煤或飞灰的目的.但是这种通气设备能够承受的压差非常有限,一般情况下当这种设备两端的压差达到0.8MPa以上时,就要减小通入的氮气量以降低其两端压差,否则会因为两端压差太高而导致其发生损坏.目前大部分Shell粉煤气化用户均已经将这种烧结金属型通气设备更换成金属网状通气设备.(7)废水预处理系统设计能力偏小,导致大量装置污水无法得到处理.通过国内大部分Shell粉煤气化用户前期的实际运行情况来看,Shell粉煤气化装置配套废水预处理系统的处理能力均不能满足实际生产需求,该系统的设计处理能力为17.1t/h,而实际污水量则能够达到32.5t/h,设计处理能力存在明显不足.此种情况会导致大量装置排放废水无法得到充分汽提及澄清,就直接排往下游污水处理系统,从而增加了下游污水处理系统的运行负荷.目前该问题还一直未能得到很好解决,最好的办法就是想方设法降低装置的污水排放量,因此建议新上马的Shell粉煤气化装置一定要对废水预处理系统的处理能力进行扩容.(8)除渣系统及气化炉出渣口经常发生堵渣,从而危及气化系统的安全运行.国内许多Shell粉煤气化用户均存在除渣系统及气化炉出渣口经常出现堵渣的问题,不仅给装置的安全运行带来严重危害,甚至还会直接导致装置停车,特殊情况下还容易引起设备损坏等安全事故.除渣系统出现堵渣后,需要采取带压除桥等措施来进行强力排渣,这样势必会缩短设备管道的使用寿命.气化炉出渣口发生堵渣后,基本上就意味着装置停车,如果非要进行强力除堵,则极其容易导致气化炉内件等关键设备发生损坏.除渣系统及气化炉出渣口经常发生堵渣是目前困扰大部分Shell粉煤气化用户的主要问题之一,虽然通过增设破渣机能够有效防止气化炉出渣口处产生的大渣块,但是由渣屏上脱落的挂渣形成的大渣块还是无法避免.(9)粉体处理单元阀门无法正常开关.粉体处理单元的开关阀门容易出现故障,主要是由于它们直接接触的处理介质为粉体氮气流,而且这些阀门往往都是那些高低压系统隔离阀门,因此就特别容易受到高速粉体氮气流的冲刷磨蚀,长此以往,开关阀门的阀体就很容易被磨穿.另外,粉体还特别容易在开关阀门的阀体部位发生累积,累积到一定程度后,就会导致开关阀门无法正常开关.一旦粉体处理单元的开关阀门无法正常开关,粉体就无法得到及时有效的转存,它们就会在系统内发生累积,从而危及到气化装置的安全平稳运行.目前国内各Shell粉煤气化用户针对粉体处理单元阀门无法正常开关的问题采取的措施主要是增加阀体吹扫氮以及阀间压力泄放装置.(10)废水汽提及澄清单元的设备及管道结垢严重,导致污水处理效果不佳.废水汽提及澄清单元的结垢会严重降低废水汽提的效果,导致废水中大量有毒有害气体进入装置周围的大气中,从而给操作人员的身心健康带来极大的危害.另外,废水中的氰化物还是一种剧毒物质,如果将未经处理的含氰污水直接排往下游污水装置,将会导致污水装置的生物降解菌类中毒死亡.还有就是废水汽提及澄清单元发生结垢后,其污水处理能力以及装置运行的可靠性都会大大降低,从而导致废水汽提及澄清单元无法满足气化系统排放污水的处理需求.不仅如此,废水汽提及澄清单元的结垢还会给装置的停车检修带来不小的麻烦,需要花费大量的时间和精力来清理设备管道内的垢物,从而大大增加了装置的停车检修费用.该问题是目前各Shell粉煤气化用户比较头疼的问题,现阶段采取的措施主要是提高废水汽提及澄清单元的注酸量.到目前为止,Shell粉煤气化工艺在国内的工业示范化进程已达7年之久,通过各Shell粉煤气化用户的不断摸索和消化,积累了不少值得借鉴的经验和教训,装置的运行也逐渐步入正轨.但是Shell粉煤气化工艺依然存在不少实际的运行问题,这些问题的存在不仅制约了Shell粉煤气化装置进一步的优化运行,同时也暴露出其工艺本身的许多不足和需要改进之处[5-6].本文在此结合国内各家Shell粉煤气化装置的运行经验,并在自己个人理解的基础上,针对Shell粉煤气化工艺提出如下几个方面的改进思路:(1)加强配煤的基础理论研究,以指导各气化用户的实际配煤操作.