壳牌气化炉堵渣原因分析及应对措施

壳牌气化炉堵渣原因分析及应对措施

曹秋园

大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司 内蒙古锡林郭勒盟027300

摘要：壳牌气化炉作为一种高效的化工生产设备，其在将各种炭质材料转化为合成气的过程中发挥着关键作用。然而，气化过程中常见的堵渣问题严重影响了气化炉的稳定运行和生产效率。堵渣不仅导致设备运行中断，增加维护成本，还会降低气化效率，影响最终产品的质量和产量。因此，本研究围绕壳牌气化炉的堵渣原因进行深入分析，并探讨一系列有效的应对措施，旨在为气化炉的优化运行和维护提供科学依据和技术支持，从而提升整体生产效率和经济效益。

关键词：气化炉；堵渣；应对

引言：气化技术作为一种转化固体燃料为可用能源的重要手段，其在能源产业中的应用日益广泛。尤其是壳牌气化炉，以其高效率和低排放特性，在全球范围内被广泛应用于多种化工和能源生产过程中。然而，气化炉在运行过程中频繁遭遇的堵渣问题，不仅影响生产安全和经济效益，还可能导致生产过程的不稳定和能效下降。对此问题的深入研究和有效解决，具有重要的实际意义和应用价值，可以为气化技术的进一步优化和应用提供重要支持。

一、壳牌气化炉堵渣对生产效率的影响

壳牌气化炉堵渣，可导致气化炉运行中断，需要频繁停机进行清理和维护，不仅可减少设备的实际运行时间，降低生产的连续性和可靠性。在每次清渣和维护中，均需耗费大量时间和劳力成本，且在停机期间，生产线上的合成气输出减少，影响下游产品的制造进度。此外，渣堵和清理问题频繁，会导致设备损耗加速，降低气化炉的使用寿命和效率。长期来看，渣堵还可能导致炉内热效率的下降，堵渣会影响炉内的热分布，使得热量不能均匀分布，从而影响到整个气化过程的效率和产出质量。因此，堵渣还会增加生产的直接和间接成本，影响到最终产品的质量和生产企业的市场竞争力[1]。对此，需采取有效措施，解决和预防堵渣问题，提升气化炉生产效率，降低运营成本，增强市场竞争力。

二、壳牌气化炉堵渣原因分析

（一）原料问题

原料的种类、湿度、粒度等特性对气化过程中渣的形成具有显著影响。不同类型的原料在气化过程中的行为差异显著，例如煤和生物质原料在热解和气化阶段会释放不同类型的挥发分，这些挥发分的反应性和温度敏感性不同，可能导致不同程度的熔渣问题。原料的湿度也是影响因素之一，湿度较高的原料在气化过程中会消耗更多的热能来蒸发水分，这会降低炉内温度，导致熔点较低的灰分可能无法完全熔化而积累成渣。此外，原料的粒度也极为关键，粒度过大或过小，都会影响气化效率和渣的形成；粒度过大可能导致热量传递不均，而粒度过小则可能造成炉内局部氧气不足，会增加渣的生成。

（二）操作条件

气化炉的操作温度、压力以及气化剂的流量和成分是影响渣行为的关键因素。操作温度是控制渣形成的重要参数，温度过低可能导致灰分无法充分熔化形成流动性差的渣，而温度过高则可能导致炉墙受损和结渣加剧。操作压力对气体和灰分的相互作用具有显著影响，适当的压力可以促进更完全的气化反应，减少未反应的固体残留，从而降低堵渣的可能性。此外，气化剂的选择（如氧气、蒸汽或它们的混合物）及其流量也非常关键，不同的气化剂会影响反应的热力学和动力学条件，进而影响渣的性质和堵塞风险。

（三）设备设计

炉膛的设计、喷嘴的布置和冷却系统的配置都直接影响渣的行为和积累。炉膛的大小和形状应当能够保证原料的均匀分布和充分气化，避免局部过热或冷区域的形成，这些区域往往是渣体积累的高发区。喷嘴的布置也极为关键，喷嘴位置和角度不当，可能导致原料和气化剂分布不均，从而影响热效率和增加堵渣的风险。

