粉煤氣化爐斷煤的原因分析及處理措施

徐慶磊，張明臣

（山東潤銀生物化工股份有限公司，山東東平 271500）

粉煤加壓氣化技術(shù)是目前較為先進(jìn)的煤氣化技術(shù)，生產(chǎn)中干煤粉經(jīng)加壓后送入氣化爐，與氧氣、水蒸氣進(jìn)行不完全燃燒而得到主要成分為CO和H2的粗合成氣［1］。其中，入爐粉煤是由粉煤給料罐加壓后由粉煤管線送入氣化爐內(nèi)的，一旦斷煤，將造成氣化爐過氧，導(dǎo)致爆炸等重大事故發(fā)生。因此，粉煤輸送是否穩(wěn)定決定著氣化爐爐況是否穩(wěn)定，也決定著整個(gè)裝置能否安全、高效運(yùn)行。以下以航天爐為例，對(duì)粉煤氣化爐斷煤的現(xiàn)象、原因及處理措施等進(jìn)行論述。

1 粉煤輸送系統(tǒng)簡介

粉煤加壓及輸送單元主要包含粉煤貯罐、粉煤鎖斗、粉煤給料罐3臺(tái)設(shè)備。其中，粉煤貯罐接收來自磨煤系統(tǒng)的粉煤（粒徑≤90μm的占比90%，粒徑≤5μm的占比≤10%），通過重力作用將粉煤貯罐中的粉煤放入粉煤鎖斗；粉煤鎖斗經(jīng)過加壓之后與粉煤給料罐連通，鎖斗中的粉煤在重力作用下放入粉煤給料罐；粉煤給料罐下部有3個(gè)充氣錐，每個(gè)充氣錐直接與粉煤管線相連，通過與氣化爐的正壓差作用將給料罐中的粉煤源源不斷地輸送到氣化爐內(nèi)，與氧氣和蒸汽發(fā)生氣化反應(yīng)。如果生產(chǎn)過程中粉煤輸送出現(xiàn)中斷而氧氣依然進(jìn)入氣化爐內(nèi)，會(huì)造成氣化爐過氧，導(dǎo)致爆炸等嚴(yán)重事故發(fā)生。

2 氣化爐斷煤的現(xiàn)象及后果

（1）粉煤流量計(jì)測量煤粉流量逐漸降低并降為零。航天爐一般采用的是德國SWR微波流量計(jì)，通過在測量管中產(chǎn)生一個(gè)高頻、交流、均勻的電磁場來測量同體物料通過管道截面的平均流速和濃度，從而計(jì)算出固體物料在管道中的流速、濃度、質(zhì)量流量，并且輸出對(duì)應(yīng)上述測量值的3路獨(dú)立的4～20 mA電流信號(hào)，再根據(jù)流量計(jì)算公式（質(zhì)量流量＝密度×流速×截面積）計(jì)算出粉煤流量。多年的運(yùn)行實(shí)踐表明，由于流量、密度、流速的測量為一體化儀表，測量精度高［2］，因此SWR流量計(jì)在粉煤流量計(jì)量上相對(duì)精確，當(dāng)煤粉流量出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，單條管線上2個(gè)煤粉流量計(jì)會(huì)同步波動(dòng)，進(jìn)一步為生產(chǎn)人員提供操作依據(jù)；當(dāng)氣化爐出現(xiàn)斷煤情況時(shí)，粉煤流量計(jì)上測量的煤粉流量會(huì)逐漸降低并降為零。

（2）氣化爐爐溫升高。當(dāng)氣化爐投氧量沒有變化而氣化爐出現(xiàn)斷煤情況時(shí)，隨著入爐煤量的減少，氣化爐內(nèi)部氧煤比逐步升高，氣化爐燃燒狀況逐漸由不充分燃燒轉(zhuǎn)變成充分燃燒甚至過氧燃燒，導(dǎo)致氣化爐內(nèi)部溫度大幅上升（氣化爐爐膛插入式和埋入式溫度點(diǎn)可以檢測到），如果不及時(shí)進(jìn)行氧量調(diào)整或停爐，插入式溫度點(diǎn)溫度可超過1 000℃，埋入式溫度點(diǎn)溫度可超過600℃，對(duì)氣化爐的安全運(yùn)行構(gòu)成極大威脅。