煤质的稳定对Shell粉煤气化工艺而言影响非常大,它是Shell粉煤气化装置能否稳定运行的最主要因素,也是Shell粉煤气化装置能否实现长周期连续运行的关键.但是国内几乎所有的Shell粉煤气化用户均存在煤质的波动问题,这主要是由于中国煤种的煤质变化普遍比较大,再加上运输储存过程中的二次污染等因素造成的.目前国内大部分Shell粉煤气化用户均采用配煤来解决装置生产过程中出现的问题,特别是煤质变化引起的气化炉波动问题,并且实际的应用效果非常理想,可以说配煤已经成为目前最经济最有效的稳定煤质的措施.但是目前国内化工企业的配煤还处于初级阶段,缺乏相应的理论指导,从而导致配煤的效果层次不齐.基于这种现状,建议壳牌加强配煤的基础理论研究,并形成配煤操作的理论指导性文件,以指导各气化用户装置的实际配煤操作.(2)加强对装置长周期运行影响因素的研究,以帮助各用户实现装置的长周期连续运行.化工装置的长周期连续运行对实现装置的规模经济效益有着十分重要的意义,如果一个装置无法实现长周期连续运行,总是处于开开停停的状态,则无法保证化工装置能够实现盈利.另外,化工装置能否实现长周期连续运行,也是考核该工艺技术是否成熟的一项重要指标,这对该工艺技术的继续推广会产生深远的影响.因此建议壳牌要加强对气化装置长周期连续运行各项影响因素的研究,并得出每项影响因素的解决方案和处理措施,从而用于指导各用户的实际运行操作,以帮助大家真正实现装置的长周期连续运行.(3)增强干法除灰的能力,建议在过滤除灰的基础上增加旋风分离除灰装置.Shell粉煤气化配置除灰系统采用的是过滤除灰的方式,它对于高灰分的煤种来说,会存在一定的性能瓶颈,过滤器的滤芯也容易因过载而发生断裂损坏.同时过滤除灰采用的反吹系统故障率特别高,一旦反吹系统出现问题,过滤器的滤芯也就会发生损坏.过滤除灰还存在滤芯过滤通量限制的问题,它对单位时间内通过滤芯的总气量有着严格的要求,其主要目的同样是为了保护滤芯.从目前国内各家Shell装置的运行情况来看,飞灰过滤器滤芯的故障率还是非常高的,而飞灰过滤器一旦发生损坏,整个气化装置就必须得停车以更换滤芯,即使只有一根滤芯发生断裂,也要对飞灰过滤器所有的滤芯进行全部更换,由此可见,飞灰过滤器滤芯断裂后带来的运行维护成本非常高.因此,建议壳牌在现有过滤除灰的基础上,增加旋风分离除灰系统[5-6],以减轻过滤除灰系统的压力,从而既达到了保护飞灰过滤器滤芯的目的,也提高了Shell粉煤气化装置对高灰分煤种的适应性.(4)加强对气化炉点火方式替代问题的研究,以摒弃目前开工烧嘴点火的方式. Shell粉煤气化装置目前的开工点火方式相对而言比较繁琐,在其开车过程中,首先要利用燃料气及仪表空气将点火烧嘴点着,然后在柴油及纯氧配比合适的情况下,利用点火烧嘴的火焰将开工烧嘴点着,开工烧嘴点着之后,气化炉才开始升温升压,当压力和温度达到之后,再投用四个煤烧嘴.由此可见, Shell粉煤气化装置的开车步骤是相当复杂的,同时开工烧嘴在开车过程中还特别容易发生损坏,而开工烧嘴的造价非常高昂,其运行时间以及点火次数还有严格的限制,这些均大大增加了Shell气化装置的开车成本.因此建议壳牌考虑更改粉煤气化装置的点火方式,可以参考GSP粉煤气化技术的点火方式,直接利用点火烧嘴来实现气化炉的升温升压,进而实现煤烧嘴的成功点火.Shell粉煤气化工艺虽然现阶段拥有较广泛的应用,但是它并不是一种十全十美的煤气化技术,它同样存在着许多现实的运行问题.这些问题的存在不仅影响了Shell粉煤气化装置的长周期连续稳定运行,而且也严重制约了Shell粉煤气化装置的整体运行经济性,因此必须要采取措施来解决这些业已发现或存在的运行问题.通过国内众多Shell粉煤气化装置的实践摸索以及经验积累,我们有理由相信,Shell粉煤气化工艺必将越来越成熟,Shell粉煤气化装置的长周期连续稳定运行也一定可以顺利实现.【相关文献】[1] 郑振安.Shell煤气化技术(SCGP)的特点[J].煤化工,2003(2):7 -11.[2] 吴枫,阎承信.关于Shell气化法原料用煤的探讨[J].大氮肥, 2002,25(5):313-317.[3] 项爱娟.煤成分对Shell煤气化工艺的影响[J].化肥工业,2006,33 (6):6-8.[4] 陈家仁.加压气流床煤气化工艺的发展现状及存在问题[J].煤化工,2006,34(6):3.[5] 唐宏青.Shell煤气化工艺的评述和改进意见[J].煤化工,2005,33 (6):9-14.[6] 路文学,张峰,付勇,等.煤粉加压气化技术及在洁净煤领域的应用前景[J].化工科技市场,2005(6):24-28.。
