循環(huán)流化床氣化爐安全聯(lián)鎖系統(tǒng)淺析

范玉佼

（北京國石安康安全評價(jià)有限公司，北京 100101）

循環(huán)流化床氣化爐安全聯(lián)鎖系統(tǒng)淺析

范玉佼

（北京國石安康安全評價(jià)有限公司，北京 100101）

針對循環(huán)流化床氣化爐安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)置進(jìn)行了分析，分析了循環(huán)流化床氣化爐聯(lián)鎖觸發(fā)條件的選取以及相關(guān)聯(lián)鎖動(dòng)作。為了避免系統(tǒng)不必要的停車，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)選取氣化爐溫度、給煤系統(tǒng)狀態(tài)、汽包液位、氣化爐蒸汽流量作為聯(lián)鎖觸發(fā)條件，聯(lián)鎖動(dòng)作主要針對氣化爐送風(fēng)系統(tǒng)、給煤系統(tǒng)及煤氣外供系統(tǒng)，并分析了上述聯(lián)鎖條件及聯(lián)鎖動(dòng)作選取的原則和依據(jù)。

循環(huán)流化床；氣化；安全；聯(lián)鎖

Abstract：Aiming at the setting of the safety interlocking system of the circulating fluidized bed gasifier， the selection of the interlocking trigger condition of the circulating fluidized bed gasifier and the related interlocking action are analyzed. In order to avoid the unnecessary parking system， the safety interlock system selects the gasifier temperature， the coal feeding system status， the drum level，the gasifier steam flow as the interlocking trigger condition， the interlocking action mainly for the gasification furnace air supply system，Coal supply system and gas supply system， and analyzed the interlocking conditions and interlocking action selection principle and basis.

Key words：circulating fluidized bed；gasification；safety；interlocking

我國煤炭資源豐富，石油及天然氣資源相對匱乏，結(jié)合我國能源現(xiàn)狀，發(fā)展煤化工對促進(jìn)我國能源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重大意義[1]，煤氣化是實(shí)現(xiàn)煤碳資源清潔高效利用的重要途徑[2]。

目前我國工業(yè)燃?xì)馐袌鐾ㄟ^煤氣化制取中低熱值燃?xì)馑玫臍饣绞街饕獮楣潭ù矚饣摎饣夹g(shù)需使用塊煤為燃料，進(jìn)場原料利用率低，操作復(fù)雜，單臺氣化爐產(chǎn)氣量低，對環(huán)境污染嚴(yán)重，屬于將逐步淘汰的工藝[3]。與固定床氣化相比，循環(huán)流化床氣化工藝煤種適應(yīng)性廣，可使用粉煤、碎煤為原料，單臺氣化爐產(chǎn)氣量高，煤氣中基本不含焦油、酚類等，減輕了工藝對水質(zhì)的污染，煤氣熱值達(dá)到工業(yè)燃?xì)馐袌龅囊螅h(huán)流化床氣化爐可滿足固定床氣化淘汰后工業(yè)燃?xì)馐袌龅男枨?。目前，針對循環(huán)流化床氣化爐安全運(yùn)行的研究資料相對較少，循環(huán)流化床氣化技術(shù)推廣使用需要可靠地安全連鎖系統(tǒng)。本文針對循環(huán)流化床氣化爐安全連鎖裝置的設(shè)置進(jìn)行了探討。

1 循環(huán)流化床氣化工藝流程

碎煤經(jīng)皮帶送入煤斗，煤斗中的煤通過螺旋給煤機(jī)送入氣化爐，通過改變給煤機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)氣化爐給煤量的目的?？諝庥呻x心風(fēng)機(jī)供給，水蒸氣由氣化爐尾部余熱鍋爐供給，余熱鍋爐故障時(shí)，由熱電部門提供備用蒸汽，空氣與水蒸氣經(jīng)管道送入氣化爐風(fēng)室，經(jīng)安裝于布風(fēng)板上的風(fēng)帽進(jìn)入氣化爐，與爐內(nèi)燃料發(fā)生氣化反應(yīng)，釋放熱量并產(chǎn)生煤氣。