（3）汽包盤管水密度降低，副產(chǎn)蒸汽量增大，蒸汽外送閥開度變大。當(dāng)氣化爐投氧量沒有變化而氣化爐出現(xiàn)斷煤情況時(shí)，由于氣化爐爐溫大幅升高，氣化爐燃燒室水冷壁盤管接收的熱輻射負(fù)荷增大，氣化爐盤管水密度（尤其是主盤管）會(huì)大幅下降（由正常值850 kg／m3左右降至750 kg／m3左右），隨之汽包產(chǎn)蒸汽量大幅增加，蒸汽外送閥開度隨之變大。

（4）觸發(fā)氧煤比大聯(lián)鎖，氣化爐聯(lián)鎖停車。當(dāng)氣化爐氧煤比聯(lián)鎖投運(yùn)時(shí)，如果氣化爐出現(xiàn)斷煤情況，隨著入爐粉煤流量的逐漸降低，氧煤比逐步升高，當(dāng)氧煤比超過聯(lián)鎖停車值1.1時(shí)，會(huì)觸發(fā)氣化爐大聯(lián)鎖，導(dǎo)致氣化爐聯(lián)鎖停車。

3 氣化爐斷煤的原因

3.1 粉煤給料罐空罐

粉煤給料罐的料位計(jì)使用的是放射性料位計(jì)，放射性料位計(jì)通過射線來測量料位，是利用同位素放射原理通過檢測射線衰減的程度來進(jìn)行料位測量的，又稱作核輻射料位計(jì)［3］。當(dāng)同位素計(jì)算偏低或射線衰減造成粉煤給料罐料位計(jì)16LISX105指示不準(zhǔn)確，且粉煤給料罐低低料位開關(guān)16LIZAX104失靈時(shí)，會(huì)導(dǎo)致粉煤給料罐空罐，進(jìn)而造成粉煤管線斷煤。

3.2 粉煤管線泄漏

當(dāng)運(yùn)行中的單條粉煤管線發(fā)生泄漏時(shí)，會(huì)造成入氣化爐的粉煤量減少或斷煤。而據(jù)粉煤管線泄漏的具體位置和現(xiàn)象的不同，可以分為如下3類：泄漏發(fā)生在粉煤給料罐至粉煤管線第一個(gè)流量計(jì)（17FIYAX101）之間，粉煤管線上2個(gè)流量計(jì)均會(huì)檢測到粉煤流量出現(xiàn)下降；泄漏發(fā)生在第一個(gè)流量計(jì)（17FIYAX101）與第二個(gè)流量計(jì)（17FIYAX105）之間，這種情況下第一個(gè)流量計(jì)檢測到的粉煤流量不會(huì)有波動(dòng)，第二個(gè)流量計(jì)會(huì)檢測到粉煤流量下降；泄漏發(fā)生在第二個(gè)流量計(jì)（17FIYAX105）到燒嘴之間，這種情況下2個(gè)流量計(jì)均不會(huì)檢測到粉煤流量下降。以上任何一個(gè)位置發(fā)生粉煤管線泄漏，且發(fā)現(xiàn)較晚，都可能導(dǎo)致泄漏粉煤著火或氣化爐高溫煤氣泄漏著火事故，這種危害是災(zāi)難性的。

3.3 粉煤管線氣阻

粉煤管線輸送氮?dú)忾y門（17XVX102）開度過大，導(dǎo)致氮?dú)膺M(jìn)入粉煤加料器過多，形成氣阻，會(huì)使粉煤給料罐內(nèi)的粉煤無法下落而斷煤。

3.4 粉煤給料罐充氣錐堵塞或輸煤管線不通

當(dāng)粉煤給料罐充氣錐堵塞或輸煤管線不通時(shí)，均有可能造成粉煤管線斷煤。粉煤給料罐充氣錐堵塞或輸煤管線不通有以下幾種：①充氣錐底部出料口直徑較小，當(dāng)粉煤水分高、溫度低時(shí)，易造成粉煤板結(jié)堵塞錐底出料口；② 粉煤鎖斗原設(shè)計(jì)的笛管、充氣錐、管道充氣器通氣孔采用燒結(jié)金屬或不銹鋼絲網(wǎng)材料，每次對(duì)鎖斗充壓時(shí)，通入的高速氣體易對(duì)多孔元件造成瞬間沖擊，由于強(qiáng)度和韌性的限制，高壓環(huán)境中孔型不穩(wěn)定，過濾性能變差，在頻繁地充泄壓中，較大的差壓造成金屬絲網(wǎng)材料損壞，笛管、充氣錐、管道充氣器金屬絲網(wǎng)脫落的碎片極易造成粉煤給料罐底錐以及粉煤角閥卡澀，影響氣化爐粉煤給料，造成氣化爐偏燒甚至停車［4］；③ 粉煤管線上切斷閥或調(diào)節(jié)閥由于儀表故障關(guān)閉。