Shell煤气化技术及其在国内的应用推广
Shell煤气化技术及其在国内的应用推广摘要：自Shell煤气化技术进入国内市场以来，为我国煤炭深加工技术做出了重大的贡献。
经过不断的发展和完善，Shell煤气化装置的稳定化及长周期运行已能基本实现。
这项洁净能源生产技术装备适用范围还不是很宽泛，并且设备制造难度大，对操作员的技术要求较高等限制了Shell煤气化的发展和推广。
但该技术的引进对生态环境的改善是有益的，并且Shell煤气化设备成功运行后可为企业带来很好的经济效益，值得推广。
关键词：Shell煤气化技术；技术特点；推广一、Shell煤气化技术概述我国煤炭资源储备十分丰富，但煤炭资源的直接利用会对环境造成严重的污染，不利于生态环境的绿色可持续发展。
Shell煤气化技术就是将煤炭转化成富含氢气和一氧化碳的合成气，该合成气能作为原料加工成各种化工产品，实现的煤炭资源的深度利用。
Shell煤气化技术是第一代煤气化技术的改进，改变了传统的使用块煤或小颗粒制气方式，以水煤浆和干煤粉为制气原料，属于比较先进的气流床气化的第二代煤气化技术。
Shell煤气化技术简称SCGP，其工艺过程的主要原理是将煤粉、氧气和少量水蒸汽在反应炉内进行一系列的挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理化学反应，生成成分一般为ＣＯ65%、Ｈ230%、Ｎ2+Ａｒ3.1%、ＣＯ21.6%、Ｈ2Ｓ+ＣＯＳ0.3%、ＣＨ4微量的合成气。
图一Shell煤气化装置流程图二、Shell煤气化技术的工艺流程原料煤和石灰石按一定比例混合进入磨煤机，在惰性条件下(O2体积分数小于10%)由循环风机提供循环气将干燥的合格煤粉(粒度小于100μm，占总煤量的90%)送入袋式过滤器，经粉煤贮仓、进入煤锁斗；氧气与中压过热蒸汽混合后进入气化炉烧嘴，合格的粉煤以高压N2或CO2为输送介质进入气化炉烧嘴，与O2和蒸汽一起在气化炉内燃烧，温度在1 500～1 600℃，并发生C的转化反应。
反应后的气体为以H2和CO为主的合成气，合成气经输气管、合成气冷却器回收热量后进入HTHP飞灰过滤器，除去合成气中的飞灰。
Shell煤气化煤粉加压输送系统运行问题的处理优化
Shell煤气化煤粉加压输送系统运行问题的处理优化宋金荣;王治华;李海宾【摘要】介绍了Shell煤气化工艺煤粉加压输送系统的工艺原理和工艺流程,总结了神华煤直接液化项目煤粉加压输送系统运行中出现的问题,对煤粉仓装料袋滤器锥部堵粉和布袋损坏、煤锁斗充气设备损坏、煤锁斗泄压三通破损、重要阀门卡涩、煤粉给料仓泄压线磨损等问题的现象、原因、处理措施作了详细阐述和讨论.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2013(041)022【总页数】4页(P152-154,164)【关键词】Shell煤气化;煤粉加压输送;运行问题;分析处理;煤直接液化【作者】宋金荣;王治华;李海宾【作者单位】中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司,内蒙古鄂尔多斯017209;中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司,内蒙古鄂尔多斯017209;中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司,内蒙古鄂尔多斯017209【正文语种】中文【中图分类】TQ546.2基于缺油、少气、相对富煤的资源特点，科学合理发展现代煤化工，清洁利用煤炭资源是减轻环境污染和对石油资源依赖的战略选择［1］。