氣化后的高溫底渣經(jīng)氣化爐底部安裝的滾筒冷渣機(jī)冷卻后排出氣化爐，經(jīng)皮帶輸渣機(jī)運(yùn)至渣庫。氣化產(chǎn)生的高溫煤氣從頂部離開氣化爐，經(jīng)兩級旋風(fēng)分離器分離出氣體攜帶的固體顆粒后進(jìn)入余熱鍋爐。一級旋風(fēng)分離器分離下的顆粒經(jīng)一級料腿和U型返料器返回氣化爐，二級旋風(fēng)分離器分離下的飛灰冷卻后，經(jīng)排灰鎖斗系統(tǒng)進(jìn)入飛灰緩沖罐，最終排入灰?guī)欤煞忾]粉體車運(yùn)走。

煤氣在余熱鍋爐冷卻后，經(jīng)布袋除塵器及水洗送出裝置后，供下游燃?xì)飧G爐使用。余熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽部分自用，剩余部分作為副產(chǎn)品送出。

2 循環(huán)流化床安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)置

聯(lián)鎖系統(tǒng)的主要作用是生產(chǎn)過程中危險(xiǎn)發(fā)生之前，對可能造成的事故進(jìn)行預(yù)判，并產(chǎn)生聯(lián)鎖動(dòng)作支配相關(guān)設(shè)備，切斷危險(xiǎn)源，避免事故并降低誤操作可能帶來的危險(xiǎn)，保障人員安全，保證氣化設(shè)備的安全運(yùn)行。聯(lián)鎖系統(tǒng)一般主要包括觸發(fā)聯(lián)鎖的條件以及對應(yīng)的聯(lián)鎖動(dòng)作。循環(huán)流化床氣化爐主要的安全聯(lián)鎖如圖1所示，其中左側(cè)為觸發(fā)聯(lián)鎖的主要參數(shù)，右側(cè)為聯(lián)鎖觸發(fā)時(shí)的聯(lián)鎖動(dòng)作。當(dāng)選取的主要參數(shù)達(dá)到設(shè)定數(shù)值時(shí)立即觸發(fā)聯(lián)鎖動(dòng)作。

圖1 循環(huán)流化床氣化爐安全聯(lián)鎖示意圖

2.1 聯(lián)鎖條件的選取

氣化爐停爐、啟爐將導(dǎo)致后續(xù)煤氣用戶生產(chǎn)間斷及資源浪費(fèi)，大大降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)該在保證裝置安全運(yùn)行的條件下，選取必要的、合理的聯(lián)鎖條件，避免因聯(lián)鎖條件選取不科學(xué)造成不必要停爐。

2.1.1 氣化爐溫度

氣化爐溫度是保障設(shè)備安全運(yùn)行及煤氣品質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)之一。循環(huán)流化床氣化爐屬于高物料濃度的流態(tài)化反應(yīng)器，爐內(nèi)大量固體物料積蓄熱量，一般情況下氣化爐溫度變化較小。對于空氣流量、蒸汽流量以及給煤波動(dòng)造成的溫度變化，操作人員可通過調(diào)節(jié)相應(yīng)氣體流量及給煤量，使溫度恢復(fù)正常。對于氣化爐溫度降低或緩慢升高，可不設(shè)置聯(lián)鎖。但當(dāng)給煤系統(tǒng)故障或系統(tǒng)返料故障時(shí)，由于密相區(qū)內(nèi)的碳濃度降低，氧煤比短時(shí)間快速增大，極易導(dǎo)致氣化爐溫度迅速升高，造成爐內(nèi)結(jié)渣，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致后續(xù)設(shè)備超溫?fù)p壞，因此，需設(shè)定氣化溫度限值，當(dāng)溫度超限后觸發(fā)聯(lián)鎖動(dòng)作，保護(hù)設(shè)備安全。

2.1.2 給煤系統(tǒng)狀態(tài)