4 氣化爐斷煤的預(yù)防及處理措施

針對(duì)不同的斷煤原因，可以采取相應(yīng)的預(yù)防措施。就上文提到的4種斷煤原因，提出以下不同的預(yù)防及處理措施。

4.1 粉煤給料罐料位計(jì)不準(zhǔn)的預(yù)防及處理

若預(yù)判粉煤給料罐料位計(jì)不準(zhǔn)，可以采取觀察粉煤鎖斗向粉煤給料罐（V1603）放料之后粉煤給料罐頂部溫度測點(diǎn)是否呈現(xiàn)周期性變化來進(jìn)行判斷。粉煤給料罐接收粉煤鎖斗粉煤前，粉煤給料罐頂部溫度測點(diǎn)（16TIX103）可以達(dá)到105～110℃，隨著粉煤鎖斗往粉煤給料罐放料，由于粉煤溫度較粉煤給料罐溫度低，粉煤給料罐頂部溫度測點(diǎn)（16TIX103）會(huì)降至95～100℃，如果粉煤鎖斗沒有嚴(yán)重架橋，粉煤給料罐頂部溫度會(huì)隨粉煤鎖斗的收放料呈規(guī)律性波動(dòng)；但如果粉煤鎖斗下料不平穩(wěn)、放料不暢或架橋頻繁，那么給料罐頂部溫度便不會(huì)呈現(xiàn)周期性波動(dòng)。此時(shí)應(yīng)盡快聯(lián)系專業(yè)人員對(duì)放射性料位計(jì)進(jìn)行檢測維修，確保裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 粉煤管線泄漏的預(yù)防及處理

粉煤管線泄漏分為法蘭口泄漏和粉煤管線磨損泄漏。對(duì)于粉煤管線法蘭口的泄漏，應(yīng)注意密封O型圈的選型，不能太細(xì)，否則起不到密封的作用，也不能過粗，一壓就發(fā)生損壞（一些廠家原始開車時(shí)，由于粉煤管線O型圈選型與配對(duì)法蘭不匹配，進(jìn)行過多次更換）。對(duì)于粉煤管線的磨損泄漏，應(yīng)定期對(duì)易磨損部位進(jìn)行測厚，并記錄存檔，減薄到一定程度時(shí)進(jìn)行更換。

4.3 粉煤管線氣阻的預(yù)防及處理

注意粉煤管線輸送氮?dú)忾y門（17XVX102）開度不要過大，粉煤流速調(diào)整時(shí)操作不要過快。

4.4 粉煤給料罐充氣錐堵塞或輸煤管線不通的預(yù)防及處理

（1）控制磨煤機(jī)出口粉煤溫度在95～105℃，防止粉煤溫度過低造成板結(jié)，進(jìn)而堵塞輸送管線。

（2）對(duì)粉煤鎖斗笛管、充氣錐、管道充氣器進(jìn)行改造，防止頻繁充泄壓造成燒結(jié)金屬或不銹鋼絲網(wǎng)過濾板損壞，進(jìn)而導(dǎo)致粉煤給料罐充氣錐或粉煤角閥堵塞。

（3）給粉煤鎖斗頂部S1602和粉煤給料罐頂部S1604燒結(jié)金屬過濾器底部加篩孔擋板，以避免濾芯損壞后掉入粉煤給料罐中而堵塞充氣錐或粉煤角閥。

（4）對(duì)粉煤管線上儀表切斷閥及粉煤輸送調(diào)節(jié)閥儀表氣源管線進(jìn)行緊固，防止其絲頭松開導(dǎo)致閥門關(guān)閉。

（5）加固粉煤管線，防止振動(dòng)過大導(dǎo)致粉煤管線連接螺栓斷裂和管線上氣動(dòng)閥門出現(xiàn)故障。

5 結(jié)束語

正常生產(chǎn)中，首先要確保粉煤流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確、氣化爐氧煤比穩(wěn)定，以防粉煤管線斷煤造成氣化爐過氧，導(dǎo)致爆炸等重大事故的發(fā)生；其次，氣化裝置管控人員要認(rèn)真梳理操作數(shù)據(jù)，積累操作經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)設(shè)備檢修方法，對(duì)粉煤管線做到定期測厚、定期更換，通過規(guī)范化管理避免粉煤管線斷煤事故的發(fā)生，以確保粉煤氣化爐的長周期、穩(wěn)定運(yùn)行。