煤气化是实现煤炭综合利用和洁净煤技术的重要技术和主要手段，是发展现代煤化工、煤制油、燃料煤气等工业化生产的龙头［2］。
Shell煤气化技术采用干粉煤进料、高温加压气流床气化［3］，是目前世界上较为先进的第二代煤气化工艺之一，国内有多家单位先后累计引进27套Shell煤气化装置。
煤粉加压输送是磨煤干燥和煤粉气化的衔接单元，一旦发生煤粉仓装料袋滤器锥部堵粉或布袋损坏、煤锁斗充气设备损坏、煤锁斗泄压三通破损、重要阀门卡涩、煤粉给料仓泄压线磨损等问题，势必影响整个Shell煤气化装置的正常运行。
1 煤粉加压输送系统工艺原理煤粉加压输送系统主要通过煤锁斗变压操作来实现接料和放料，煤锁斗泄压从低压煤粉储仓接料，隔离充压向高压煤粉储仓放料，系间歇操作过程。
壳牌煤气化技术
激冷气压缩机 火炬 蒸汽喷射器 热风炉 补充水 J1601
洗涤塔
合成气出界区
1700单元
P-1601A/B 水
1700单元 初步水处理系统工艺流程简图
1600/1700 3000/3100 3100
V-1702
8
N2 1600
酸
V-1704
煤粉
煤粉储仓 V1201A/B
煤粉仓装 料袋滤器
S1201A/B
煤粉锁斗 V1204A/B
煤粉给料仓 V1205A/B
气化炉煤烧嘴
1300单元 气化、急冷及冷却系统流程简图
汽包V-1304 锅炉给水
激
合 中压过热蒸汽
冷成
中压
强制
循环
水泵
蒸汽
P-1301A/B/C 氧气
煤粉
管气
激冷
气 冷却 化 气器
激冷气
水
灰 酸 U1700
滤饼
1100单元 磨煤及干燥系统流程简图
碎煤仓 V1101A/B
煤粉袋式过滤器 S1103A/B
石灰石仓 V1103
称重给煤机 X1101A/B
磨煤机 A1101A/B
粉煤到 V1201A/B
循环风机 K1102A/B
放空
热风炉 F1101A/B
1200单元 煤粉加压及输送系统流程简图
SHELL煤气化技术在国内应用情况简介
2001年湖北双环科技股份有限公司为国内第 一家与壳牌签订SCGP技术许可合同，至今已签订 19个合同、23套SCGP气化工艺。主要用于大型化 肥企业进行氮肥原料及动力结构调整改造，即采 用大型气流床粉煤气化工艺，替代油气化和小型 固定床无烟块煤气化工艺，生产合成氨和甲醇， 并用于国内首套煤制油项目的制氢装置。气化炉 生产合成氨和甲醇都是在中国第一家实现，即， 中国是全世界首家把壳牌炉用于氮肥生产的国家。
Shell粉煤气化炉的分析与模拟
华 东 理 工 大 学 学 报 Journal of East C hina U nivers ity of S cience and Tech nology Vol.29No.22003-04基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G 1999022103);高等学校骨干教师资助项目收稿日期:2002-05-14作者简介:王辅臣(1966-),男,甘肃岷县人,教授,博士,主要从事洁净煤技术研究.研究简报 文章编号:1006-3080(2003)02-0202-04Shell 粉煤气化炉的分析与模拟王辅臣*, 龚 欣, 代正华, 周志杰, 于遵宏(华东理工大学洁净煤技术研究所,上海200237) 摘要:以受限容器内多喷嘴对置射流下的流体流动特征为基础,分析了Shell 粉煤气化炉内的流场特征,发现炉内存在5个特征各异的流动区域,即射流区、撞击区、撞击扩展流区、回流区和管流区。
从气化炉内主要的化学反应着手,结合流动、混合与化学反应的相互影响,分析了炉内各流动区域的化学反应过程,建立了气化炉的数学模型,对气化过程进行数学模拟,预测了工艺条件对气化结果的影响。
结果表明,有效气(CO +H 2)产率随氧煤比的变化有一最佳值,随蒸汽煤比不同,对应的氧煤比在0.54Nm 3/kg ～0.56Nm 3/kg 之间。