循環(huán)流化床氣化爐配備兩臺螺旋給料機(jī)（一用一備），保障系統(tǒng)盡可能長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，兩臺給煤機(jī)同時(shí)故障聯(lián)鎖。

（1）給煤電機(jī)電流。給煤機(jī)螺旋由尾部電機(jī)帶動(dòng)，當(dāng)螺旋中摻入雜物，或煤顆粒因高溫析出水分、焦油等出現(xiàn)黏結(jié)，導(dǎo)致給煤螺旋的旋轉(zhuǎn)阻力增大，轉(zhuǎn)速降低或停轉(zhuǎn)，給煤電機(jī)電流相應(yīng)增大?，F(xiàn)場可安排人員進(jìn)行盤車，若盤車無效，且另一臺給煤機(jī)未處于正常工作狀態(tài)，則給煤機(jī)電流與氣化爐溫度結(jié)合，當(dāng)氣化爐溫度超限后聯(lián)鎖自動(dòng)關(guān)閉氣化爐送風(fēng)，防止?fàn)t內(nèi)高溫結(jié)渣。

（2）給煤斗料位。給煤斗位于螺旋給料機(jī)上方，通過閘板閥與給煤螺旋相連，給煤螺旋與煤斗中的物料共同提供料封，防止氣化爐內(nèi)高溫氣體反竄進(jìn)入煤斗。當(dāng)煤斗中料位過低時(shí)，料封失效，氣化爐內(nèi)的高溫煤氣將反竄進(jìn)入煤斗，極易引發(fā)給煤系統(tǒng)的重大事故。因此，當(dāng)給煤斗中料位過低時(shí)，應(yīng)立即關(guān)閉給煤斗下方的閘板閥，切斷煤斗與氣化爐的通路，防止高溫煤氣進(jìn)入給煤系統(tǒng)。

2.1.3 汽包液位

余熱鍋爐汽包配備自動(dòng)上水系統(tǒng)，當(dāng)液位低時(shí)自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)將加大上水量，鍋爐給水泵發(fā)生故障時(shí)，備用泵將自動(dòng)開啟。若汽包液位過低則表明汽包中嚴(yán)重缺水，自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)已無法保證系統(tǒng)安全，如果不采取措施將導(dǎo)致鍋爐損壞，同時(shí)蒸汽斷供也會(huì)造成氣化爐溫度快速升高，因此，當(dāng)汽包液位過低時(shí)應(yīng)立即聯(lián)鎖停爐，避免發(fā)生安全事故造成人員或財(cái)產(chǎn)損失。

2.1.4 氣化爐蒸汽流量

氣化爐蒸汽主要用于控制氣化爐內(nèi)溫度，同時(shí)作為氣化劑參與氣化反應(yīng)，此外蒸汽還用于U型返料器的返料風(fēng)。當(dāng)余熱鍋爐供汽異常時(shí)，蒸汽管路切換為外部熱電部門供汽，若外部供汽或蒸汽管路出現(xiàn)故障時(shí)，氣化爐的蒸汽流量降低，進(jìn)入氣化爐的冷量減少，同時(shí)由于返料風(fēng)降低，返送回爐膛的循環(huán)物料減少，多重影響下會(huì)使氣化爐溫度快速升高，此時(shí)應(yīng)立即聯(lián)鎖，防止氣化爐超溫結(jié)渣。

2.2 聯(lián)鎖動(dòng)作

循環(huán)流化床氣化爐是氣化系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置，氣化爐安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的主要作用是當(dāng)相關(guān)監(jiān)測參數(shù)值達(dá)到觸發(fā)條件時(shí)，觸發(fā)相關(guān)聯(lián)鎖動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)氣化系統(tǒng)安全停車。熱態(tài)停車時(shí)氣化系統(tǒng)中仍積存較多煤氣，且系統(tǒng)處于高溫狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)對氣化爐送風(fēng)系統(tǒng)、給煤系統(tǒng)及煤氣外供系統(tǒng)等綜合進(jìn)行考慮，保障設(shè)備及人員安全。

