殼牌粉煤氣化爐煤燒嘴損壞及維護(hù)分析

辛 鵬

（廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037008）

0 引言

在當(dāng)前的煤化工產(chǎn)業(yè)中，殼牌粉煤氣化爐是較為先進(jìn)的一類設(shè)備，主要通過粉煤氣化工藝，將粉煤與氧氣/蒸汽混合物并流噴入氣化爐，并在高溫高壓環(huán)境中瞬間進(jìn)行反應(yīng)以得到最終氣體產(chǎn)物。因這種氣化爐在性能指標(biāo)上較為優(yōu)異，當(dāng)前已為煤化工企業(yè)所廣泛采用。但在實際運行過程中，受到各種因素影響，殼牌氣化爐也難免出現(xiàn)一些問題，其中較為突出的問題則當(dāng)屬燒嘴損壞[1]。為有效解決此類問題，避免其對生產(chǎn)造成明顯影響，仍需要對此類問題作進(jìn)一步探究。

1 案例概況

某煤化工企業(yè)新建一小型煤氣化裝置，設(shè)計投煤量為1 120 t/a，使用殼牌粉煤氣化爐進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。在實際應(yīng)用過程中，粉煤加壓后通過對置煤燒嘴，將煤粉噴入氣化爐內(nèi)，在1 600 ℃高溫條件下反應(yīng)生成粗煤氣，該粗煤氣的主要組分為氫氣和一氧化碳，而后經(jīng)由換熱冷卻后，作為原料供下游裝置使用。整體來看，該企業(yè)使用的氣化爐為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，并已經(jīng)配備了爐膛保護(hù)措施[2]。

在該粉煤氣化爐投入實際應(yīng)用后，初期運行情況較為穩(wěn)定，在提升產(chǎn)能等方面均發(fā)揮重要作用。但工作人員近期發(fā)現(xiàn)，該裝置頻繁出現(xiàn)停車問題，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)，該裝置內(nèi)部煤燒嘴損壞較為嚴(yán)重（圖1），目前已成為制約該裝置長期運行的技術(shù)瓶頸。

圖1 燒嘴損壞（左）和燒嘴罩破損（右）

針對當(dāng)前該粉煤氣化爐煤燒嘴頻繁損壞問題，該企業(yè)技術(shù)部門積極進(jìn)行總結(jié)分析，并決定對該殼牌煤氣化裝置燒嘴罩損壞問題作進(jìn)一步分析探究[3]。

2 燒嘴損壞原因分析

2.1 原料煤問題

針對燒嘴損壞問題，技術(shù)人員首先查閱資料，對原料煤問題進(jìn)行分析，對近期的留存煤樣進(jìn)行檢驗，檢驗結(jié)果如表1 所示。

表1 煤樣主要參數(shù)檢驗結(jié)果 單位：℃

從表1 中可見，近期該企業(yè)應(yīng)用的3 種煤炭材料在灰熔點波動方面較為突出。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員也發(fā)現(xiàn)3 種煤樣在灰分波動方面較為突出，波動幅度約為3.2%，已超出Shell 官方說明書中建議的“煤種灰分波動不超過±3%”的要求。當(dāng)煤質(zhì)波動較為明顯時，渣層的厚度變化也較為頻繁，瞬間可能產(chǎn)生過厚的渣，過厚的渣翻過燒嘴罩上沿，從燒嘴正面穿過，造成回火，進(jìn)而燒損燒嘴罩。該過程的原理示意圖如圖2 所示。

圖2 翻渣燒損燒嘴罩的原理示意圖

2.2 參數(shù)設(shè)置不合理

當(dāng)前，該企業(yè)所使用的殼牌粉煤氣化爐主要應(yīng)用“蒸汽產(chǎn)量”這一參數(shù)來控制爐溫穩(wěn)定。在該情況下，反應(yīng)器蒸汽產(chǎn)量控制點的設(shè)定和石灰石添加比例兩項控制點最為關(guān)鍵，對氣化爐運行工況的穩(wěn)定度起到?jīng)Q定性作用。由于煤質(zhì)存在波動，導(dǎo)致蒸汽產(chǎn)量和石灰石添加量與實際煤質(zhì)的不匹配問題較為凸顯。通過分析近期的資料可知，氣化爐在參數(shù)設(shè)置上長期處于固定不變的情況，未能根據(jù)煤質(zhì)變化情況對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行及時調(diào)整，由此導(dǎo)致渣的流動性變差和渣層變厚等情況，進(jìn)而造成翻渣燒損燒嘴罩或堵渣事故[4-5]。

