粉煤航天炉放料程序的优化

张林峰

(安徽晋煤中能化工股份有限公司, 安徽临泉 236400)

1 工艺概述

航天炉气化技术又称HT-L粉煤加压气化技术，该技术结合了国内外煤化工的优势，由中国航天科技集团公司下属北京航天石化技术装备工程公司独自研发，并拥有自主知识产权[1-4]。该技术的开发打破了国外对该技术的垄断。

安徽晋煤中能化工股份有限公司(简称中能公司)60万t/a合成氨原料路线改造工程，根据北京航天长征化学工程股份有限公司设计的第一代100万t/a合成氨炉型的工艺生产状况,在与北京航天长征化学工程股份有限公司进行充分沟通后,共同合作建设、设计生产能力为60万t/a合成氨的HT-L粉煤加压气化装置(简称航天炉装置)。该装置单炉日处理原煤1 500 t，气化炉运行压力为4.0 MPa。气化炉燃烧室直径为3.2 m，激冷室直径为3.8 m。在渣水系统中增加了旋风分离器和低压闪蒸系统，提高了原煤的适应性。

中能公司航天炉装置从2017年7月开工建设，2019年1月进入设备安装阶段，2019年11月进行单体试车，2020年3月进行系统联动试车,2020年5月31日气化炉一次投料开车成功。通过1年来对航天炉装置的不断探索、总结和优化，航天炉装置运行稳定、经济性得到不断地提升。

2 进料特性

航天炉装置干煤粉进料成分为20 ～90 μm煤粉颗粒，由惰性气体、氮气或二氧化碳输送至高压气化炉(气化炉压力为2.0～4.0 MPa)。采用干煤粉进料的航天炉装置气化效率高，可以严格控制进料煤粉的含水量，强化了燃烧，提高了单位体积的产气率，气化强度高。航天炉气化技术与水煤浆气化技术相比，冷煤气效率提高10百分点，氧气耗量降低15%～25%，有效气产量提高6%。同时，航天炉装置采用先进成熟的干煤粉密相输送技术，悬浮速度为7～10 m/s，固气比为480 kg/m3，载气量少。在同样生产能力下，与常压炉相比，航天炉装置的设备尺寸最小，结构紧凑，占地面积小，燃烧效率高[5]。

3 进料方式控制

中能公司三期航天炉16单元进料方式为锁斗间歇式进入粉煤给料罐(V1603)，给料罐的煤通过与气化炉的压差连续进入气化炉内与氧气进行欠氧燃烧。进料过程为：首先，粉煤储罐(V1601)内接收来自磨煤单元的合格粉煤(煤粉粒径为20 ～90 μm，煤粉质量分数为65%～75%，水分质量分数为3%以下)，粉煤储罐泄压阀(16XV1120和16XV1121)打开，其余阀门关闭，联锁打开粉煤储罐放料切断阀(16XV1123和16XV1133)，粉煤储罐内的粉煤通过重力进入粉煤锁斗(V1602)内，3～4 min收料50 t左右；其次,程序依次打开二氧化碳充压自调阀(16XV1125、16XV1129、16XV1130、19PICA1003)进行充压，当压力平衡后，依次关闭4个充压阀，待粉煤给料罐低料位触发联锁后自动打开粉煤锁斗放料阀(16XV1126和16XV1127)进行放料；最后，待粉煤给料罐满料位后关闭与粉煤给料罐相连的阀门，粉煤储罐和粉煤锁斗的泄压阀16XV1122、16XV1118、16XV1120、16XV1121依次打开进行泄压，每个放料过程大约需要20 min。该过程理论上不需要人为干预，程序自动完成，满负荷时约每小时1个循环。

4 存在的问题

通过对实际操作的总结，该程序存在缺陷，放料程序不能实现自动化，需要人为干预，制约因素有以下几个方面：

(1) 程序第0步中的自调阀控制器19PICA1003的开度显示为1.5%，开度太小，锁斗笛管进气量少，影响后续的放料。

(2) 程序第1步中只有放料自控联锁控制器(16LSL-1105)满足放料条件后才能放料，当遇到该料位计故障时就不能实现程序放料。

(3) 程序第10步和第11步存在问题，粉煤储罐料位偏低时往粉煤锁斗进料程序无法直接暂停。

(4) 程序第13步中粉煤锁斗充压时，二氧化碳充压自调阀16XV1125先开，而此时的自调阀控制器(19PICA1003)给定值偏小，充压慢。

(5) 程序第14步中自调阀控制器16PT1115在1.0 MPa关闭二氧化碳充压控制阀16XV1125，自调阀控制器16PV1102预设开度为20%(最小开度为10%)，自调阀控制器16PV1103预设开度为30%(最小开度为15%)，自调阀控制器16PV1103预设开度为50%(最小开度为25%)设置不合理，容易压实粉煤，造成放料困难，同时充压笛管前的调节阀开度不合理，容易冲破笛管。

(6) 程序第16步中当二氧化碳充压自调阀16XV1129关闭时向粉煤锁斗进气减少，而自调阀控制器19PICA1003的给定值太大，造成锁斗充压管线超压，每次需要操作员手动减少开度。

5 程序优化

(1) 第0步：将自调阀控制器19PICA1003投手动，自调阀控制器19PICA1003开度调整为10% (最小开度为5%)，程序模块自动输出，避免了每次操作员手动输入，既实现了自动化又解决了粉煤由于进气少结块的问题。

(2) 第1步：条件中为放料自控联锁(16LSL-1105)增加旁路；当遇到此料位计出现问题时可以人为旁路此条件，使程序能正常执行。

(3) 第10步：条件中增加“开始锁斗进料”旁路。

(4) 第11步：条件中为放料自控联锁(16LSL-1106)增加旁路，使程序能正常执行。

(5) 第13步：条件中将自调阀控制器19PICA1003投手动，自调阀控制器19PICA1003开度为20% (最小开度为10%)。

(6) 第14步：调整为自调阀控制器16PT1115在0.5 MPa时关闭二氧化碳充压自调阀16XV1125，自调阀控制器16PV1102预设开度为25%，自调阀控制器16PV1103预设开度为35%，自调阀控制器16PV1103预设开度为30%。

(7) 通过霍尼韦尔程序中的延时条件模块功能，在第16步二氧化碳充压自调阀(16XV1129)的关闭条件加上“自调阀控制器16PICA1119在0.25 MPa和自调阀控制器19PICA1003模块预设给定10%”的前提条件，以避免管道超压。

6 结语

通过生产实践，对航天炉装置粉煤给料系统(16KS1001)进行优化。该程序原来不能暂停，存在超压问题。优化后，每个循环需要操作员手动给定开度等问题得到解决，保证了装置的安全稳定运行，提高了装置的自动化水平，对今后的项目建设具有很好的参考价值。