有效气产率随蒸汽煤比的升高而增加。
关键词:粉煤;气化炉;数学模型;模拟中图分类号:T Q 546.1文献标识码:AProcess Analysis and Simulation of Shell Pulverized Coal GasifierW A N G F u -chen *, GON G X in DA I Zheng -hua , ZH OU Zhi -j ie , YU Zun -hong(I nstitute of Clean Coal T echnology ECUS T ,Shanghai 200237,China )Abstract :In this paper,the fluid flo w characteristics o f Shell pulverized coal gasifer w as analy sed ba-sed o n flow pattern of multi -o pposed -burner jet in confined v essel .T he r esults show that there are fiveflow regions possessed different characteristics in the gasifier ,w hich are jet flow region ,im pinging jet region,im pinging jet developing stream region,re-circulation stream region and tube str eam region.T he chemical reactions g overning the process w ere analysed com bined w ith fluid flow patterns.A M athematic model has been presented for Shell g asifer .T he industrial g asifier sim ulation have been made and the effects of oper ation conditions o n gasification have been predicted using the mo del.The results show that there is a o ptimum yields of effectiv e g ases (CO+H 2)along w ith the ratio of o xy gen to coal.T he o ptimumratio of ox yg en to coal is 0.54Nm 3/kg ～0.56Nm 3/kg in different ratios of steam to coal .The yields of effectiv e gases (CO+H 2)increases alo ng w ith the incr easing of ratio of steam to co al.Key words :pulverized coal ;gasifier ;m athematic model ;sim ulation 煤的气化是洁净煤技术领域的主要研究方向之一,备受各国学术界和工程界的重视。
Shell干煤粉气化装置长周期运行的优化技改
Shell干煤粉气化装置长周期运行的优化技改
李海宾
【期刊名称】《煤化工》
【年(卷),期】2016(0)3
【摘要】针对Shell干粉煤气化装置运行中存在的烧嘴头烧嘴罩泄漏、气化炉堵渣、合成气冷却器入口积灰、高温高压飞灰过滤器稳定性差及系统锁斗阀门磨蚀等问题,进行了技术攻关与优化改造.通过配煤对煤质的改善、设备材质的国产化升级改造,工艺控制指标及系统运行程序的优化,实现了合成气冷却器的自清洁,降低了气化炉出口温度,延长了飞灰过滤器滤芯、烧嘴头烧嘴罩及关键阀门的使用寿命,确保了气化炉的长周期安稳运行.
