關(guān)于殼牌氣化爐開(kāi)工燒嘴點(diǎn)火故障分析及預(yù)防措施研究

李 穎

（晉能控股裝備集團(tuán)廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037001）

殼牌氣化爐，在其較高的實(shí)用價(jià)值下，我國(guó)早在1997 年便開(kāi)始陸續(xù)引進(jìn)，單臺(tái)氣化爐的投煤能力能達(dá)到每日2 000 t，其產(chǎn)品合成氣可以被充分利用。目前從投產(chǎn)的氣化爐運(yùn)行看，盡管設(shè)計(jì)理念促進(jìn)了該設(shè)備的運(yùn)行效果，但是受到多方面問(wèn)題的影響，實(shí)際運(yùn)行穩(wěn)定性較差，例如有大渣塊易堵管、鎖斗開(kāi)關(guān)閥卡死、開(kāi)工燒嘴易燒壞和激冷器壓縮機(jī)故障頻繁等問(wèn)題，影響該設(shè)備的正常運(yùn)行。本文分析開(kāi)工燒嘴點(diǎn)火故障類(lèi)型，對(duì)其故障原因和預(yù)防措施進(jìn)行探討，降低事故發(fā)生概率。

1 殼牌氣化爐點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開(kāi)工燒嘴結(jié)構(gòu)

1.1 殼牌氣化爐點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合氣化工藝需求，在進(jìn)行煤粉投入時(shí)需要確保氣化爐中的燒嘴燃燒煙氣、高壓氮?dú)鉀_壓到1 MPa 左右，在高密度和高壓力的惰性環(huán)境中，會(huì)提高氣化爐的點(diǎn)火難度。結(jié)合殼牌氣化爐獨(dú)有的設(shè)計(jì)理念，在點(diǎn)火系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，與常規(guī)火電負(fù)壓燃燒的煤鍋爐比較，共設(shè)計(jì)了三級(jí)點(diǎn)火，并對(duì)粉煤燒嘴、開(kāi)工燒嘴和點(diǎn)火燒嘴進(jìn)行了設(shè)置，用來(lái)降低高濃度氮?dú)飧邏涵h(huán)境對(duì)點(diǎn)火的影響，其中點(diǎn)火燒嘴、開(kāi)工燒嘴與氣化爐界面的平面關(guān)系可以參考圖1[1]。

圖1 點(diǎn)火、開(kāi)工燒嘴和氣化爐界面的平面示意

1.2 殼牌氣化爐開(kāi)工燒嘴結(jié)構(gòu)

殼牌氣化爐中的燒嘴共設(shè)有6 個(gè)，具體參數(shù)可以參考表1。針對(duì)氣化爐開(kāi)工燒嘴而言，主要在開(kāi)工階段未氣化爐進(jìn)行升溫升壓，其關(guān)鍵部位燒嘴頭主要由水夾套和銅頭組成。具體而言：在開(kāi)工燒嘴中，冷卻水進(jìn)入燒嘴頭后會(huì)分為兩股，分別用來(lái)冷卻銅頭和水夾套；銅頭內(nèi)有12 個(gè)柴油通道，直徑1 mm；銅頭會(huì)和水夾套形成環(huán)形空間，能作為有氧通道且空間尾部是氧氣與柴油的混合區(qū)[2]。

表1 殼牌氣化爐中的燒嘴參數(shù)

2 開(kāi)工燒嘴常見(jiàn)的故障種類(lèi)分析

2.1 氧氣和油的供應(yīng)在點(diǎn)火時(shí)不同步

在進(jìn)行開(kāi)工點(diǎn)火時(shí)，要確保油跟氧氣同時(shí)到達(dá)燒嘴噴頭處，便于提高點(diǎn)火的成功概率。結(jié)合實(shí)際的開(kāi)工點(diǎn)火工作看，氧氣往往要比柴油先到噴頭，容易使銅頭在高溫中融化。結(jié)合氧氣、柴油同時(shí)到達(dá)燒嘴噴頭的需求，可以利用柴油先到、氧氣后到的方法，避免銅頭損壞，不過(guò)要注重柴油的停留時(shí)間，避免造成安全問(wèn)題。為此，需要結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)了解柴油和氧氣的到達(dá)時(shí)間，同時(shí)將測(cè)量的數(shù)據(jù)輸入到DCS 控制程序中，不過(guò)在實(shí)際數(shù)據(jù)的應(yīng)用中，受到測(cè)量誤差的影響，容易出現(xiàn)氧氣比柴油先到達(dá)燒嘴噴頭處的現(xiàn)象，需要不斷降低在時(shí)間測(cè)量中的誤差，提高點(diǎn)火的安全性[3]。