2.2.1 送風(fēng)系統(tǒng)

氣化裝置聯(lián)鎖時(shí)，切斷入爐空氣，逐漸停止離心風(fēng)機(jī)，關(guān)閉空氣管路閥門，蒸汽流量增大，當(dāng)氣化爐溫度降低后，關(guān)閉蒸汽管路閥門。因蒸汽流量過低發(fā)生聯(lián)鎖時(shí)，應(yīng)切斷蒸汽管路閥門。

氣化裝置停車后，氣化爐床層內(nèi)仍有較多未反應(yīng)碳，且爐內(nèi)及管道內(nèi)充斥煤氣，空氣可繼續(xù)與碳反應(yīng)，若空氣過量可能會(huì)與煤氣反應(yīng)，導(dǎo)致爆炸，因此必須切斷空氣。風(fēng)機(jī)應(yīng)逐漸關(guān)閉，防止因流化風(fēng)驟停造成爐內(nèi)床料突然下落，導(dǎo)致熾熱床料及煤氣倒灌入空氣管路。風(fēng)機(jī)停止后關(guān)閉管路閥門，防止煤氣進(jìn)入管路。

蒸汽作為冷卻介質(zhì)，冷卻床料及設(shè)備溫度，同時(shí)將床內(nèi)煤氣置換出系統(tǒng)。若蒸汽流量低發(fā)生聯(lián)鎖，應(yīng)關(guān)閉蒸汽管路閥門，防止煤氣擴(kuò)散。

2.2.2 給煤系統(tǒng)

非給煤系統(tǒng)故障導(dǎo)致的聯(lián)鎖觸發(fā)，需停止給煤機(jī)，切斷系統(tǒng)給煤。若因給煤系統(tǒng)故障觸發(fā)聯(lián)鎖，停止給煤機(jī)的同時(shí)需關(guān)閉給煤斗下方閘板閥。

裝置停車后，如果繼續(xù)向氣化爐加煤，由于爐內(nèi)高溫到無氧氣供應(yīng)，加入的煤在高溫條件下熱解產(chǎn)生焦油，易造成尾部管道及設(shè)備堵塞或損壞。給煤系統(tǒng)故障時(shí)，煤氣可能會(huì)反竄進(jìn)入煤斗，因此給煤系統(tǒng)故障聯(lián)鎖時(shí)，應(yīng)切斷給煤機(jī)并關(guān)閉煤斗下方閘板閥。

2.2.3 煤氣外供系統(tǒng)

裝置聯(lián)鎖觸發(fā)后，應(yīng)切斷煤氣外供至管網(wǎng)閥門，開啟放散閥門。

裝置停車后，氣化產(chǎn)生的煤氣產(chǎn)量及熱值均發(fā)生變化，已經(jīng)無法滿足煤氣用戶的需求，為防止不合格煤氣對后續(xù)系統(tǒng)的影響，應(yīng)關(guān)閉煤氣至管網(wǎng)閥門，將煤氣直接送至火炬燃燒。

3 結(jié)束語

循環(huán)流化床氣化爐是氣化系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)圍繞氣化爐進(jìn)行設(shè)立。在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，選擇合理的聯(lián)鎖條件，當(dāng)氣化爐溫度、給煤系統(tǒng)狀態(tài)、汽包液位、氣化爐蒸汽流量達(dá)到觸發(fā)參數(shù)設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)氣化爐送風(fēng)系統(tǒng)、給煤系統(tǒng)及煤氣外功系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖動(dòng)作，保證氣化裝置安全停車。

[1] 付長亮，張愛民.現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2] 于遵宏，王輔臣.煤炭氣化技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[3] 張慶庚，李凡，李好管.煤氣化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

Analysis on Safety Interlocking System of Circulating Fluidized Bed Gasifier

Fan Yu-jiao

TQ546

B

1003–6490（2017）09–0020–02

2017–08–03

范玉佼（1986—），女，河南漯河人，主要研究方向?yàn)榛瘜W(xué)工業(yè)安全生產(chǎn)管理與防護(hù)。