周忠義
(中海石油華鶴煤化有限公司,黑龍江 鶴崗 154100)
燒嘴壓差也稱煤漿壓差,是指煤漿管線爐頭壓力與氣化爐燃燒室取壓管線壓力之差,它能反映出燒嘴磨損量及燒嘴噴射霧化效果。燒嘴壓差出現(xiàn)大幅降低、頻繁低波動(dòng),嚴(yán)重影響了氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行,導(dǎo)致后系統(tǒng)被迫減負(fù)荷甚至停車,加重了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。中海石油華鶴煤化有限公司(下文簡稱華鶴公司)經(jīng)過4 年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),將影響燒嘴壓差低波動(dòng)的因素總結(jié)、分析、排查、改進(jìn)。下面對華鶴公司所遇到的情況進(jìn)行簡述介紹和分析。
華鶴公司設(shè)計(jì)能力年產(chǎn)30 萬t 合成氨52 萬t 大顆粒尿素項(xiàng)目,氣化裝置選擇GE 水煤漿加壓氣化技術(shù),氣化壓力6.5MPa(G),四級閃蒸流程。磨煤采用溢流式棒磨機(jī),輸送泵為菲魯瓦三缸單作用高壓煤漿泵,煤漿濃度為65wt%~67wt%,氣化有效氣(CO+H2)達(dá)到83%,CO 含量45%,H2含量38%。
2016 年,華鶴公司曾出現(xiàn)過一次高壓煤漿泵止回閥卡塞,通過對閥體進(jìn)行外部敲擊、大幅調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速,均無明顯效果,因燒嘴壓差低觸發(fā)聯(lián)鎖停爐。停車后對高壓煤漿泵出口管線泄壓后,從爐頭反沖洗,以確??ㄈ锉A粼谥够亻y內(nèi),經(jīng)過止回閥拆解后,多個(gè)閥體內(nèi)發(fā)現(xiàn)鐵片。判斷為進(jìn)廠原料煤、石灰石混入鐵制品和鋼棒斷裂、表面剝落所產(chǎn)生。
煤儲運(yùn)皮帶裝有3 個(gè)電磁除鐵器,但并不能完全除去埋在煤中的鐵制品;石灰石進(jìn)料口管線裝有強(qiáng)磁過濾器;再通過磨煤機(jī)滾筒篩改造增加八塊永磁,用于除去煤漿中的鐵片。定期清理各除鐵設(shè)備,防止永磁表面布滿鐵制品而失效;定期檢查滾筒篩,防止?jié)L筒篩破損未及時(shí)發(fā)現(xiàn),不合格煤漿進(jìn)入煤漿槽內(nèi)?,F(xiàn)原料煤由3 家洗煤廠長期供應(yīng)精洗煤。未再出現(xiàn)此類情況?,F(xiàn)公司原料煤是龍煤、金澤、隆鑫3 家公司長期供應(yīng),均為精洗煤,未再出現(xiàn)鐵片卡塞止回閥情況。煤漿中鐵片等異物是燒嘴壓差大幅降低波動(dòng)的原因之一。
2018 年7 月1 日,A#高壓煤漿泵3#缸雙軟管破裂。泵轉(zhuǎn)速未做調(diào)節(jié),出口流量由33m3/h 逐步降低至31.7m3/h,泵電流波動(dòng)由正常的1A 擴(kuò)大至20A,氧煤流量比上漲,爐溫由1344℃上漲至1450℃,CH4由750ppm 降低至265ppm,同時(shí)燒嘴壓差由320kPa 逐漸波動(dòng)降低至260kPa。
此次軟管破裂無報(bào)警,煤漿已混入液壓缸潤滑油中,煤漿顆粒在活塞往復(fù)時(shí)不斷與活塞缸摩擦,現(xiàn)場可聽到3#缸存在異常聲響,對液壓油測溫較其他兩缸高20℃,采取手動(dòng)停車處理。燒嘴壓差雖然有較大波動(dòng)降低,但與煤漿流量減少趨勢基本一致,且出現(xiàn)雙軟管破裂時(shí),煤漿流量會隨軟管破損程度加大逐步降低,不可恢復(fù)。軟管破裂并非燒嘴壓差大幅降低的原因。
檢修高壓煤漿泵時(shí),發(fā)現(xiàn)進(jìn)口平直段至進(jìn)口緩沖罐管線的底部經(jīng)常出現(xiàn)大量煤漿硬沉積,最多時(shí)進(jìn)口管線近一半已被煤漿硬沉積占據(jù)。
(1)2018 年11 月,將B#高壓煤漿泵進(jìn)口管線由DN200改為DN150,滿負(fù)荷時(shí),流速由0.32m/s 增加到0.57m/s,基本滿足0.6 ~1.2m/s 工程設(shè)計(jì)要求。定期對進(jìn)口管線各點(diǎn)測溫,觀察一個(gè)運(yùn)行周期,管線底部基本無硬沉積產(chǎn)生,但B 爐燒嘴壓差低問題仍未解決。說明入口管線底部形成沉積、管徑縮小后,煤漿流速已增加,當(dāng)達(dá)到平衡時(shí),將不再有新沉積產(chǎn)生,可滿足高壓煤漿泵的吸入量。但煤漿質(zhì)量發(fā)生較大變化(如更換煤種)或受外力振動(dòng)時(shí),底部硬沉積表層依然有剝落的可能。燒嘴壓差大幅降低的原因。