2.2 控制閥門(mén)的邏輯性較差

開(kāi)工燒嘴系統(tǒng)的工藝流程圖可以參考下頁(yè)圖2，當(dāng)進(jìn)行開(kāi)工燒嘴時(shí)，氧氣開(kāi)關(guān)閥（13XV0023）和柴油開(kāi)關(guān)閥（13XV0024）均處于全開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)氧管線吹掃閥（13XY0027）和油管線吹掃閥（13XV0025、13XV0026）均處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)工燒嘴正常退出時(shí)，在DCS 執(zhí)行順控程序作用下，會(huì)先開(kāi)啟13XV0025、13XV0026 和13XY0027，實(shí)現(xiàn)高壓吹掃氮?dú)庀妊a(bǔ)進(jìn)氧油管線，隨后會(huì)關(guān)閉13XV0023、13XV0024，實(shí)現(xiàn)對(duì)氧氣和柴油的切斷，防止燒嘴退出時(shí)燒嘴內(nèi)的油和氧會(huì)被爐膛的高背壓回頂，進(jìn)而出現(xiàn)回火現(xiàn)象燒壞燒嘴。

圖2 開(kāi)工燒嘴系統(tǒng)的工藝流程圖

2.3 火檢延時(shí)信號(hào)未合理設(shè)置

在殼牌氣化爐中設(shè)置了火焰檢測(cè)裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)火成功、失敗的檢測(cè)，進(jìn)而為保護(hù)燒嘴、促進(jìn)粉煤燒嘴的正常運(yùn)行打下了基礎(chǔ)。其原理是通過(guò)紫外線對(duì)火焰強(qiáng)度進(jìn)行感知，在電離信號(hào)出現(xiàn)變化后，裝置會(huì)將信號(hào)傳送到DCS 中，當(dāng)開(kāi)啟氧氣閥門(mén)一段時(shí)間后進(jìn)行火焰信號(hào)檢測(cè)時(shí)，為檢測(cè)到火焰需要立刻進(jìn)行跳車(chē)操作，完成對(duì)燒嘴的保護(hù)。不過(guò)在燒嘴剛被點(diǎn)燃時(shí)，因?yàn)檠跤突旌先紵龝r(shí)不具備高穩(wěn)定性，火焰強(qiáng)度不高，需要對(duì)延時(shí)時(shí)間進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，避免出現(xiàn)跳車(chē)和誤車(chē)現(xiàn)象，若不能結(jié)合實(shí)際情況確定具體的延時(shí)時(shí)間下，便無(wú)法確保燒嘴的質(zhì)量。

2.4 柴油管道內(nèi)部壓力失穩(wěn)

一般殼牌氣化爐的柴油泵會(huì)設(shè)置0 m，且多使用往復(fù)泵工作，存在揚(yáng)距大和出口壓力失穩(wěn)的問(wèn)題，需要通過(guò)及時(shí)引入柴油緩沖罐，對(duì)柴油管線內(nèi)部的壓力進(jìn)行調(diào)整和緩沖，降低因?yàn)椴裼凸艿烙蛪菏Х€(wěn)而造成跳車(chē)問(wèn)題。另外，當(dāng)開(kāi)工燒嘴被安裝在43 層時(shí)，也會(huì)因?yàn)樵诤途彌_罐距離過(guò)大、落差較高下，對(duì)壓力的調(diào)節(jié)效果產(chǎn)生影響，在有氧油超過(guò)限制時(shí)出現(xiàn)跳車(chē)問(wèn)題。