【总页数】4页(P31-33,36)
【作者】李海宾
【作者单位】中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司,内蒙古鄂尔多斯017209
【正文语种】中文
【中图分类】TQ54
【相关文献】
1.Shell粉煤气化装置长周期运行总结 [J], 汪永庆
2.科林三喷嘴干煤粉气化装置优化改进与应用实践 [J], 唐高荣
3.干煤粉气化装置变换系统应用分析及优化 [J], 杨英;魏璐
4.影响干煤粉气化炉长周期运行问题分析与优化 [J], 田进虎
5.基于SHELL煤气化装置长周期运行的创新管理 [J], 何大春
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SHELL煤气化煤粉加压及输送系统运行分析
SHELL煤气化煤粉加压及输送系统运行分析【摘要】阐述了Shell煤气化煤粉加压及输送系统工艺原理及流程，分析了Shell煤气化煤粉加压及输送系统在运行中遇到的问题及解决措施，并提出了Shell煤气化煤粉加压及输送系统在现运行中存在的技术难题。
【关键词】Shell煤气化；气化技术；干煤粉加压及输送系统我公司河南煤业化工集团龙宇煤化工有限公司年产50万吨甲醇项目气化装置采用壳牌煤粉加压气化工艺，原煤经研磨成煤粉并经干燥处理后，依次经过常压煤粉仓、煤粉锁斗和煤粉给料仓，由高压氮气将煤粉送至气化炉喷嘴。
在煤粉的输送过程中，任何一个问题都会直接影响煤粉的正常输送及气化炉能否正常运行。
我公司自2008年4月开车以来，煤粉加压及输送系统一直是制约装置高负荷长周期运行的因素之一，多次因该系统出现各种不同的问题而造成系统降负荷、甚至停车的事故。
创造了壳牌气化炉106%负荷连续运行190天的纪录。
1 Shell煤气化煤粉加压及输送系统工艺原理概述煤给料系统由两套相同的给料系统组成，利用低压容器和高压容器之间良好的密封隔离，通过隔离、充压、排放、泄压、重新给煤的程序控制来完成煤粉的加压给料，从而达到工艺要求。
连接高压和低压给料系统线路都使用了两道阀或者一个阀加一个孔板或者加一个控制阀。
煤粉的输送是通过高压二氧化碳或氮气充入粉煤管线中，带动煤粉建立一定的速度，高压气体一方面从X-1207充气锥进入粉煤管线，另一方面从X-1301煤粉收集器进入进行调节，保证煤粉的流量稳定。
每套给料系统对应于对称的两个烧嘴供料，并配套有两套循环回路。
2 SHELL煤气化煤粉加压及输送系统在运行中遇到的问题及解决措施在国内投产的装置中都出现了不少问题，有些是共性问题，有些是因为配套厂商或选型不同而从在的个性问题，这里主要探讨一下在我们公司SHELL煤气化煤粉加压及输送系统存在的问题及解决措施，希望对国内其他壳牌装置有所帮助。
2.1 V1204笛管（1）出现的问题1）笛管脱落；2）笛管卡具脱落；3）笛管在运行的过程经常扭曲变形（2）原因分析1）由于卡具固定不牢固，极易造成笛管的脱落和卡具的脱落。
Shell煤气化工艺的评述和改进意见
￣９９
冷煤气效率 Biblioteka ％８０￣８５合成气 ／ ％
￣９０
２．２．１０ 出废热锅炉的粗煤气进入干式除尘器，用高 效飞灰过滤器除尘法回收飞灰，飞灰经收集并变压后 返 回 常 压 煤 仓（ 再 气 化 ），总 的 碳 转 化 率 较 高（ ￣９９ ％ ）， 脱除的飞灰进入飞灰收集罐，出飞灰收集罐的飞灰返 回气化炉循环使用。 ２．２．１１ 气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状 颗粒，性质稳定，对环境影响比较小。气化污水中含氰 化物少，容易处理，有可能做到近零排放。
收稿日期：２００５－０８－１５ 作者简介：唐宏青（１９４１—），男，１９６５ 年毕业于北京大学， 原兰州石化设计院副总工程师，教授级高工，现任全国化学 工程中心站技术委员会副主任，长期从事化学工程工作。
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１９７８ 年，在汉堡附近的哈尔堡炼油厂建设一座 处理煤量为 １５０ｔ／ｄ 的工厂，公司利用这座装置进行 了一系列成功的试验，至 １９８３ 年该装置停止运转为 止，累计运行了 ６ １００ｈ，其中包括超过 １ ０００ｈ 的连续 运转，顺利完成了工艺开发和过程优化的任务。
表 ２ 壳牌煤气化工艺的主要性能参数
名称
主要性能参数
气化工艺
气流床、液态排渣
适用煤种
褐煤、次烟煤、烟煤、石油焦
气化压力 ／ ＭＰａ
２．０￣４．０
气化温度 ／℃
１ ４００￣１ ６００
气化剂
纯氧
进料方式
干煤粉
单炉最大投煤量 ／ｔ·ｄ－１
２ ０００
１ ０００ｍ３ 合成气耗氧量 ／ｍ３
３３０￣３６０
碳转化率 ／ ％
第 ６ 期（总第 １２１ 期） ２００５ 年 １２ 月