2.3 燒嘴和燒嘴罩安裝存在不規(guī)范情況

經(jīng)過全面檢查并結(jié)合歷史資料進(jìn)行分析后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)在以往的維修環(huán)節(jié)中，燒嘴和燒嘴罩的安裝存在較多不規(guī)范之處，主要表現(xiàn)在以下幾方面：一是在燒嘴水平角度控制方面，存在部分燒嘴角度偏差較大的情況，垂直角度偏差為0.3°，水平角度偏差為0.27°，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，因而導(dǎo)致偏流和掛渣不均勻；二是個別煤燒嘴伸出燒嘴罩長度過多，達(dá)到29 mm；三是煤燒嘴與燒嘴罩環(huán)隙過小，導(dǎo)致燒嘴罩一側(cè)距離燒嘴較近而出現(xiàn)燒損。

3 燒嘴損壞問題的解決及后期維護(hù)措施

3.1 對原料煤的質(zhì)量予以把控

考慮到原料煤波動問題是造成燒嘴損壞的首要原因，在后期維護(hù)措施中，根據(jù)Shell 官方說明書的要求進(jìn)行選煤，對煤炭質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)，最終確定煤炭篩選要求如表2 所示。

表2 原料煤篩選要求

在此基礎(chǔ)上，為避免原料煤受到外界環(huán)境過多影響而出現(xiàn)變質(zhì)情況，企業(yè)決定采用精細(xì)化管理模式，在車間內(nèi)合理規(guī)劃堆煤區(qū)域，并根據(jù)煤質(zhì)參數(shù)進(jìn)行配比實驗，對用煤環(huán)節(jié)作進(jìn)一步的優(yōu)化。

3.2 對爐溫控制方式進(jìn)行優(yōu)化

為提高爐溫控制方式的靈活性，同時避免出現(xiàn)調(diào)整失誤情況，技術(shù)人員通過以下幾方面的措施實行優(yōu)化。

一是針對石灰石添加的指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，避免添加量不準(zhǔn)確造成掛渣異常等問題。對此，技術(shù)人員結(jié)合近年來的入爐煤數(shù)據(jù)，設(shè)定一個參考系數(shù)，該參考系數(shù)應(yīng)用公式（1）進(jìn)行計算：式中：m 表示質(zhì)量，代入相關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)后即可求出相關(guān)系數(shù)k 值，結(jié)合實際情況后，確定k 值在高負(fù)荷下取2.6，低負(fù)荷下取2.5，以此控制石灰石添加量。

二是針對輸煤流程進(jìn)行優(yōu)化，在輸煤流程中，增設(shè)除鐵器（圖3）、鉤耙和纖維分離器，對原煤中的異物進(jìn)行攔截和清理，以降低煤線波動情況，從理論分析可知，這種措施有助于穩(wěn)定運行工況，有效保護(hù)內(nèi)件和燒嘴罩，最大程度降低燒損情況。

圖3 煤炭行業(yè)專用型電磁除鐵器

3.3 實行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)

針對以往煤燒嘴和燒嘴罩安裝過程中存在的不標(biāo)準(zhǔn)等問題，企業(yè)安排專業(yè)技術(shù)人員對安裝過程進(jìn)行監(jiān)督控制，制定安裝標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序，并對安裝后的狀態(tài)進(jìn)行檢查驗收。具體來看，本環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)主要通過以下幾個角度加以開展：一是使用專用檢查測量工具，對燒嘴水平安裝角度予以控制，確保其處于4°±0.25°以內(nèi)，并控制垂直角度為零；二是控制煤燒嘴和燒嘴罩伸出爐壁的長度保持一致，均控制為26 mm；三是在安裝過程中，對燒嘴與燒嘴罩之間的環(huán)隙間隙予以控制，將該間隙值控制在6～14 mm 范圍內(nèi)，避免間隙值控制不當(dāng)，引發(fā)燒嘴罩偏心率過大進(jìn)而造成高溫?zé)g。

4 結(jié)語

整體來看，引起燒嘴罩損壞的原因相對較多，為最大程度降低燒嘴罩的燒損問題，結(jié)合實際情況進(jìn)行全方位分析，并應(yīng)用精益化管理理念和方法對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制則是一個切實可行的策略。本次結(jié)合實際情況開展優(yōu)化維護(hù)措施后，殼牌粉煤氣化爐的停車次數(shù)下降近40%，且煤燒嘴損壞問題得到有效解決，證明本次的優(yōu)化工作取得了一定的成效。當(dāng)然在今后的工作中，還需要重點考慮燒嘴部位自身的改進(jìn)，進(jìn)一步提高其抗工況波動的能力，進(jìn)而提高殼牌粉煤氣化爐的運行質(zhì)量。