3 開(kāi)工燒嘴點(diǎn)火故障的預(yù)防措施

3.1 安裝階段

在進(jìn)行燒嘴安裝前，必須結(jié)合規(guī)定做好試驗(yàn)工作，基本有柴油管線充氮模擬、燒嘴噴頭霧化和氧氣管線充氮模擬等試驗(yàn)，同時(shí)也需要做好對(duì)應(yīng)的測(cè)定工作，例如柴油流量控制閥的預(yù)設(shè)開(kāi)度、相關(guān)閥門(mén)帶壓開(kāi)關(guān)時(shí)間、氧氣閥門(mén)延遲時(shí)間、氧氣（高壓氮?dú)馓娲┡c柴油（高壓水替代）到達(dá)開(kāi)工燒嘴頭部的時(shí)間、壓力調(diào)節(jié)閥的預(yù)設(shè)開(kāi)度和燒嘴順控程序的合理性等方面，在做好安裝前的工作并有效獲得精確數(shù)據(jù)后，降低點(diǎn)火故障率。

3.2 調(diào)試階段

需要注重以下幾個(gè)方面：第一，要求結(jié)合設(shè)備安裝說(shuō)明書(shū)進(jìn)行設(shè)備安裝，在設(shè)備開(kāi)箱后需要對(duì)設(shè)備型號(hào)、顏色、尺寸等方面進(jìn)行確定，確保設(shè)備安裝的有效性；第二，需要在安裝調(diào)試中有專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行指導(dǎo)，提高安裝質(zhì)量，例如開(kāi)工燒嘴的插入位置需要做好控制，離氣化爐水冷壁太遠(yuǎn)會(huì)分散燃燒火焰，無(wú)法充分點(diǎn)燃粉煤燒嘴，太近則會(huì)燒壞水冷壁；第三，在調(diào)試中，結(jié)合以往首次開(kāi)車(chē)中燒嘴銅頭易損壞的問(wèn)題，需要提前配備多個(gè)銅頭供調(diào)試使用。

3.3 運(yùn)行階段

在運(yùn)行階段，為了降低開(kāi)工燒嘴點(diǎn)火故障，需要做好以下幾點(diǎn)工作：第一，為了避免純氧點(diǎn)火對(duì)燒嘴產(chǎn)生損壞，需要在點(diǎn)火中加入適量高壓氮?dú)猓@樣可以降低純氧的純度，使其變?yōu)楦谎觞c(diǎn)火；第二，在進(jìn)行開(kāi)工燒嘴點(diǎn)燃后，需要將氣化爐的壓力控制在1.2 MPa 以下，避免在開(kāi)工燒嘴背壓大、火焰不穩(wěn)下出現(xiàn)跳車(chē)問(wèn)題；第三，開(kāi)工燒嘴的燃燒時(shí)間要嚴(yán)格控制，不能過(guò)長(zhǎng)避免燒嘴頭在長(zhǎng)期高溫下受損。

3.4 維護(hù)階段

為了有效處理殼牌氣化爐開(kāi)工燒嘴點(diǎn)火的故障，需要積極做好維護(hù)工作，具體可以參考表2。

表2 殼牌氣化爐的維護(hù)工作

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合殼牌氣化爐的運(yùn)行價(jià)值，需要相關(guān)企業(yè)重視在點(diǎn)火過(guò)程中出現(xiàn)的故障問(wèn)題，有效降低開(kāi)工燒嘴的點(diǎn)火故障率后，提高設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量與效率，滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要。結(jié)合目前出現(xiàn)的問(wèn)題，有點(diǎn)火時(shí)氧氣與油的供應(yīng)不同步問(wèn)題、控制閥門(mén)邏輯性差問(wèn)題、火檢延時(shí)信號(hào)未合理設(shè)置問(wèn)題和柴油管道內(nèi)部壓力不穩(wěn)定問(wèn)題等方面，需要企業(yè)在了解設(shè)備的實(shí)際故障原因后，通過(guò)安裝階段、調(diào)試階段、運(yùn)行階段和維護(hù)階段等方面工作，不斷降低開(kāi)工點(diǎn)火的故障率，滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要。