粉煤航天爐放料程序的優(yōu)化

張林峰

(安徽晉煤中能化工股份有限公司, 安徽臨泉 236400)

1 工藝概述

航天爐氣化技術(shù)又稱HT-L粉煤加壓氣化技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了國(guó)內(nèi)外煤化工的優(yōu)勢(shì)，由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司下屬北京航天石化技術(shù)裝備工程公司獨(dú)自研發(fā)，并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)[1-4]。該技術(shù)的開(kāi)發(fā)打破了國(guó)外對(duì)該技術(shù)的壟斷。

安徽晉煤中能化工股份有限公司(簡(jiǎn)稱中能公司)60萬(wàn)t/a合成氨原料路線改造工程，根據(jù)北京航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司設(shè)計(jì)的第一代100萬(wàn)t/a合成氨爐型的工藝生產(chǎn)狀況,在與北京航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司進(jìn)行充分溝通后,共同合作建設(shè)、設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60萬(wàn)t/a合成氨的HT-L粉煤加壓氣化裝置(簡(jiǎn)稱航天爐裝置)。該裝置單爐日處理原煤1 500 t，氣化爐運(yùn)行壓力為4.0 MPa。氣化爐燃燒室直徑為3.2 m，激冷室直徑為3.8 m。在渣水系統(tǒng)中增加了旋風(fēng)分離器和低壓閃蒸系統(tǒng)，提高了原煤的適應(yīng)性。

中能公司航天爐裝置從2017年7月開(kāi)工建設(shè)，2019年1月進(jìn)入設(shè)備安裝階段，2019年11月進(jìn)行單體試車，2020年3月進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)試車,2020年5月31日氣化爐一次投料開(kāi)車成功。通過(guò)1年來(lái)對(duì)航天爐裝置的不斷探索、總結(jié)和優(yōu)化，航天爐裝置運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性得到不斷地提升。

2 進(jìn)料特性

航天爐裝置干煤粉進(jìn)料成分為20 ～90 μm煤粉顆粒，由惰性氣體、氮?dú)饣蚨趸驾斔椭粮邏簹饣癄t(氣化爐壓力為2.0～4.0 MPa)。采用干煤粉進(jìn)料的航天爐裝置氣化效率高，可以嚴(yán)格控制進(jìn)料煤粉的含水量，強(qiáng)化了燃燒，提高了單位體積的產(chǎn)氣率，氣化強(qiáng)度高。航天爐氣化技術(shù)與水煤漿氣化技術(shù)相比，冷煤氣效率提高10百分點(diǎn)，氧氣耗量降低15%～25%，有效氣產(chǎn)量提高6%。同時(shí)，航天爐裝置采用先進(jìn)成熟的干煤粉密相輸送技術(shù)，懸浮速度為7～10 m/s，固氣比為480 kg/m3，載氣量少。在同樣生產(chǎn)能力下，與常壓爐相比，航天爐裝置的設(shè)備尺寸最小，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，燃燒效率高[5]。

3 進(jìn)料方式控制

中能公司三期航天爐16單元進(jìn)料方式為鎖斗間歇式進(jìn)入粉煤給料罐(V1603)，給料罐的煤通過(guò)與氣化爐的壓差連續(xù)進(jìn)入氣化爐內(nèi)與氧氣進(jìn)行欠氧燃燒。進(jìn)料過(guò)程為：首先，粉煤儲(chǔ)罐(V1601)內(nèi)接收來(lái)自磨煤?jiǎn)卧暮细穹勖?煤粉粒徑為20 ～90 μm，煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%～75%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%以下)，粉煤儲(chǔ)罐泄壓閥(16XV1120和16XV1121)打開(kāi)，其余閥門關(guān)閉，聯(lián)鎖打開(kāi)粉煤儲(chǔ)罐放料切斷閥(16XV1123和16XV1133)，粉煤儲(chǔ)罐內(nèi)的粉煤通過(guò)重力進(jìn)入粉煤鎖斗(V1602)內(nèi)，3～4 min收料50 t左右；其次,程序依次打開(kāi)二氧化碳充壓自調(diào)閥(16XV1125、16XV1129、16XV1130、19PICA1003)進(jìn)行充壓，當(dāng)壓力平衡后，依次關(guān)閉4個(gè)充壓閥，待粉煤給料罐低料位觸發(fā)聯(lián)鎖后自動(dòng)打開(kāi)粉煤鎖斗放料閥(16XV1126和16XV1127)進(jìn)行放料；最后，待粉煤給料罐滿料位后關(guān)閉與粉煤給料罐相連的閥門，粉煤儲(chǔ)罐和粉煤鎖斗的泄壓閥16XV1122、16XV1118、16XV1120、16XV1121依次打開(kāi)進(jìn)行泄壓，每個(gè)放料過(guò)程大約需要20 min。該過(guò)程理論上不需要人為干預(yù)，程序自動(dòng)完成，滿負(fù)荷時(shí)約每小時(shí)1個(gè)循環(huán)。

