气化炉烧嘴冷却水监控系统优化

曹宝明

摘要：随着经济的发展，企业更加注重洁净能源的使用，例如采用煤炭液化、煤炭气化等能源技术进行工业生成，以满足经济环保的目的，且洁净煤炭行业成为未来煤炭行业发展方向。对现有的烧嘴冷却水监控方式进行分析，并提出改进烧嘴冷却水监控的方法，将传统的单台烧嘴冷却水监测方式进行改进，通过增加切换阀，可以实现多套烧嘴冷却水CO分析仪切换使用，并综合烧嘴冷却水的流量计温度进行数据分析，以提高监控数据的准确性和有效性。

关键词：煤化工；气化炉；烧嘴冷却水系统

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2015）07019401

1烧嘴冷却水监控的重要意义

烧嘴冷却水系统设置了一套单独的联锁系统，在断水或烧嘴头部水夹套和冷却水盘管破裂时，引起气化炉跳车，以保工艺烧嘴（Z1301）不被损坏。烧嘴冷却水泵（P1302）设置了自启动功能，当出口压力低于连锁值0.7MPa时（连锁代号PIA1312LL）则备用泵自启动。如果备用泵启动后仍不能满足要求，并且出口压力低于连锁值0.4MPa时（连锁代号PI1313LL）事故冷却水槽（V1307）的事故阀（XV1316）打开向烧嘴提供烧嘴冷却水。

煤制甲醇分公司目前有三台气化炉，平时运行中为两开一备，每台气化炉烧嘴都设立的冷却水监控连锁装置，当每一个烧嘴出现问题时都会触发气化炉连锁跳车，但随着气化炉运行周期的延长，各种检测仪器，特别是在线CO分析仪器经常会出现误报警情况，造成操作人员对当前烧嘴运行情况的判断出现困难，只有在综合分析烧嘴冷却水出入口流量，烧嘴冷却水回水温度及压力这些参数才能做出判断，而做出这些判断需要操作者有非常丰富的经验，目前的操作人员还达不到这种水平。

煤化技术中涉及的烧嘴的使用，大多数是根据烧嘴的使用寿命所决定，百分之六十的煤化安全事故与烧嘴的运行情况相关，或者是直接由烧嘴引发的。烧嘴损坏后，将直接导致煤化技术中的氧化反应失调，导致气化炉系统失衡，造成气化炉超温或者是过氧等，因此有必要对烧嘴进行日常的监测与管理，做到防护的作用，避免事故的发生。

2烧嘴冷却水监控流程

煤制甲醇分公司的德士古气化炉装置运行时由来自制浆工段料浆贮槽浓度约60%的合格料浆，由高压料浆泵加压，投料前经料浆循环阀进入料浆贮槽。投料后经料浆切断阀送至工艺烧嘴的内环隙。

空分装置送来的氧气，在投料前打开氧气系列阀，经氧气调节阀、氧气放空切断阀、氧气手动放空阀接收至氧气消音器放空。投料后氧气经氧气调节阀，上、下游切断阀进入工艺烧嘴中心管及外环隙，中心氧流量由中心氧调节阀调节控制。

料浆和氧气经工艺烧嘴充分混合雾化后进入气化炉，在约6.5MPa、1350℃条件下进行部分氧化反应，生成以CO和H2为有效成份的粗煤气。粗煤气和熔融态灰渣一起沿下降管进入激冷室水浴，熔渣经冷却固化后，落入激冷室底部。洗涤过的粗煤气从下降管和上升管的环隙上升，出激冷室经气液分离器分离后，激冷水经黑水过滤器进入激冷环，呈螺旋状沿下降管内壁流入激冷室。

图1所示为气化炉工艺烧嘴冷却水监控系统的流程图。在1350℃的高温下，为烧嘴的正常工作温度，在设计系统时，考虑到高温的影响，为了较好的保护好烧嘴，因此在烧嘴上配置了冷却水盘和夹套，这个装置能够保证烧嘴工作温度的恒定，同时也考虑打破突然烧嘴损坏，操作人员能够较好的维护好烧嘴部分，并关掉系统。烧嘴冷却水槽中的水需要经过加压才能送至烧嘴冷却换热器，然后冷却水又通过切断阀进入到冷却水盘中，后又进入到烧嘴冷却水气体分离器中，这样的一个循环过程，极大的保护了烧嘴，基本能够维持烧嘴的温度在一个可接受的范围内，这样极大的延长了烧嘴的使用寿命。需要注意的是，烧嘴冷却水气体分离器中需要通入少量的低压氮气，该低压氮气主要是作为一氧化碳气体的载气，并在回流到烧嘴冷却水槽的过程中，并有放空管释放到大气中。因此可以在放空管上安装一氧化碳监测装置，通过判断一氧化碳的含量，来判断烧嘴的工作状态。

烧嘴冷却水监控系统主要由烧嘴冷却水储槽，烧嘴冷却水泵，烧嘴冷却水事故水槽，烧嘴冷却水气液分离器，烧嘴冷却水CO检测系统及配套阀门。

3监控系统组成及控制方式

本控制系统上位机管理及监控系统采用力控ForceControl V7.0來编程实现，本系统图需要控制的对象如下：三台气化炉共用一个烧嘴冷却水储罐V1306，该储罐的液位，脱盐水补水调节阀LV1341，两台烧嘴冷却水泵P1302A/B的出口压力及启停，XV1318及XV1319切断阀，烧嘴冷却水进出口的流量、温度计压力，在线检测仪表的数据采集，三台切换阀门的动作。所有被控制量都通过上位机实时进行监控。该控制系统需要管理和监控的软件较多，所以将配置有力控组态软件的PC作为服务器，为了实现对重

要数据的同步实时监控，将一个客户端PC机通过TCP/IP网络协议连接到局域网，使它能与服务器进行通信。

目前的监控界面只能是一套气化炉一个监控界面，这样的不便之处就是需要经常切换画面，不能对运行中的气化炉烧嘴同时进行监控，本方案里面考虑将三个烧嘴冷却水的监控画面整合在一个界面里，这样监盘的工艺操作人员就能够及时监控并发现问题。

监控界面设计采用三维力控监控组态软件ForceControl V7.0，该软件是一个完全集成的工业控制软件产品，完全兼容微软的32/64位Windows 7及Windows Server 2008操作系统，通过其提供的简单易用的配置工具和强大的功能可针对各种规模的应用进行快速开发并部署。

监控界面按照烧嘴冷却水流程图进行布置，主要有六个界面，实时监控画面，历史数据曲线查看界面，报表输出，报警记录，事件记录，用户管理等功能。可实时监控所有泵和电机阀门的开关，水槽液位，压力温度流量及在线分析小屋的实时数据。

烧嘴冷却水系统的主监控能够实现以下功能：操作界面上可以实时监控运行中两台烧嘴冷却水监控系统的运行情况，还具有功能选项，还能通过手动和自动切换按钮进行控制。点击自动后，备用的一套将根据设置好的时间间隔定期巡回检测；点击手动后可以按照气路切换流程表中的阀门位置关系表进行手动操作，根据要求指定阀门位置，实现切换或者固定检测。

参考文献

[1]黄晔，张超.烧嘴冷却水系统存在问题及解决办法[J].煤化工，2008，（01）.

[2]牛苗任，于广锁，周志杰等.工业烧嘴冷却水管路阻力损失的计算[J].煤化工，2007，（02）.