关于航天炉粉煤给料系统影响因素的分析

张林峰

(安徽晋煤中能化工股份有限公司, 安徽临泉 236400)

航天炉气化技术又称HT-L粉煤加压气化技术，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开发。粉煤给料系统的不稳定会给粉煤输送过程造成负担，导致航天炉炉况波动，出口合成气成分变化，严重时会造成整个合成氨系统停车。目前，安徽晋煤中能化工股份有限公司(简称晋煤中能)航天炉装置各工段已拥有比较成熟的运行经验，总结实际生产过程中粉煤给料系统出现的相关问题并予以解决，为航天炉系统长周期稳定运行提供参考依据。

1 粉煤给料系统工艺

晋煤中能的粉煤给料系统采用DN65粉煤管线，从粉煤给料罐下部3个充气锥送出来的粉煤(4.7 MPa、80 ℃)进入粉煤加料器(X-1701A/B/C)，由调节阀(17FV-1101/1201/1301)控制粉煤流量。同时，17FV-1101/1201/1301控制加入粉煤加料器的二氧化碳(5.1 MPa、80 ℃)流量，以此来调节粉煤悬浮速度。悬浮粉煤(4.3 MPa、80 ℃)去粉煤烧嘴。

2 粉煤给料系统的影响因素

2.1 粉煤流量调节阀和切断阀

粉煤流量调节阀和切断阀均采用北京航天长征机械设备制造有限公司制造的阀门。作为精确控制气化炉氧煤比的关键设备，调节阀安装在粉煤给料罐与气化炉烧嘴之间，用于调节进入气化炉粉煤的流量，其性能直接关系气化炉长周期安全稳定运行[1-2]。17FV-1101/1201/1301主要按氧/煤比(一般为0.5～0.9)进行控制，并参照合成气中的二氧化碳(体积分数为3%～15%，干基)或者甲烷(体积分数<1 000×10-6)进行调节。正常操作时，通过手动设定粉煤管线的流量给定值来控制，粉煤流量控制器的开度投自动，设定增加的粉煤质量为50 kg/h。粉煤管线的煤量增减操作要求平稳缓慢，避免因粉煤管线波动引起炉温波动。

粉煤阀门的定位器影响粉煤阀门开度的正常开关，长时间停留在某一开度位置容易造成电气转换器失控，引发小信号不动作的危险情况。同时，阀门的位置传感电位器的电阻值易发生变化，造成小信号不动作、大信号全开的危险情况。航天炉开车前,需要检校阀门，并且频繁进行开关测试，观察开度反馈变化，确保其与手动给值保持一致。粉煤阀门开关反馈停车联锁，采取3取2联锁方式，避免阀门意外关闭，同时在阀门故障时，方便不停车即可处理解决[3]。

2.2 粉煤管线输送载气

在航天炉煤气化装置中，大部分粉煤给料系统采用操作压力为6.0 MPa左右的二氧化碳、氮气作为粉煤介质的输送气体，而晋煤中能年产60万t合成氨项目采用操作压力为5.1 MPa的二氧化碳作为粉煤管线输送介质[4]。使用二氧化碳代替氮气作为粉煤输送载气，对于后段联合车间的甲醇装置有很大影响：一方面降低了航天炉系统高压氮气的消耗，提高合成气中CO的含量；另一方面有利于提高后段甲醇的产量。

当二氧化碳公用工程压力发生波动时，会造成粉煤给料罐充气锥补入的二氧化碳在手动开度下流量减少，并且还会导致17FV-1102/1202/1302中二氧化碳流量减少，影响粉煤流量、速度、密度，引发粉煤堵塞、氧煤比失调，从而造成航天炉停车的严重后果。

2.3 粉煤给料罐与气化炉之间的压差

航天炉装置正常生产时，需要保证粉煤给料罐与气化炉之间保持稳定的压差(16PDICYA1128，0.6～1.1 MPa)，使得粉煤能均匀通过粉煤管线进入气化炉主烧嘴。通过充压调节阀(16PV-1128A)和压差放空阀(16PV-1128B),对粉煤给料罐与气化炉之间的压差进行分程控制和调节。16PV-1128A/B前后压差大，再加上介质中存在煤粉颗粒，会对阀门内件与阀后管道造成严重冲刷，埋下安全隐患。

当粉煤锁斗放料至粉煤给料罐架桥时，则会通过高压二氧化碳对粉煤锁斗进行除桥程序，造成粉煤给料罐的压力波动，16PDICYA1128会变大，粉煤速度会增加，入炉煤量增加。由于16PDICYA1128的自控调节，高压差放空阀会进行一部分开度放空，阀门动作缓慢，有可能造成16PDICYA1128偏低。可通过充压调节，最终达到稳定状态。该过程会导致粉煤管线波动频繁，影响航天炉正常运行。

2.4 粉煤内的杂物

在原料煤开采、运输、存储过程中,往往会混入大量杂物(铁丝、塑料碎片、麻绳毛边等),同时，磨煤系统管道内部大量耐磨陶瓷片贴片会因老化而脱落。这些杂物被输送到粉煤给料系统，会影响粉煤管线及各调节阀、切断阀生产。尤其是17FV-1101/1201/1301阀内通径小，易堵塞，严重时存在断煤隐患。晋煤中能化工通过技改，在原煤输送皮带上安装一种耙类装置，用于清理原煤中较大的杂物，同时在粉煤螺旋输送机上部加装粉煤纤维振动筛，能有效分层、净化粉煤中长短不一的纤维丝和系统脱落的陶瓷片。同时，安排操作人员按照磨煤系统运行时间定期清理，防止杂物进入粉煤给料系统。

2.5 原煤煤质变化

装置采用灵通精、坤能、淮能等混煤。航天炉配煤掺烧不同品质的煤，降低燃料的采购成本，同时通过合理的配比优化，降低航天炉的产气煤耗。原煤由公司煤场混煤均匀后，经输煤皮带输送到原料煤贮仓，经振动料斗、称重给煤机计量后,以质量流量为60 t/h(根据生产负荷进行调整)送入磨煤机，研磨成合格的粉煤后，经粉煤加压输送到气化炉。原煤煤种的不同，其可磨指数、灰分等不尽相同，加上煤场混煤不均匀，造成粉煤给料系统波动，影响生产。必须加强原煤煤质定期分析，保证混煤的稳定性和均匀性，稳定粉煤给料系统。

2.6 粉煤管线通径

管线阀门的通径对于介质的流量与流速有很大影响。晋煤中能化工采取DN65内径为50 mm的粉煤管线，相比较之前DN40通径的粉煤管线，通径增加较多。

粉煤流量和速度相同的条件下，管道阀门的通径越大，流体通过管道阀门的阻力越小；反之，管道阀门的通径越小，流体通过管道阀门的阻力越大。采取与航天炉负荷相匹配的较大粉煤粉煤管线通径，尽可能避免粉煤流量波动造成堵煤、断煤现象，稳定粉煤给料系统。

3 结语

航天炉粉煤给料系统的运行状况影响粉煤气化装置运行的稳定性。针对晋煤中能60万t/a合成氨项目的运行情况，整理出粉煤给料系统的部分影响因素，为航天炉粉煤气化技术工艺改进及系统优化设计提供了理论指导，也为粉煤气化装置安全稳定运行积累丰富的实践经验。