煤氣化爐燒嘴冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

余 超

（萊卡國(guó)際生物科技有限公司，山西 平定 045200）

引言

煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，我國(guó)處于煤炭資源豐富、油氣資源相對(duì)不足的現(xiàn)狀。在當(dāng)前環(huán)境保護(hù)要求越發(fā)嚴(yán)格的年代，對(duì)清潔能源的要求越高，使得煤化工行業(yè)的需求量越大。煤氣化爐為煤化工行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，而決定煤氣化爐能夠穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵部件為燒嘴。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于對(duì)冷卻水監(jiān)控不到位導(dǎo)致燒嘴經(jīng)常發(fā)生破裂從而影響煤氣化爐的使用性能[1]。因此，對(duì)煤氣化爐燒嘴冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化是十分有必要的。

1 煤氣化爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 煤氣化爐燒嘴循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

煤氣化爐燒嘴的主要作用是將水煤漿和氧氣充分混合后進(jìn)入煤氣化爐中，保證后續(xù)的氧化反應(yīng)充分。煤氣化爐燒嘴分為三層結(jié)構(gòu)包括有環(huán)氧層、噴射層和中心氧管。在煤氣化爐燒嘴的作用下將水泥煤漿與氧氣充分混合后生產(chǎn)粗煤氣。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，煤氣化爐中的溫度最高可達(dá)到1 320℃[2]。因此，為了避免煤氣化爐燒嘴在高溫下壽命降低并失效，在其外層配置有一層循環(huán)冷卻水。一般的煤氣化爐燒嘴循環(huán)冷卻工藝裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

鑒于煤氣化爐中特殊的工藝，燒嘴循環(huán)冷卻裝置配置有安全聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)。當(dāng)燒嘴冷卻裝置發(fā)生故障時(shí)，煤氣化需要緊急停止運(yùn)行，保護(hù)燒嘴不會(huì)被高溫環(huán)境而腐蝕。同時(shí)，煤氣化爐燒嘴冷卻水系統(tǒng)共有兩臺(tái)水泵，采用一備一用的工作原則。此外，鑒于煤氣化爐燒嘴的工作環(huán)境較為惡劣，對(duì)其管材和制備材料的要求較高。比如：燒嘴結(jié)構(gòu)中與氧氣接觸的材質(zhì)為鎳-鉻-鐵基固溶強(qiáng)化合金；燒嘴結(jié)構(gòu)中與漿料接觸部位的材質(zhì)為含有抵抗晶間腐蝕的鈦[3]。

1.2 煤氣化爐燒嘴循環(huán)冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)

煤氣化爐燒嘴常見的故障形式為裂紋和沙眼。當(dāng)出現(xiàn)上述故障時(shí)，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行會(huì)有部分工藝高壓氣體混入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中。工藝高壓氣體的主要成分為CO，因此，對(duì)循環(huán)冷卻水中CO的含量進(jìn)行檢測(cè)了判斷燒嘴循環(huán)冷卻水的盤管是否出現(xiàn)故障。

目前，煤氣化爐循環(huán)冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

如圖2所示的煤氣化爐燒嘴循環(huán)冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮功能的核心儀器為CO在線分析儀。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往存在CO分析儀已經(jīng)失效或者監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員還不知道情況導(dǎo)致無法及時(shí)、準(zhǔn)確判斷煤氣化爐是否需要停機(jī)，從而導(dǎo)致燒嘴被腐蝕甚至完全損壞。此外，當(dāng)燒嘴盤管破裂后存在高壓工藝氣體滲透進(jìn)入相鄰煤氣化爐循環(huán)冷卻水的盤管中，從而導(dǎo)致相鄰煤氣化爐循環(huán)冷卻水的CO在線分析儀檢測(cè)到超量的CO導(dǎo)致誤報(bào)警。

因此，急需對(duì)煤氣化爐燒嘴循環(huán)冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和響應(yīng)速度。

2 煤氣化爐燒嘴循環(huán)冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化總體思路

通過上述分析可知，導(dǎo)致燒嘴循環(huán)冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)可靠性低的主要原因是作業(yè)人員無法判斷CO在線分析儀所測(cè)的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，無法評(píng)估CO在線分析儀是否出現(xiàn)故障。

