關(guān)于航天爐粉煤給料系統(tǒng)影響因素的分析

張林峰

(安徽晉煤中能化工股份有限公司, 安徽臨泉 236400)

航天爐氣化技術(shù)又稱HT-L粉煤加壓氣化技術(shù)，由中國航天科技集團公司下屬北京航天石化技術(shù)裝備工程公司開發(fā)。粉煤給料系統(tǒng)的不穩(wěn)定會給粉煤輸送過程造成負擔(dān)，導(dǎo)致航天爐爐況波動，出口合成氣成分變化，嚴(yán)重時會造成整個合成氨系統(tǒng)停車。目前，安徽晉煤中能化工股份有限公司(簡稱晉煤中能)航天爐裝置各工段已擁有比較成熟的運行經(jīng)驗，總結(jié)實際生產(chǎn)過程中粉煤給料系統(tǒng)出現(xiàn)的相關(guān)問題并予以解決，為航天爐系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行提供參考依據(jù)。

1 粉煤給料系統(tǒng)工藝

晉煤中能的粉煤給料系統(tǒng)采用DN65粉煤管線，從粉煤給料罐下部3個充氣錐送出來的粉煤(4.7 MPa、80 ℃)進入粉煤加料器(X-1701A/B/C)，由調(diào)節(jié)閥(17FV-1101/1201/1301)控制粉煤流量。同時，17FV-1101/1201/1301控制加入粉煤加料器的二氧化碳(5.1 MPa、80 ℃)流量，以此來調(diào)節(jié)粉煤懸浮速度。懸浮粉煤(4.3 MPa、80 ℃)去粉煤燒嘴。

2 粉煤給料系統(tǒng)的影響因素

2.1 粉煤流量調(diào)節(jié)閥和切斷閥

粉煤流量調(diào)節(jié)閥和切斷閥均采用北京航天長征機械設(shè)備制造有限公司制造的閥門。作為精確控制氣化爐氧煤比的關(guān)鍵設(shè)備，調(diào)節(jié)閥安裝在粉煤給料罐與氣化爐燒嘴之間，用于調(diào)節(jié)進入氣化爐粉煤的流量，其性能直接關(guān)系氣化爐長周期安全穩(wěn)定運行[1-2]。17FV-1101/1201/1301主要按氧/煤比(一般為0.5～0.9)進行控制，并參照合成氣中的二氧化碳(體積分?jǐn)?shù)為3%～15%，干基)或者甲烷(體積分?jǐn)?shù)<1 000×10-6)進行調(diào)節(jié)。正常操作時，通過手動設(shè)定粉煤管線的流量給定值來控制，粉煤流量控制器的開度投自動，設(shè)定增加的粉煤質(zhì)量為50 kg/h。粉煤管線的煤量增減操作要求平穩(wěn)緩慢，避免因粉煤管線波動引起爐溫波動。

粉煤閥門的定位器影響粉煤閥門開度的正常開關(guān)，長時間停留在某一開度位置容易造成電氣轉(zhuǎn)換器失控，引發(fā)小信號不動作的危險情況。同時，閥門的位置傳感電位器的電阻值易發(fā)生變化，造成小信號不動作、大信號全開的危險情況。航天爐開車前,需要檢校閥門，并且頻繁進行開關(guān)測試，觀察開度反饋變化，確保其與手動給值保持一致。粉煤閥門開關(guān)反饋停車聯(lián)鎖，采取3取2聯(lián)鎖方式，避免閥門意外關(guān)閉，同時在閥門故障時，方便不停車即可處理解決[3]。

2.2 粉煤管線輸送載氣

在航天爐煤氣化裝置中，大部分粉煤給料系統(tǒng)采用操作壓力為6.0 MPa左右的二氧化碳、氮氣作為粉煤介質(zhì)的輸送氣體，而晉煤中能年產(chǎn)60萬t合成氨項目采用操作壓力為5.1 MPa的二氧化碳作為粉煤管線輸送介質(zhì)[4]。使用二氧化碳代替氮氣作為粉煤輸送載氣，對于后段聯(lián)合車間的甲醇裝置有很大影響：一方面降低了航天爐系統(tǒng)高壓氮氣的消耗，提高合成氣中CO的含量；另一方面有利于提高后段甲醇的產(chǎn)量。

當(dāng)二氧化碳公用工程壓力發(fā)生波動時，會造成粉煤給料罐充氣錐補入的二氧化碳在手動開度下流量減少，并且還會導(dǎo)致17FV-1102/1202/1302中二氧化碳流量減少，影響粉煤流量、速度、密度，引發(fā)粉煤堵塞、氧煤比失調(diào)，從而造成航天爐停車的嚴(yán)重后果。