（四）化学反应

气化过程涉及复杂的热化学反应，其中原料在高温条件下与气化剂（通常为氧气和蒸汽）反应，产生合成气和灰渣。这些化学反应的特性，如反应的平衡和动力学，决定了灰渣的物理和化学性质。例如，不同的反应温度和气化剂比例会影响灰渣的熔点和矿物组成，从而决定渣的粘度和流动性。反应中生成的矿物如硅酸盐、铝酸盐等，在不同条件下的熔点不同，这些熔点的变化直接影响渣的堵塞情况。此外，反应过程中可能形成的低熔点复合物如硫化物和磷化物，也会在一定条件下促进渣的形成和积累[2]。

三、壳牌气化炉堵渣问题应对策略

（一）原料预处理

对原料进行适当的处理，可以显著减少渣的形成和积累。原料预处理主要包括干燥、精炼和筛选等步骤。其中，干燥是通过降低原料中的水分含量来减少气化过程中的水蒸汽生成，有利于提高炉内温度稳定性，从而减少因温度波动导致的渣体积累。其次，精炼原料，去除那些可能在气化过程中产生大量渣的物质，如矿物质和其他非挥发性成分。此外，通过筛选调整原料的粒度，可以确保原料在气化炉内的均匀分布，避免因局部原料过量或过少而导致的局部高温或低温区域，优化气化过程的效率，降低因原料问题导致的堵渣问题，保证气化炉的长期稳定运行。

（二）优化操作策略

精确控制温度、压力、气化剂的流量和成分，有利于改善气化效果并减少渣的形成。调整气化温度至最优区间至关重要，可使得原料充分气化，同时避免过高温度导致的渣熔结。另外，加强压力调控，促进化学反应的发生，提高合成气的产量和质量，同时减少固体残渣。此外，调整气化剂的流量和成分，适当增加气化剂的流量，提高气化反应的完全性，调整气化剂的成分比例（如氧气与蒸汽的比例），控制反应的热平衡，从而影响渣的物理状态和积累，提升气化炉的运行效率，有效控制渣的形成，确保气化炉的稳定和经济运行。

（三）设备改进

促进关键设备优化和升级，可以有效预防和减少渣的形成。对此，需改进炉膛设计，包括优化炉膛的形状和大小以确保更均匀的温度分布，减少因温度不均导致的渣体积累。此外，改进喷嘴也非常关键，通过设计更高效的喷嘴布置和角度，可以实现更优的原料和气化剂混合，从而提高反应的均匀性和效率。同时，引入高效的冷却系统以更好地控制炉体和关键组件的温度，可以防止过高的操作温度导致的设备损害和渣熔结。应用先进的材料科技，如采用耐高温、抗腐蚀的材料来制造炉体和喷嘴，也可以提高设备的耐用性和可靠性。

（四）清渣技术

清渣技术是壳牌气化炉维护中不可或缺的一环，包括机械清渣、化学清渣以及热处理等方法。机械清渣利用物理方式，如振动器或清渣机械臂，定期清理炉内积累的渣，这种方法直接且效果快速。化学清渣则涉及使用特定的化学剂，这些化学剂可以帮助软化或溶解堵塞的渣，从而便于其移除，适用于难以通过物理方法清除的渣。热处理清渣技术则通过调整气化炉的操作温度来熔化或燃烧掉渣体，是一种更为彻底的清理方式。

三、结语：

通过对壳牌气化炉堵渣问题的全面分析，本研究详细阐述堵渣的主要原因，包括原料问题、操作条件、设备设计以及化学反应的影响。同时，研究提出了针对性的应对措施，如原料预处理、优化操作策略、设备改进和清渣技术的应用，不仅可以显著提升气化炉的运行效率和生产稳定性，还可以降低运营成本和维护难度，为提高气化炉的经济性和可靠性提供有效的方法和技术途径，对于推动气化技术的持续发展具有重要意义。

参考文献：

[1]赵云鹏.永城园区壳牌气化炉停车原因分析[J].化学工程与装备，2023，（08）：193-195.

[2]韩延阳.壳牌气化炉长周期运行总结[J].氮肥与合成气，2022，50（09）：28-30+33.

[3]孙卫军.制约壳牌气化炉长周期稳定运行因素分析[J].化工管理，2014，（26）：109-110+112.

[4]武喜阳.壳牌气化炉堵渣原因分析及应对措施[J].氮肥与合成气,2024,52(02):30-33.DOI:10.19910/j.cnki.ISSN2096-3548.2024.02.013.

[5] Shell气化炉堵渣原因分析及预防措施[J]. 邓天龙.山西化工,2017(05)

[6] Shell粉煤气化炉堵渣问题探讨[J]. 程更新.大氮肥,2013(02)