壳牌气化炉煤线波动原因分析

张晓永 , 张鸿儒

(河南龙宇煤化工有限公司 , 河南 永城 476600)

1 煤线流程

壳牌气化炉共通过4个煤线把对应的两个高压煤仓里的干煤粉输送至气化炉,干煤粉为固体颗粒,通过气体输送的方式达到干煤粉运送的目的。同时输送煤粉量的波动直接影响煤线氧煤比的控制,影响气化炉温度的高低。由于干煤粉的特殊性质,生产中无法直接测量出煤粉的质量流量。为了能够做到精准控制干煤粉的流量,每条煤线上安装两台速度计,两台密度计,两台压力表,一个温度计,通过速度、密度、温度、压力补偿得到干煤粉的质量流量。在气化炉氧负荷一定时,通过调节干煤粉流量来调整氧煤比进而控制气化炉温度。煤线流程如图1所示(以1号煤线为例)。

图1 煤线流程图

2 煤线波动的原因及防控措施

2.1 给料罐与气化炉之间的压差波动

高压给料仓通过煤线输送至气化炉,其推动力为给料仓与气化炉的压差。压差高给煤能力强,输送煤粉多;压差低给煤能力弱,输送煤粉少。为保证输送煤粉的稳定,控制给料仓与气化炉压力差在0.6～0.9 MPa;但在操作中,由于高压给料仓收料时排堵或者煤线跳以及后系统压力波动,均会引起此压差过高或者过低。为保证此压力差,通过调节高压给料仓充压与泄压控制器12PDIC0128控制12PV0128A/B,实现高压给料仓在收料或者煤线故障跳车时压力的相对稳定。

2.2 输送气的影响

2.2.1输送气氮气和二氧化碳切换

装置在刚开车阶段,二氧化碳供应量不足,煤线输送采用氮气工况;但随着后系统变换装置逐渐稳定,二氧化碳充足之后,为节约成本,煤线输送由氮气工况改为二氧化碳工况。由于二氧化碳和氮气的密度不同,在输送煤粉时会影响密度计的测量准确性,造成煤粉的实际输送量与计算量存在偏差。煤线在两种输送气切换的过程中引起的煤线波动是无法避免的,只有在切换过程中加强气化炉参数变化的监控,做出及时调整和稳定。

2.2.2输送气品质影响

生产运行中,煤线输送气大多时间由二氧化碳往复式压缩机提供,但往复式压缩机会使二氧化碳带油(≤10×10-6),致使 S-1203、S-1204内油富集,长时间运行会造成充气锥堵塞、损坏,因此要求工艺班组每班对S-1203、S-1204底部排油一次。CO2压缩机带油现象较为明显,装置正常运行期间往复式CO2压缩机五级出口气中含油量分析数据显示,平均气中油含量为9.7×10-6,最高时达到24×10-6。在生产运行中,由于设备故障,出现过反吹气中含油量最高达到200×10-6左右,粉煤输送气中含油量超标严重,导致管道充气器和笛管粘油污染,致使输送气流量波动、煤线波动。

中控监控时要求关注高压给料仓底锥流化气的流量和压差,正常运行时流化气流量稳定在500～600 Nm3/h。当压差出现上涨至0.4 MPa时,判断高压给料仓底部充气锥出现堵塞,如果持续上涨就有损坏充气锥的风险,这时由流量控制改为压差控制,压差控制作用后流量肯定下降,煤线速度变化明显,煤流量波动大。若此压差持续上涨须做好停车准备。同时利用离心式CO2压缩机代替往复式CO2压缩机提供流化输送气,有效解决输送气带油问题。

2.3 煤粉品质的影响

煤线是通过气体带动干煤粉细小颗粒实现输送,输送过程中干煤粉的质量直接影响煤线的稳定性。若煤粉颗粒大小不一或者煤粉中掺杂其他杂物时,造成煤线参数波动大,严重时煤角阀13FV0101全开位置依然不能有效调整,甚至造成整条煤线堵塞,出现跳煤线现象,造成气化炉工况波动,给气化炉水冷壁及烧嘴罩等设备造成损坏的风险。

