關于航天爐粉煤給料系統影響因素的分析

張林峰

(安徽晉煤中能化工股份有限公司, 安徽臨泉 236400)

航天爐氣化技術又稱HT-L粉煤加壓氣化技術，由中國航天科技集團公司下屬北京航天石化技術裝備工程公司開發。粉煤給料系統的不穩定會給粉煤輸送過程造成負擔，導致航天爐爐況波動，出口合成氣成分變化，嚴重時會造成整個合成氨系統停車。目前，安徽晉煤中能化工股份有限公司(簡稱晉煤中能)航天爐裝置各工段已擁有比較成熟的運行經驗，總結實際生產過程中粉煤給料系統出現的相關問題并予以解決，為航天爐系統長周期穩定運行提供參考依據。

1 粉煤給料系統工藝

晉煤中能的粉煤給料系統采用DN65粉煤管線，從粉煤給料罐下部3個充氣錐送出來的粉煤(4.7 MPa、80 ℃)進入粉煤加料器(X-1701A/B/C)，由調節閥(17FV-1101/1201/1301)控制粉煤流量。同時，17FV-1101/1201/1301控制加入粉煤加料器的二氧化碳(5.1 MPa、80 ℃)流量，以此來調節粉煤懸浮速度。懸浮粉煤(4.3 MPa、80 ℃)去粉煤燒嘴。

2 粉煤給料系統的影響因素

2.1 粉煤流量調節閥和切斷閥

粉煤流量調節閥和切斷閥均采用北京航天長征機械設備制造有限公司制造的閥門。作為精確控制氣化爐氧煤比的關鍵設備，調節閥安裝在粉煤給料罐與氣化爐燒嘴之間，用于調節進入氣化爐粉煤的流量，其性能直接關系氣化爐長周期安全穩定運行[1-2]。17FV-1101/1201/1301主要按氧/煤比(一般為0.5～0.9)進行控制，并參照合成氣中的二氧化碳(體積分數為3%～15%，干基)或者甲烷(體積分數<1 000×10-6)進行調節。正常操作時，通過手動設定粉煤管線的流量給定值來控制，粉煤流量控制器的開度投自動，設定增加的粉煤質量為50 kg/h。粉煤管線的煤量增減操作要求平穩緩慢，避免因粉煤管線波動引起爐溫波動。

粉煤閥門的定位器影響粉煤閥門開度的正常開關，長時間停留在某一開度位置容易造成電氣轉換器失控，引發小信號不動作的危險情況。同時，閥門的位置傳感電位器的電阻值易發生變化，造成小信號不動作、大信號全開的危險情況。航天爐開車前,需要檢校閥門，并且頻繁進行開關測試，觀察開度反饋變化，確保其與手動給值保持一致。粉煤閥門開關反饋停車聯鎖，采取3取2聯鎖方式，避免閥門意外關閉，同時在閥門故障時，方便不停車即可處理解決[3]。

2.2 粉煤管線輸送載氣

在航天爐煤氣化裝置中，大部分粉煤給料系統采用操作壓力為6.0 MPa左右的二氧化碳、氮氣作為粉煤介質的輸送氣體，而晉煤中能年產60萬t合成氨項目采用操作壓力為5.1 MPa的二氧化碳作為粉煤管線輸送介質[4]。使用二氧化碳代替氮氣作為粉煤輸送載氣，對于后段聯合車間的甲醇裝置有很大影響：一方面降低了航天爐系統高壓氮氣的消耗，提高合成氣中CO的含量；另一方面有利于提高后段甲醇的產量。

當二氧化碳公用工程壓力發生波動時，會造成粉煤給料罐充氣錐補入的二氧化碳在手動開度下流量減少，并且還會導致17FV-1102/1202/1302中二氧化碳流量減少，影響粉煤流量、速度、密度，引發粉煤堵塞、氧煤比失調，從而造成航天爐停車的嚴重后果。

