單噴嘴水煤漿技術(shù)燒嘴壓差低原因探討

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。

1 裝置情況介紹

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%。

2 出現(xiàn)燒嘴壓差低的工況分析

2.1 鐵片卡塞高壓煤漿泵止回閥

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。

2.2 高壓煤漿泵軟管破裂

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。

2.3 高壓煤漿泵入口管線硬沉積

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。

2.4 高壓煤漿泵軟管防凍液

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。

2.5 高壓煤漿泵閥座磨損

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。

2.6 硬塊狀、絮團(tuán)狀煤漿

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。

2.7 氣化爐內(nèi)流場變化

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

3 結(jié)語

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。