4 存在的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)實(shí)際操作的總結(jié)，該程序存在缺陷，放料程序不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，需要人為干預(yù)，制約因素有以下幾個(gè)方面：

(1) 程序第0步中的自調(diào)閥控制器19PICA1003的開(kāi)度顯示為1.5%，開(kāi)度太小，鎖斗笛管進(jìn)氣量少，影響后續(xù)的放料。

(2) 程序第1步中只有放料自控聯(lián)鎖控制器(16LSL-1105)滿足放料條件后才能放料，當(dāng)遇到該料位計(jì)故障時(shí)就不能實(shí)現(xiàn)程序放料。

(3) 程序第10步和第11步存在問(wèn)題，粉煤儲(chǔ)罐料位偏低時(shí)往粉煤鎖斗進(jìn)料程序無(wú)法直接暫停。

(4) 程序第13步中粉煤鎖斗充壓時(shí)，二氧化碳充壓自調(diào)閥16XV1125先開(kāi)，而此時(shí)的自調(diào)閥控制器(19PICA1003)給定值偏小，充壓慢。

(5) 程序第14步中自調(diào)閥控制器16PT1115在1.0 MPa關(guān)閉二氧化碳充壓控制閥16XV1125，自調(diào)閥控制器16PV1102預(yù)設(shè)開(kāi)度為20%(最小開(kāi)度為10%)，自調(diào)閥控制器16PV1103預(yù)設(shè)開(kāi)度為30%(最小開(kāi)度為15%)，自調(diào)閥控制器16PV1103預(yù)設(shè)開(kāi)度為50%(最小開(kāi)度為25%)設(shè)置不合理，容易壓實(shí)粉煤，造成放料困難，同時(shí)充壓笛管前的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度不合理，容易沖破笛管。

(6) 程序第16步中當(dāng)二氧化碳充壓自調(diào)閥16XV1129關(guān)閉時(shí)向粉煤鎖斗進(jìn)氣減少，而自調(diào)閥控制器19PICA1003的給定值太大，造成鎖斗充壓管線超壓，每次需要操作員手動(dòng)減少開(kāi)度。

5 程序優(yōu)化

(1) 第0步：將自調(diào)閥控制器19PICA1003投手動(dòng)，自調(diào)閥控制器19PICA1003開(kāi)度調(diào)整為10% (最小開(kāi)度為5%)，程序模塊自動(dòng)輸出，避免了每次操作員手動(dòng)輸入，既實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化又解決了粉煤由于進(jìn)氣少結(jié)塊的問(wèn)題。

(2) 第1步：條件中為放料自控聯(lián)鎖(16LSL-1105)增加旁路；當(dāng)遇到此料位計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以人為旁路此條件，使程序能正常執(zhí)行。

(3) 第10步：條件中增加“開(kāi)始鎖斗進(jìn)料”旁路。

(4) 第11步：條件中為放料自控聯(lián)鎖(16LSL-1106)增加旁路，使程序能正常執(zhí)行。

(5) 第13步：條件中將自調(diào)閥控制器19PICA1003投手動(dòng)，自調(diào)閥控制器19PICA1003開(kāi)度為20% (最小開(kāi)度為10%)。

(6) 第14步：調(diào)整為自調(diào)閥控制器16PT1115在0.5 MPa時(shí)關(guān)閉二氧化碳充壓自調(diào)閥16XV1125，自調(diào)閥控制器16PV1102預(yù)設(shè)開(kāi)度為25%，自調(diào)閥控制器16PV1103預(yù)設(shè)開(kāi)度為35%，自調(diào)閥控制器16PV1103預(yù)設(shè)開(kāi)度為30%。

(7) 通過(guò)霍尼韋爾程序中的延時(shí)條件模塊功能，在第16步二氧化碳充壓自調(diào)閥(16XV1129)的關(guān)閉條件加上“自調(diào)閥控制器16PICA1119在0.25 MPa和自調(diào)閥控制器19PICA1003模塊預(yù)設(shè)給定10%”的前提條件，以避免管道超壓。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)航天爐裝置粉煤給料系統(tǒng)(16KS1001)進(jìn)行優(yōu)化。該程序原來(lái)不能暫停，存在超壓?jiǎn)栴}。優(yōu)化后，每個(gè)循環(huán)需要操作員手動(dòng)給定開(kāi)度等問(wèn)題得到解決，保證了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高了裝置的自動(dòng)化水平，對(duì)今后的項(xiàng)目建設(shè)具有很好的參考價(jià)值。