浅析烧嘴压差对气化装置运行的影响

2014-03-23魏文彬

氮肥与合成气 2014年8期

关键词：耐火砖煤浆单向阀

杨路魏文彬

(新能凤凰滕州能源有限公司山东滕州277527)

0 前言

烧嘴压差也称煤浆压差，是指煤浆压力与气化炉压力之差，烧嘴压差能反映出烧嘴磨损量及雾化效果。若烧嘴压差发生变化时，应及时分析，找出影响烧嘴压差的因素，并及时调整工艺指标。

1 烧嘴压差波动对气化炉的影响

1.1 烧嘴压差低

①煤浆物料出烧嘴的速度降低，外环氧不足以形成合适的雾化角度，特别是烧嘴压差波动频繁会引起连锁反应，造成氧气压差波动；两者相互作用、相互影响，导致烧嘴压差波动更为频繁；烧嘴雾化效果差，煤浆颗粒燃烧不完全，渣中残碳含量升高；使有效气成分降低，碳的利用率下降。②煤浆出口流速下降，导致火焰离烧嘴室太近，造成烧嘴安装法兰温度过高。③物料会对烧嘴室周围的耐火砖直接冲刷，甚至损坏周围的耐火砖，缩短耐火砖的使用寿命。④煤浆质量差时，操作温度过高，烧嘴火焰不稳，容易造成烧嘴回火，烧坏烧嘴。当烧嘴频繁出现回火时，烧嘴的使用寿命呈几何倍数下降，甚至运行1周烧嘴即被烧毁，引起气化炉联锁停车。

烧嘴回火的表现：①烧嘴冷却水吸热过多，温差大；②合成气质量差；③气化炉的温度出现波动，短时间内会出现200 ℃的温升，且升温的速度无法控制；④灰量增多或者合成气中甲烷含量上升。

1.2 烧嘴压差升高

若大颗粒或其他较大直径的物体堵塞在烧嘴煤浆环隙头部以及头部有大颗粒存在时，煤浆流速升高，但流向不定，会随颗粒的运动而发生变化，降低碳的转化率。烧嘴压差升高时，入炉煤浆流量减少，氧气相对过量，炉温会猛升，而且不可控。由于短时间内炉温大幅度波动，耐火砖在短时间内受到高温和低温的双重影响，造成耐火砖表面热应力不均，导致耐火砖砖缝开裂；若情况严重，则会造成气化炉炉壁温度升高，气化炉被迫停车；若停车不及时，还会发生气化炉过氧爆炸事故。

2 影响烧嘴压差波动的因素

2.1 煤浆质量差

煤浆的含量或者黏度不合格都会引起烧嘴压差降低。当煤浆含量降低，单位煤浆的质量下降，膜盒压力表测得压力降低。煤浆含量降低使气化炉运行经济性下降，导致单位产品的比氧耗和比煤耗升高，特别是煤浆质量分数低于59%气化炉的运行经济性下降。煤浆的黏度发生变化时，外环氧对煤浆的剪切力和中心氧对煤浆的加速作用均会发生变化，致使烧嘴压差波动。

2.2 氧气流量调节阀的开度偏小

对四喷嘴水煤浆气化而言，外环氧的出口速度决定了烧嘴雾化角度。当氧气流量调节阀的开度偏小，氧气入炉前压力降低，出口气体流速降低，烧嘴压差降低。由于两者是相互制约的，氧气流量调节阀持续小开度，烧嘴压差也会长时间处于低限运行，特别是在烧嘴使用寿命后期运行时，此现象尤为突出。

2.3 高压煤浆泵系统出现问题

当高压煤浆泵的进口被堵塞、无物料时，烧嘴压差下降迅速，也是非常危险的。进、出口单向阀卡住，关闭不严或者没有开到位，均会对烧嘴压差造成影响。驱动液段压力降低，传递给隔膜的有效功率下降，煤浆从隔膜所获得的能量下降，烧嘴压差也会随之降低。

出现煤浆泵的进口压力、电流和出口压力快速下降时，可判断为煤浆泵进口堵塞。煤浆泵的进、出口单向阀卡住时出现的现象：①煤浆压差变小，甚至为零；②若煤浆泵电流快速下降的幅度较大，说明其不打量或者进口管线堵塞或者进口单向阀卡住；③若电流开始无明显变化，而系统压力缓慢下降，电流也随着压力缓慢下降，说明出口单向阀卡住；④若电流明显升高，说明出口单向阀打不开；⑤煤浆流量计显示流量下降；⑥煤浆泵进口压力为负值。