2018 年11 月23 日,B#氣化爐檢修后投料成功,高壓煤漿泵雙軟管間的壓力檢測出現(xiàn)報(bào)警。當(dāng)爐壓逐漸升至6MPa時(shí),燒嘴壓差出現(xiàn)大幅波動(dòng),范圍在30 ~270kPa 之間,此時(shí)負(fù)荷較低,壓差正常值為220kPa。腳手架搭好后,對泵出口蓄能器軟管間防凍液進(jìn)行排氣后,燒嘴壓差恢復(fù)。蓄能器壓力為泵運(yùn)行時(shí)正常工況出口壓力的80%即6MPa。在氣化爐壓力達(dá)到6MPa 之前,泵出口壓力受蓄能器影響表現(xiàn)為較高;而超過后蓄能器壓力后,因軟管之間存在大量氣體,導(dǎo)致軟管形變不到位,蓄能器失去作用,活塞往復(fù)相互交替產(chǎn)生壓力脈沖式波動(dòng)。煤漿流量計(jì)距泵出口較遠(yuǎn),且存在一定阻尼時(shí)間,因此較為穩(wěn)定。出口蓄能器壓力不足或缸體、緩沖罐雙軟管間防凍液存氣是燒嘴壓差大幅低波動(dòng)的原因之一。
19 年4 月15 日15:45,C#高壓煤漿泵一號缸出口雙止回閥閥座磨損嚴(yán)重,造成密封不嚴(yán)、產(chǎn)生回流。表現(xiàn)為高壓煤漿泵止回閥的聲學(xué)檢測高達(dá)400 以上,正常運(yùn)行時(shí)在30~70,可聽到回流產(chǎn)生的呲呲聲,對止回閥進(jìn)行外部敲擊無效果。泵轉(zhuǎn)速不變的情況下,流量逐步降低、泵電流波動(dòng)較大,減氧氣控制爐溫穩(wěn)定,到21:30 停車時(shí),煤漿流量與泵的轉(zhuǎn)速流量已相差5.6m3/h,正常相差約2m3/h,燒嘴壓差隨煤漿流量減小而波動(dòng)降低,由380kPa 逐步降至200kPa。閥座磨損非燒嘴壓差大幅低波動(dòng)的主要原因。
2019 年4 月22 日,B#爐、C#爐運(yùn)行,A 套系統(tǒng)檢修后,對A#高壓煤漿泵進(jìn)行試泵。因水壓試驗(yàn)結(jié)果不理想,采取建立煤漿循環(huán)進(jìn)行憋壓測試穩(wěn)壓效果,煤漿由A#煤漿槽經(jīng)A#高壓煤漿泵循環(huán)回A#煤漿槽,循環(huán)時(shí)間為13:30 ~15:11。17:10 B#爐燒嘴壓差持續(xù)在170 ~200kPa 小幅波動(dòng),18:15壓差恢復(fù)正常值370kPa。
原因是將A 煤漿槽底部穩(wěn)定沉積的煤漿又重新循環(huán)回槽上部,經(jīng)過短暫的停留、攪拌以及沉降,進(jìn)入B 泵的硬塊或絮團(tuán)狀煤漿導(dǎo)致止回閥動(dòng)作不到位、密封不嚴(yán),但煤漿在閥體內(nèi)經(jīng)過多次反復(fù)擠壓后通過,燒嘴壓差恢復(fù)。煤漿底部、內(nèi)壁、攪拌軸、擋板固定板處都可能有硬沉積,如有大塊脫落可能造成堵塞進(jìn)料柱塞閥、進(jìn)口管線以及止回閥。煤漿質(zhì)量是燒嘴壓差大幅降低的主要因素之一。
2019 年3 月,公司將氣化爐T21 聯(lián)鎖優(yōu)化為煤漿爐頭壓力與氣化爐燃燒室壓力之差小于零觸發(fā)停車,運(yùn)行1 個(gè)多月,未再因燒嘴壓差低停車。期間,2 臺氣化爐均出現(xiàn)過持續(xù)幾小時(shí)燒嘴壓差為零、甚至為負(fù)值的情況,操作氧煤比降低5Nm3/m3,高溫?zé)崤几呒s60℃,泵電流因背壓降低而減小,煤漿流量、有效氣成分、產(chǎn)氣量、表面熱偶均無較大變化。對煤漿和高壓煤漿泵進(jìn)行排查,未見異常,通過煤漿負(fù)荷降低、降低中心氧比例、減氧量降氧壓等操作,無明顯效果。
燒嘴壓差波動(dòng)與渣口壓差波動(dòng)趨勢基本一致,詳見圖1。作者認(rèn)為是因煤漿質(zhì)量改變導(dǎo)致爐內(nèi)流場發(fā)生變化導(dǎo)致燒嘴壓差大幅降低。氣化爐燃燒室各區(qū)反應(yīng)強(qiáng)度不同,燃燒室取壓管線壓力并不能代表燒嘴頭部壓力。取壓管線測壓原理為高壓氮?dú)饨?jīng)過耐火磚磚縫到達(dá)高溫?zé)崤继庍M(jìn)入爐內(nèi),其壓力代表為爐內(nèi)高溫?zé)崤几浇鼔毫?。?dāng)流場發(fā)生變化時(shí),燃燒位置發(fā)生變化,燒嘴噴口處壓力降低導(dǎo)致燒嘴壓差的降低;而高溫?zé)崤继帀毫ι?,即取壓管線壓力升高,造成渣口壓差的降低。
圖1 燒嘴壓差與渣口壓差曲線
影響燒嘴壓差降低的原因很多,包括原料煤、煤漿、高壓煤漿泵、工藝燒嘴等相關(guān)因素。華鶴公司,生產(chǎn)運(yùn)行中,受燒嘴壓差的制約,嚴(yán)重影響穩(wěn)定運(yùn)行,經(jīng)過原因查找分析、技改技措、管控原料煤以及煤漿質(zhì)量等辦法,已能較好地把控?zé)靿翰町a(chǎn)生的危害,把控安全生產(chǎn),穩(wěn)定地運(yùn)行。