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Simulation and optimization of Shell pulverized coal gasification process
JIA Jinghua,ZUO Yubang,LIU Xin,KANG Shanjiao,LIU Jia'nan,MEI Changsong,LI Chunqi
1 模型的建立与验证
1． 1 Shell 气化工艺简介 从磨煤和干燥工段过来的煤粉通过煤粉加速器
加速调节后,送至气化炉;空分送过来的氧气经过氧 气预热器预热至 180 ℃ 进入气化炉;以上物料在气 化炉内 4． 0 MPa 压力、1300 ~ 1700 ℃ 温度下进行部 分氧化反应。 气化产生的渣以液态形式经气化炉炉 壁向下流入渣池;生成以 H2 +CO 为主的合成气从顶 部出气化炉,在气化炉出口被激冷气压缩机送来的 激冷气激冷至 900 ℃ ,然后合成气分别经过锅炉系 统的激冷管、输气管、合成气冷却器进行冷却,出合 成气冷却器后温度为 340 ℃ 的粗煤气被送往干法除
第 21 卷第 6 期
2015 年 11 月
洁净煤技术
Clean Coal Technology
Vol． 21 No． 6 Nov. 2015
Shell 粉煤气化流程模拟分析与优化
贾靖华,左玉帮,刘 鑫,康善娇,刘佳男,梅长松,李春启
( 大唐国际化工技术研究院有限公司,北京 100070)
收稿日期:2014-12-30;责任编辑:孙淑君 DOI:10. 13226 / j. issn. 1006-6772. 2015. 06. 018 作者简介:贾靖华(1978—) ,男,宁夏中宁人,工程师,硕士,从事化工流程模拟方面的工作。 E-mail:jiajinghua@ dtctri． com． cn 引用格式:贾靖华,左玉帮,刘 鑫,等. Shell 粉煤气化流程模拟分析与优化[ J] . 洁净煤技术,2015,21(6) :72-75,90.
摘 要:为了对大唐多伦煤制烯烃项目 Shell 气化炉的稳定运行提供技术支持,根据粉煤气流床气化 炉碳转化率高、高温下反应接近平衡的特征,基于 Gibbs 自由能最小化法,建立了 Shell 粉煤气化平衡 模型。 通过对模型进行气化反应限制和热损失修正,计算值与运行值吻合较好。 利用建立的模型,研 究了碳转化率、不同煤粉输送载气、氧煤比等参数对气化性能的影响。 结果表明:碳转化率的升高,可 以使有效气组成增加;相同流量条件下,CO2 作为载气,气化得到的有效气组成略高于 N2 ;增大氧煤 比,导致有效气组成先增加后减小,分析得出研究工况的最佳氧煤比为 0． 86,并以此为基础,对多种 操作负荷条件下的氧煤比进行了优化。 关键词:Aspen Plus;粉煤气化;模拟;氧煤比;优化 中图分类号:TQ546 文献标志码:A 文章编号:1006-6772(2015)06-0072-04
应性广,在煤化工项目气化选型时具有一定优势。 徐越等[1-2] 利用 Aspen Plus 软件建立了干煤粉
气流床模拟平台,模型考虑了煤的热解、非均相反应 和均相反应,计算表明,模型能够对二段式干煤粉气 化炉及 Shell 煤气化工艺过程进行模拟计算;王辅臣 等[3] 基于 Shell 气化炉内的流动特征及气化过程分 析,从停留时间分布角度出发,建立了气化炉的数学 模型,计算值和实际值吻合较好,并应用该模型对工 艺条件进行了优化;于遵宏等[4] 采用 Gibbs 自由能
图 1 Shell 粉煤气化平衡模型模拟流程
针对 Shell 气化炉高温、高压的特点并结合文献 [8-11] ,常规组分如粗煤气、固定碳等的物性计算 采用了 RK - Soave 物性方法。 RK - Soave 物性方法 多用于气体加工、炼油等工艺过程,适用的体系为非 极性或弱极性的组分混合物,尤其适用于高温、高压 条件。 煤和灰作为非常规组分,物理属性主要计算 焓和密度,计算模型采用了软件内嵌的 HCOALGEN 与 DCOALIGT 模型。 1． 3 模型的验证
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2015 年第 6 期
洁净煤技术
Байду номын сангаас
第 21 卷
表 1 Shell 气化炉运行工况
项目
工况 1
煤
O2
CO2
温度 / ℃
82
182
82
流量 / ( kg·s-1 ) 22． 9 19． 9
3． 2
工况 2
煤
O2
CO2
80
179
80
23． 2
21． 4
3． 3
煤 91 24． 8
工况 3 O2 175 21． 1
( Datang International Chemical Technology Research Institute Co. ,Ltd. ,Beijing 100070,China)