2.4 烧嘴质量问题

烧嘴存在质量问题，例如烧嘴的同心度不准及烧嘴通道内部的定位块脱落，均会引起烧嘴压差波动。

2.5 煤浆环隙内有异物

煤浆内有异物会引起烧嘴压差波动。磨煤所用水的碱度和硬度较高时，会在煤浆槽的内壁上形成结垢层，若煤浆槽的液位下降或者温度发生变化，这些脱落的垢片随煤浆进入烧嘴，流动到烧嘴头部时，卡在煤浆环隙头部，煤浆泵的压力、电流会出现瞬间升高。垢片会随着煤浆泵压力的波动而运动，煤浆压力持续累积，压差增大到一定程度，垢片会离开烧嘴的头部，煤浆泵的压力、电流又瞬间恢复正常。

3 处理烧嘴压差波动的措施

3.1 控制煤浆质量

控制原料煤的水含量(确保内水质量分数<8%)，选择黏温特性较好、操作温度范围宽及可磨性好的原料煤能制得优质煤浆。煤浆的质量发生变化时，应及时分析并找出原因，例如：若煤浆的粒度过粗，可以适当减少进煤量或者增加棒的数量；若粒度过细，可适当加大进煤量或者减少棒的数量；如果煤浆浓度高、黏度大，可降低煤水比；若煤浆浓度低、黏度大，可适当增大添加剂量。如果煤浆浓度低、黏度低，可加大煤水比。定期向磨机内补加新棒，确保煤浆粒度控制在工艺指标范围内。

3.2 严格控制压力-负荷曲线

压力-负荷曲线主要的作用是控制外环氧的流速。当氧气流量调节阀的开度偏小时，应及时将系统压力调整至当时运行负荷所对应的压力。若氧气流量调节阀的开度偏小，氧气流量调节阀会因阀门前后压差过大而造成阀门振动及氧气流量大幅度波动。氧气流量波动幅度过大，系统压力也难以控制。在烧嘴使用寿命后期，出现烧嘴压差偏小导致氧气流量调节阀自动关小时，应及时将氧气流量调节阀由自动控制改成手动调节，逐渐开大氧气流量调节阀的开度，直至烧嘴压差恢复正常。

3.3 高压煤浆泵故障时系统的调整

当高压煤浆泵进、出口单向阀卡住时，可及时提高高压煤浆泵的转速，利用提高转速后物料的冲力将卡住单向阀的异物带走。若处理30 min后仍无效果，应及时停运1对烧嘴。若高压煤浆泵长时间在高压力、高冲程、低流量下运行会撕破其隔膜。新能凤凰滕州能源有限公司气化装置运行至今共出现过2次高压煤浆泵的单缸不打量情况。第1次出现的时间较短，并未作任何处理，很快自动恢复正常运行。第2次出现的时间较长，同时煤浆泵的流量下降较为严重，采取调整氧气流量及敲击煤浆泵不打量缸的进、出口单向阀,3 h 后才恢复正常。但2次故障都有共同的现象，即在高压煤浆泵恢复正常运行后，24 h内高压煤浆泵的隔膜就发生破裂，需要停车更换其平隔膜和软管隔膜，更换该隔膜时间需要10 h左右。更换隔膜后，气化炉需要进行带压连投运行。停运的1对烧嘴长时间在此种情况下烧蚀较为严重。所以再出现此类似现象时，应停运该对烧嘴，使用冲洗水对高压煤浆泵反冲；然后再进行带压连投运行，此种方法需耗时3 h，对整个系统产量影响较小。出现高压煤浆泵驱动液端动能下降情况时，应及时补充驱动液；日常巡检时，应注意驱动液端的液位变化情况。

3.4 烧嘴的检查

①安装烧嘴前，应按照工艺包的要求检查其同心度，确定正常后，将法兰螺栓拧紧；②检查烧嘴头部喷口处的裂纹、磨损和不圆度，必要时进行修补或者更换；③在规定的点上测量烧嘴内枪和外枪的长度和直径变化。

3.5 确保水系统水质正常

严格控制灰水的工艺指标，保持灰水水质稳定，保证气化炉、水洗塔底部排水流量正常。当系统的灰量增大，特别在气化炉的操作温度较高时，容易诱发气化炉带水，带水的同时会夹带大量的细灰。若水洗塔底部的排水量较少，夹带的细灰又会随激冷水进入气化炉内，形成恶性循环，且液位计的指示会滞后。因此，在操作上尽量保证锁斗系统运行正常，气化炉、水洗塔底部排水尽量大，确保闪蒸系统运行正常。水系统水质恶化时，应及时向水系统补充新鲜水，达到置换水质的目的。保证压滤机运行正常，向水系统内及时添加各种药剂，达到有效控制水质的目的。