優(yōu)化總體思路：擬通過為煤氣化爐燒嘴循環(huán)冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)再配置一套備用的CO在線分析，兩臺(tái)CO在線分析儀同時(shí)對(duì)循環(huán)冷卻水中的CO含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)其中一套CO在線分析儀精度受到影響或者出現(xiàn)故障時(shí)，兩套CO在線分析所測(cè)得數(shù)據(jù)差異明顯，從而保證作業(yè)人員不會(huì)因?yàn)楣收螩O在線分析儀誤報(bào)警而草率停機(jī)，進(jìn)而造成產(chǎn)量的降低；同時(shí)，當(dāng)其中一臺(tái)CO在線分析儀出現(xiàn)故障后，備用CO在線分析儀依然可以保證煤氣化爐的正常運(yùn)行，不需要煤氣化爐完全停機(jī)對(duì)故障CO在線分析儀進(jìn)行檢修，從而減少了煤氣化的停機(jī)時(shí)間[4]。

結(jié)合上述優(yōu)化總體思路，在完成備用CO在線分析儀與煤氣化爐管線路連接的基礎(chǔ)上，對(duì)其相應(yīng)的控制線進(jìn)行布置。針對(duì)CO在線分析儀與煤氣爐化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用兩通閥門或六通閥門進(jìn)行連接。本節(jié)具體對(duì)兩通閥門和六通閥門的連接方式進(jìn)行對(duì)比

2.2 管線連接方式對(duì)比

兩通閥門連接方式和六通閥門連接方式對(duì)應(yīng)的切換方案分別如圖3、圖4所示。

如圖3所示，采用兩通閥門連接方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。但是，采用兩套閥門的形式實(shí)現(xiàn)備用CO在線分析儀的連接時(shí)效性較差，檢修困難且可靠性偏低。

如圖4所示，基于六通閥門連接方式可根據(jù)實(shí)際情況采用圖中所示的閥門位置1和閥門位置2對(duì)線路通斷進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了多個(gè)CO在線分析儀的自動(dòng)切換，而且還可在不影響煤氣化爐正常運(yùn)行的情況對(duì)出現(xiàn)故障CO在線分析儀進(jìn)行隔離檢修。

2.3 燒嘴循環(huán)冷卻水管線的優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)燒嘴盤管破裂導(dǎo)致高壓工藝氣體滲透進(jìn)入相鄰煤氣化爐燒嘴的循環(huán)冷卻水的盤管中導(dǎo)致誤報(bào)警的問題，做出如下改造。

在每臺(tái)煤氣化爐燒嘴入口切斷閥前加裝一個(gè)止回閥。加裝止回閥的主要作用是避免高壓工藝氣體串入相鄰煤氣化爐燒嘴循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的盤管中[5]。此外，為了避免由于燒嘴盤管發(fā)生泄露而導(dǎo)致煤氣化爐跳車，從而導(dǎo)致盤管炸裂并損壞燒嘴的問題，在切斷閥之后安裝一個(gè)安全閥。加裝止回閥和安全閥后的效果如圖5所示。

3 結(jié)語

煤氣化爐為煤化工中的關(guān)鍵設(shè)備，其是水煤漿進(jìn)行充分氧化反應(yīng)的場(chǎng)所，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物為粗煤氣。對(duì)于煤氣化爐而言，燒嘴為其關(guān)鍵零部件，該零部件能夠?qū)崿F(xiàn)水煤漿與氧氣的充分混合，為后續(xù)的氧化反應(yīng)奠定基礎(chǔ)。為保證燒嘴在高溫高壓環(huán)境的壽命和性能配置循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是十分有必要的。本文重點(diǎn)對(duì)燒水循環(huán)冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，具體包括如下：

1）為每天煤氣化爐燒嘴循環(huán)冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)配置一套備用CO在線分析儀，并采用六通閥實(shí)現(xiàn)管路的連接；

2）針對(duì)高壓工藝氣體傳入其他煤氣化爐燒嘴盤管的問題，在切斷閥之前安裝止回閥并在其后安裝安全閥避免盤管炸裂。