2.3 粉煤給料罐與氣化爐之間的壓差

航天爐裝置正常生產(chǎn)時，需要保證粉煤給料罐與氣化爐之間保持穩(wěn)定的壓差(16PDICYA1128，0.6～1.1 MPa)，使得粉煤能均勻通過粉煤管線進入氣化爐主燒嘴。通過充壓調(diào)節(jié)閥(16PV-1128A)和壓差放空閥(16PV-1128B),對粉煤給料罐與氣化爐之間的壓差進行分程控制和調(diào)節(jié)。16PV-1128A/B前后壓差大，再加上介質(zhì)中存在煤粉顆粒，會對閥門內(nèi)件與閥后管道造成嚴(yán)重沖刷，埋下安全隱患。

當(dāng)粉煤鎖斗放料至粉煤給料罐架橋時，則會通過高壓二氧化碳對粉煤鎖斗進行除橋程序，造成粉煤給料罐的壓力波動，16PDICYA1128會變大，粉煤速度會增加，入爐煤量增加。由于16PDICYA1128的自控調(diào)節(jié)，高壓差放空閥會進行一部分開度放空，閥門動作緩慢，有可能造成16PDICYA1128偏低。可通過充壓調(diào)節(jié)，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)。該過程會導(dǎo)致粉煤管線波動頻繁，影響航天爐正常運行。

2.4 粉煤內(nèi)的雜物

在原料煤開采、運輸、存儲過程中,往往會混入大量雜物(鐵絲、塑料碎片、麻繩毛邊等),同時，磨煤系統(tǒng)管道內(nèi)部大量耐磨陶瓷片貼片會因老化而脫落。這些雜物被輸送到粉煤給料系統(tǒng)，會影響粉煤管線及各調(diào)節(jié)閥、切斷閥生產(chǎn)。尤其是17FV-1101/1201/1301閥內(nèi)通徑小，易堵塞，嚴(yán)重時存在斷煤隱患。晉煤中能化工通過技改，在原煤輸送皮帶上安裝一種耙類裝置，用于清理原煤中較大的雜物，同時在粉煤螺旋輸送機上部加裝粉煤纖維振動篩，能有效分層、凈化粉煤中長短不一的纖維絲和系統(tǒng)脫落的陶瓷片。同時，安排操作人員按照磨煤系統(tǒng)運行時間定期清理，防止雜物進入粉煤給料系統(tǒng)。

2.5 原煤煤質(zhì)變化

裝置采用靈通精、坤能、淮能等混煤。航天爐配煤摻燒不同品質(zhì)的煤，降低燃料的采購成本，同時通過合理的配比優(yōu)化，降低航天爐的產(chǎn)氣煤耗。原煤由公司煤場混煤均勻后，經(jīng)輸煤皮帶輸送到原料煤貯倉，經(jīng)振動料斗、稱重給煤機計量后,以質(zhì)量流量為60 t/h(根據(jù)生產(chǎn)負荷進行調(diào)整)送入磨煤機，研磨成合格的粉煤后，經(jīng)粉煤加壓輸送到氣化爐。原煤煤種的不同，其可磨指數(shù)、灰分等不盡相同，加上煤場混煤不均勻，造成粉煤給料系統(tǒng)波動，影響生產(chǎn)。必須加強原煤煤質(zhì)定期分析，保證混煤的穩(wěn)定性和均勻性，穩(wěn)定粉煤給料系統(tǒng)。

2.6 粉煤管線通徑

管線閥門的通徑對于介質(zhì)的流量與流速有很大影響。晉煤中能化工采取DN65內(nèi)徑為50 mm的粉煤管線，相比較之前DN40通徑的粉煤管線，通徑增加較多。

粉煤流量和速度相同的條件下，管道閥門的通徑越大，流體通過管道閥門的阻力越小；反之，管道閥門的通徑越小，流體通過管道閥門的阻力越大。采取與航天爐負荷相匹配的較大粉煤粉煤管線通徑，盡可能避免粉煤流量波動造成堵煤、斷煤現(xiàn)象，穩(wěn)定粉煤給料系統(tǒng)。

3 結(jié)語

航天爐粉煤給料系統(tǒng)的運行狀況影響粉煤氣化裝置運行的穩(wěn)定性。針對晉煤中能60萬t/a合成氨項目的運行情況，整理出粉煤給料系統(tǒng)的部分影響因素，為航天爐粉煤氣化技術(shù)工藝改進及系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計提供了理論指導(dǎo)，也為粉煤氣化裝置安全穩(wěn)定運行積累豐富的實踐經(jīng)驗。