原煤在碾磨过程中会掺杂有木屑、铁丝、编织袋、饮料瓶盖等,这些杂物会通过磨煤系统的旋转、螺旋等从给料机进入储煤仓。为避免这些杂物在后输送中堵塞或引起煤线波动,在入储煤仓之前的每个进料口处装设一个纤维分离器,磨煤机在一周一次的倒磨操作中对其进行隔离清理,清理过程中必须保证其规范操作,周围缝隙中存在的煤块需缓慢清出,严禁将滤网拆出后再落入其他杂物。

检修作业过程中质量把控要到位,确保检修质量和检修过程不出现遗留杂物。每次磨煤系统袋式过滤器防爆板、旋转给料机、螺旋给料机等设备更换检修,安排专人负责,对检修过程全过程掌控。设备废料、结块煤粉必须逐一核对并清理干净,严禁出现检修废料未清理彻底就回装设备的现象,避免出现设备启动后运行中煤角阀出现堵塞卡异物而引起煤线波动。

同时,干煤粉输送管线达到50 m,整体煤粉温度及输送气温度在100 ℃左右,输送过程中,温度损失较大。由于煤线计算涉及到温度压力补偿,所以尽可能保证煤线稳定是保证煤线稳定运行的必要条件。煤线投用之前将煤线伴热蒸汽管线暖管投用并确保及时排出冷凝液,保证煤线温度稳定在100 ℃左右。煤线保温做到定期检查,若有保温材料破损或出现伴热漏点后能及时处理恢复完全。

2.4 仪表准确性对煤线控制的影响

煤粉的流量是由速度计、密度计、压力温度等综合参数计算而来,其中任何一个参数变化均会对计算结果产生影响,所以必须保证每个参数的准确性。这就要求对这些仪表做好维护保养,定期检查,做好参数的收集;一旦出现问题,利用气化炉短停的检修机会及时处理,并做好检修后的仪表校验,确保正常使用状态下数据的准确性。另外,煤线投用之前的准备工作也必须执行到位,特别是煤循环数据的收集阶段,避免出现数据采集时原参数修正值未清空复位、煤粉料位不足等常见问题。数据采集后根据数据的线性判断煤线煤循环的可行性,确定修正参数的大小值真实贴合实际煤线运行状况,这对煤线以后的运行控制至关重要。

速度密度计作为测量仪表,受干扰因素较多,为保证其测量的真实性,应做好日常维护保养。除了仪表工正常巡检检查项目之外,还需对煤线的重要仪表做定期排查,比如煤线支座的有效性,煤线法兰跨接线的完好性,仪表连接方式及连接线的规范性。同时,现场检修作业应尽量远离速度计、密度计,避免出现物体打击造成的振动或电磁干扰等不良因素。

2.5 阀门的日常保养

煤线远程控制是通过自动开关、调节阀实现密相输送的,但因输送干煤粉的特殊性质以及压力要求,煤线上的自动阀门故障率较高,经常出现阀门开关不到位现象。为保证煤线的正常使用,要求对煤线做好日常保养检查,特别是阀门填料及法兰垫片的检查,做到定期更换。注意开关阀门的反馈及仪表连线在开关阀门时由于前后压差较大造成管线振动,引起导线接触不良,气源管线漏气使阀门开关动力不足的现象。做到勤检查,对检查出来的问题做到及时处理。

2.6 操作习惯的影响

在日常操作中,操作习惯对煤线运行影响也较为重要。煤线操作手动控制时为保证其稳定性,要求操作工输入给定值时用键盘输入,利用0.1%的幅度缓慢加减,严禁直接数字输入。一方面尽可能减小输入值与实际值的偏差;另一方面避免出现误操作输入值成倍的偏差造成煤线的较大波动。在煤线投用初期可以通过高压给料仓底部流化气以及煤角阀吹扫气的大小来调整,使煤线各个参数值趋于稳定,而后将煤线控制转入串级控制,串级控制对煤线运行中的扰动有很强的克服作用,所以在煤线运行稳定前提下,煤线尽可能保持串级控制。

3 结语

煤线控制是气化炉操作的重点和难点,煤线的稳定与否直接关系到气化炉的运行周期及负荷的高低。但影响煤线波动的因素较多,包括检维修质量、煤粉质量、仪表数据的准确、日常操作习惯等,因此,为确保气化炉长周期稳定运行,要求充分思考潜在影响煤线波动的风险因素,采取积极有效的防范措施,保证煤线的稳定运行。