Abstract:In order to provide technical support for Shell gasifier of Datang Duolun coal to olefin project,a balance model of Shell pulverized coal gasification was established based on Gibbs free energy minimization method using Aspen Plus according to the characteristics of gasification reactions being close to equilibrium at the condition of high temperature and high carbon conversion rate. Through limitation of main reactions equilibrium and heat loss modification,the simulation result was consistent with the actual data. The influencing factors on gasification performance was studied with the established model in the paper,such as carbon conversion rate,carrier gas type,oxygen-coal ratio. The results showed that the effective gas increased with the increase of carbon conversion rate. Whlie under constant gas flow,carrier gas CO2 was beneficial to produce more effective gas comparing with carrier gas N2 . Meanwhile,the effective gas firstly increased,then decreased with the increase of oxygen-coal ratio. The optimal value of oxygen-coal ratio was 0. 86. Furthermore,optimal oxygen-coal ratio was also concluded at different operation loads. Key words:Aspen Plus;pulverized coal gasification;simulation;oxygen-coal ratio;optimization
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贾靖华等:Shell 粉煤气化流程模拟分析与优化
最小化法建立了气流床平衡模型,模型将煤的复杂 热解过程进行了简化,利用该模型对水煤浆气化过 程和 干 煤 粉 气 化 过 程 进 行 了 模 拟 分 析; 张 宗 飞 等[5] 、单贤根等[6] 应用 Gibbs 自由能最小化法建立 了干煤粉气化模型,并将计算结果与文献值进行了 比较,表明对 N2 输送的气化过程能够很好的模拟, 但文献[5] 也指出对采用 CO2 输送粉煤的气化过程 模拟偏差较大;弥勇等[7] 建立了 Aspen 煤气化模型, 气化炉散热损失按照原料煤热值的 2% 估算,模拟 表明,模型适用于加压气流床煤气化工艺过程,可用 于气化炉的过程设计;林立[8] 建立了 Aspen 干煤粉气 化模型,煤热解产物的计算采用了化学渗滤脱挥发分 模型(CPD),气化过程则根据 Gibbs 自由能最小化法 计算,模拟结果与文献值比较符合;谢芳等[9] 、孟辉 等[10] 、肖祥等[11] 及汪洋等[12] ,采用流程模拟软件建 立了水煤浆气化炉平衡模型,模型将煤裂解为单元素 分子,考虑了气化炉热损失,计算表明,水煤浆浓度和 氧煤比是影响气化过程的主要参数。
2015 年第 6 期
尘系统处理。 1． 2 模型的建立
Shell 粉煤气化平衡模型模拟流程如图 1 所示。 利用 Aspen Plus 建立的 Shell 粉煤气化平衡模型模 拟流程为:煤粉物流进入裂解模块发生煤裂解反应, 将煤分解为单元素分子( C、S、H2 、N2 、O2 、Cl2 ) 、H2 O 及灰渣,并将裂解热和裂解产物导入气化模块中;气 化剂纯 O2 和煤粉输送载气 CO2 作为单独的物流直 接进入气化模块,气化模块为 Gibbs 自由能最小化 法反应器,无需提供详细的反应,就可计算出反应平 衡时的煤气组成和气化温度;气化炉热损失根据文 献[5,7] ,按照输入煤热值的 2% 估算;气化模块生 成的粗煤气和灰渣进入分离模块进行气固分离,分 离出粗煤气物流和灰渣物流。