2.3 粉煤給料罐與氣化爐之間的壓差

航天爐裝置正常生產時，需要保證粉煤給料罐與氣化爐之間保持穩定的壓差(16PDICYA1128，0.6～1.1 MPa)，使得粉煤能均勻通過粉煤管線進入氣化爐主燒嘴。通過充壓調節閥(16PV-1128A)和壓差放空閥(16PV-1128B),對粉煤給料罐與氣化爐之間的壓差進行分程控制和調節。16PV-1128A/B前后壓差大，再加上介質中存在煤粉顆粒，會對閥門內件與閥后管道造成嚴重沖刷，埋下安全隱患。

當粉煤鎖斗放料至粉煤給料罐架橋時，則會通過高壓二氧化碳對粉煤鎖斗進行除橋程序，造成粉煤給料罐的壓力波動，16PDICYA1128會變大，粉煤速度會增加，入爐煤量增加。由于16PDICYA1128的自控調節，高壓差放空閥會進行一部分開度放空，閥門動作緩慢，有可能造成16PDICYA1128偏低。可通過充壓調節，最終達到穩定狀態。該過程會導致粉煤管線波動頻繁，影響航天爐正常運行。

2.4 粉煤內的雜物

在原料煤開采、運輸、存儲過程中,往往會混入大量雜物(鐵絲、塑料碎片、麻繩毛邊等),同時，磨煤系統管道內部大量耐磨陶瓷片貼片會因老化而脫落。這些雜物被輸送到粉煤給料系統，會影響粉煤管線及各調節閥、切斷閥生產。尤其是17FV-1101/1201/1301閥內通徑小，易堵塞，嚴重時存在斷煤隱患。晉煤中能化工通過技改，在原煤輸送皮帶上安裝一種耙類裝置，用于清理原煤中較大的雜物，同時在粉煤螺旋輸送機上部加裝粉煤纖維振動篩，能有效分層、凈化粉煤中長短不一的纖維絲和系統脫落的陶瓷片。同時，安排操作人員按照磨煤系統運行時間定期清理，防止雜物進入粉煤給料系統。

2.5 原煤煤質變化

裝置采用靈通精、坤能、淮能等混煤。航天爐配煤摻燒不同品質的煤，降低燃料的采購成本，同時通過合理的配比優化，降低航天爐的產氣煤耗。原煤由公司煤場混煤均勻后，經輸煤皮帶輸送到原料煤貯倉，經振動料斗、稱重給煤機計量后,以質量流量為60 t/h(根據生產負荷進行調整)送入磨煤機，研磨成合格的粉煤后，經粉煤加壓輸送到氣化爐。原煤煤種的不同，其可磨指數、灰分等不盡相同，加上煤場混煤不均勻，造成粉煤給料系統波動，影響生產。必須加強原煤煤質定期分析，保證混煤的穩定性和均勻性，穩定粉煤給料系統。

2.6 粉煤管線通徑

管線閥門的通徑對于介質的流量與流速有很大影響。晉煤中能化工采取DN65內徑為50 mm的粉煤管線，相比較之前DN40通徑的粉煤管線，通徑增加較多。

粉煤流量和速度相同的條件下，管道閥門的通徑越大，流體通過管道閥門的阻力越小；反之，管道閥門的通徑越小，流體通過管道閥門的阻力越大。采取與航天爐負荷相匹配的較大粉煤粉煤管線通徑，盡可能避免粉煤流量波動造成堵煤、斷煤現象，穩定粉煤給料系統。

3 結語

航天爐粉煤給料系統的運行狀況影響粉煤氣化裝置運行的穩定性。針對晉煤中能60萬t/a合成氨項目的運行情況，整理出粉煤給料系統的部分影響因素，為航天爐粉煤氣化技術工藝改進及系統優化設計提供了理論指導，也為粉煤氣化裝置安全穩定運行積累豐富的實踐經驗。