單噴嘴水煤漿技術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。燒嘴壓差出現大幅降低、頻繁低波動，嚴重影響了氣化裝置的穩定運行，導致后系統被迫減負荷甚至停車，加重了產品的生產成本。中海石油華鶴煤化有限公司（下文簡稱華鶴公司）經過4 年的運行經驗，將影響燒嘴壓差低波動的因素總結、分析、排查、改進。下面對華鶴公司所遇到的情況進行簡述介紹和分析。

1 裝置情況介紹

華鶴公司設計能力年產30 萬t 合成氨52 萬t 大顆粒尿素項目，氣化裝置選擇GE 水煤漿加壓氣化技術，氣化壓力6.5MPa(G)，四級閃蒸流程。磨煤采用溢流式棒磨機，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）達到83%，CO 含量45%，H2含量38%。

2 出現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，華鶴公司曾出現過一次高壓煤漿泵止回閥卡塞，通過對閥體進行外部敲擊、大幅調節泵轉速，均無明顯效果，因燒嘴壓差低觸發聯鎖停爐。停車后對高壓煤漿泵出口管線泄壓后，從爐頭反沖洗，以確保卡塞物保留在止回閥內，經過止回閥拆解后，多個閥體內發現鐵片。判斷為進廠原料煤、石灰石混入鐵制品和鋼棒斷裂、表面剝落所產生。

煤儲運皮帶裝有3 個電磁除鐵器，但并不能完全除去埋在煤中的鐵制品；石灰石進料口管線裝有強磁過濾器；再通過磨煤機滾筒篩改造增加八塊永磁，用于除去煤漿中的鐵片。定期清理各除鐵設備，防止永磁表面布滿鐵制品而失效；定期檢查滾筒篩，防止滾筒篩破損未及時發現，不合格煤漿進入煤漿槽內。現原料煤由3 家洗煤廠長期供應精洗煤。未再出現此類情況。現公司原料煤是龍煤、金澤、隆鑫3 家公司長期供應，均為精洗煤，未再出現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。泵轉速未做調節，出口流量由33m3/h 逐步降低至31.7m3/h，泵電流波動由正常的1A 擴大至20A，氧煤流量比上漲，爐溫由1344℃上漲至1450℃，CH4由750ppm 降低至265ppm，同時燒嘴壓差由320kPa 逐漸波動降低至260kPa。

此次軟管破裂無報警，煤漿已混入液壓缸潤滑油中，煤漿顆粒在活塞往復時不斷與活塞缸摩擦，現場可聽到3#缸存在異常聲響，對液壓油測溫較其他兩缸高20℃，采取手動停車處理。燒嘴壓差雖然有較大波動降低，但與煤漿流量減少趨勢基本一致，且出現雙軟管破裂時，煤漿流量會隨軟管破損程度加大逐步降低，不可恢復。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，發現進口平直段至進口緩沖罐管線的底部經常出現大量煤漿硬沉積，最多時進口管線近一半已被煤漿硬沉積占據。

（1）2018 年11 月，將B#高壓煤漿泵進口管線由DN200改為DN150，滿負荷時，流速由0.32m/s 增加到0.57m/s，基本滿足0.6 ～1.2m/s 工程設計要求。定期對進口管線各點測溫，觀察一個運行周期，管線底部基本無硬沉積產生，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，當達到平衡時，將不再有新沉積產生，可滿足高壓煤漿泵的吸入量。但煤漿質量發生較大變化（如更換煤種）或受外力振動時，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報警。當爐壓逐漸升至6MPa時，燒嘴壓差出現大幅波動，范圍在30 ～270kPa 之間，此時負荷較低，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行排氣后，燒嘴壓差恢復。蓄能器壓力為泵運行時正常工況出口壓力的80%即6MPa。在氣化爐壓力達到6MPa 之前，泵出口壓力受蓄能器影響表現為較高；而超過后蓄能器壓力后，因軟管之間存在大量氣體，導致軟管形變不到位，蓄能器失去作用，活塞往復相互交替產生壓力脈沖式波動。煤漿流量計距泵出口較遠，且存在一定阻尼時間，因此較為穩定。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重，造成密封不嚴、產生回流。表現為高壓煤漿泵止回閥的聲學檢測高達400 以上，正常運行時在30～70，可聽到回流產生的呲呲聲，對止回閥進行外部敲擊無效果。泵轉速不變的情況下，流量逐步降低、泵電流波動較大，減氧氣控制爐溫穩定，到21:30 停車時，煤漿流量與泵的轉速流量已相差5.6m3/h，正常相差約2m3/h，燒嘴壓差隨煤漿流量減小而波動降低，由380kPa 逐步降至200kPa。閥座磨損非燒嘴壓差大幅低波動的主要原因。

2.6 硬塊狀、絮團狀煤漿

2019 年4 月22 日，B#爐、C#爐運行，A 套系統檢修后，對A#高壓煤漿泵進行試泵。因水壓試驗結果不理想，采取建立煤漿循環進行憋壓測試穩壓效果，煤漿由A#煤漿槽經A#高壓煤漿泵循環回A#煤漿槽，循環時間為13:30 ～15:11。17:10 B#爐燒嘴壓差持續在170 ～200kPa 小幅波動，18:15壓差恢復正常值370kPa。

原因是將A 煤漿槽底部穩定沉積的煤漿又重新循環回槽上部，經過短暫的停留、攪拌以及沉降，進入B 泵的硬塊或絮團狀煤漿導致止回閥動作不到位、密封不嚴，但煤漿在閥體內經過多次反復擠壓后通過，燒嘴壓差恢復。煤漿底部、內壁、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料柱塞閥、進口管線以及止回閥。煤漿質量是燒嘴壓差大幅降低的主要因素之一。

2.7 氣化爐內流場變化

2019 年3 月，公司將氣化爐T21 聯鎖優化為煤漿爐頭壓力與氣化爐燃燒室壓力之差小于零觸發停車，運行1 個多月，未再因燒嘴壓差低停車。期間，2 臺氣化爐均出現過持續幾小時燒嘴壓差為零、甚至為負值的情況，操作氧煤比降低5Nm3/m3，高溫熱偶高約60℃，泵電流因背壓降低而減小，煤漿流量、有效氣成分、產氣量、表面熱偶均無較大變化。對煤漿和高壓煤漿泵進行排查，未見異常，通過煤漿負荷降低、降低中心氧比例、減氧量降氧壓等操作，無明顯效果。

燒嘴壓差波動與渣口壓差波動趨勢基本一致，詳見圖1。作者認為是因煤漿質量改變導致爐內流場發生變化導致燒嘴壓差大幅降低。氣化爐燃燒室各區反應強度不同，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氣經過耐火磚磚縫到達高溫熱偶處進入爐內，其壓力代表為爐內高溫熱偶附近壓力。當流場發生變化時，燃燒位置發生變化，燒嘴噴口處壓力降低導致燒嘴壓差的降低；而高溫熱偶處壓力升高，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、工藝燒嘴等相關因素。華鶴公司，生產運行中，受燒嘴壓差的制約，嚴重影響穩定運行，經過原因查找分析、技改技措、管控原料煤以及煤漿質量等辦法，已能較好地把控燒嘴壓差產生的危害，把控安全生產，穩定地運行。