熱風(fēng)爐點(diǎn)火系統(tǒng)優(yōu)化與性能提升淺析
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摘要：為提高shell工藝氣化裝置配套熱風(fēng)爐的長周期運(yùn)行性能，提高熱風(fēng)爐一次點(diǎn)火成功率，介紹了shell氣化裝置配套磨煤干燥工藝；熱風(fēng)爐及點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行的情況和存在的問題。通過重新設(shè)計(jì)優(yōu)化點(diǎn)火系統(tǒng)，采用一體化高能點(diǎn)火裝置；更換穩(wěn)焰器材質(zhì)，徹底解決了熱風(fēng)爐一次點(diǎn)火成功率低、高壓點(diǎn)火器易故障、穩(wěn)焰器易燒蝕、熱風(fēng)爐運(yùn)行周期短等難題。結(jié)果表明：熱風(fēng)爐點(diǎn)火系統(tǒng)經(jīng)重新優(yōu)化設(shè)計(jì)后，熱風(fēng)爐一次點(diǎn)火成功率提高至100%，熱風(fēng)爐長周期運(yùn)行期間燃燒穩(wěn)定，減少了合成氣配燒，提高了后續(xù)產(chǎn)品日產(chǎn)量，增加了直接經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：熱風(fēng)爐；運(yùn)行性能提升；點(diǎn)火系統(tǒng)優(yōu)化；一體化點(diǎn)火裝置；增產(chǎn)增效
0引言
鶴壁煤化工有限公司氣化裝置采用shell干粉加壓氣化工藝，屬于干法進(jìn)料、氣流床氣化。與之配套的U1100磨煤單元的作用是干燥原料煤并為氣化爐提供水分及粒度合格的粉煤，是shell煤氣化工藝中不可缺少的重要工段。根據(jù)鶴壁煤化工設(shè)計(jì)煤種和氣化裝置的生產(chǎn)能力，及可能出現(xiàn)的煤質(zhì)變化情況，磨煤系統(tǒng)配備兩套ZGM133G型中速輥式磨煤機(jī)，即A、B兩條磨煤干燥生產(chǎn)線。正常生產(chǎn)時(shí)兩套磨煤系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，能滿足氣化爐滿負(fù)荷運(yùn)行所需粉煤。設(shè)計(jì)煤種日投煤量為2850t。單套磨煤裝置運(yùn)行最大出力為95.8t/h，其中螺旋粉煤輸送機(jī)X1104A、B為正反轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，磨出的粉煤可按生產(chǎn)需求，輸送到U1200粉煤貯倉V1201A、B中。每套磨煤干燥系統(tǒng)運(yùn)行可供給氣化爐80%的負(fù)荷運(yùn)行。磨煤干燥系統(tǒng)由磨煤機(jī)、稱重給煤機(jī)、熱風(fēng)爐、循環(huán)風(fēng)機(jī)、助燃風(fēng)機(jī)、粉煤袋式過濾器、旋轉(zhuǎn)給料機(jī)和螺旋輸送機(jī)等設(shè)備組成。正常生產(chǎn)時(shí)原料煤從煤儲(chǔ)運(yùn)通過輸煤皮儲(chǔ)存在U1100原煤倉（V1101A、B）內(nèi)，原料煤通過重力式稱重給煤機(jī)（X1101A、B）經(jīng)落煤管進(jìn)入磨煤機(jī)（A1101A、B）內(nèi)，（石灰石粉作為助溶劑按照與原料煤一定的重量比通過石灰石稱重給料機(jī)X1109A、B進(jìn)入X1101A、B的出口，與原料煤一起進(jìn)入磨煤機(jī)）。原料煤在磨煤機(jī)微負(fù)壓和被熱風(fēng)爐（F1101A、B）加熱的惰性氣體環(huán)境中研磨干燥，粉煤粒度由磨煤機(jī)出口旋風(fēng)分離器（S1102A、B）轉(zhuǎn)速、循環(huán)風(fēng)機(jī)（K1102A、B）風(fēng)量及磨煤機(jī)磨輥加載力3個(gè)變量調(diào)節(jié)控制。磨制后水分與粒度合格的粉煤和氣體混合物被循環(huán)風(fēng)機(jī)（K1102A、B）輸送到粉煤袋式過濾器（S1103A、B）進(jìn)行氣粉分離，分離出的粉煤經(jīng)粉煤旋轉(zhuǎn)給料機(jī)（X1105A、B、C、D、E、F、G和H）進(jìn)入到煤粉螺旋輸送機(jī)（X1102A、B、C、D）中，通過纖維篩（S1107A、B、C、D）根據(jù)生產(chǎn)需要經(jīng)螺旋輸送機(jī)（X1104A、B）選擇進(jìn)入U(xiǎn)12002個(gè)粉煤儲(chǔ)罐（V1201A、B）中。
1熱風(fēng)爐及點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行情況
熱風(fēng)爐F1101A、B結(jié)構(gòu)形式為臥式圓筒爐，每臺(tái)熱風(fēng)爐由外爐體、內(nèi)爐體、燃燒器、溫度計(jì)、壓力計(jì)及人孔等部件組成，爐體全部密封設(shè)計(jì)，正壓操作?，F(xiàn)場控制系統(tǒng)操作盤位于熱風(fēng)爐旁。燃燒器采用1個(gè)中心氣槍主燒嘴+環(huán)型輔助燒嘴的方案，熱風(fēng)爐燃燒器主要部件包括調(diào)風(fēng)器、中心主氣槍、四周輔助氣槍和穩(wěn)焰器。采用中心主氣槍與環(huán)型輔助氣槍，優(yōu)越性在于既可單獨(dú)使用中心主氣槍或四周輔助氣槍，也可兩者同時(shí)使用，不但調(diào)節(jié)方便，且使燃燒器的負(fù)荷調(diào)節(jié)比增大，保證各種工況下燃燒器能穩(wěn)定運(yùn)行。該燃燒器與其它類型的燃燒器相比，具有操作彈性大、結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、燃燒完全、火焰剛直有力、火型集中、過?？諝庀禂?shù)低、能耗小、火道不結(jié)焦、噪聲小及易損件更換方便等特點(diǎn)。燃燒器采用高能點(diǎn)火裝置與點(diǎn)火槍結(jié)合的自動(dòng)點(diǎn)火裝置，并設(shè)有觀測火焰的觀火孔及火焰監(jiān)測器?；鹧姹O(jiān)測器有3個(gè)探頭，信號(hào)采用3選1，可有效防止儀表誤報(bào)。在正常生產(chǎn)過程中，煤粉干燥所需熱量是由熱風(fēng)爐提供，熱風(fēng)爐是磨煤系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備之一。熱風(fēng)爐的點(diǎn)火需要先將以LPG為燃料的點(diǎn)火槍點(diǎn)燃，通過點(diǎn)火槍將以馳放氣或合成氣為燃料的中心氣槍主燒嘴和環(huán)型輔助燒嘴引燃。而在磨煤干燥系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)全部由甲醇裝置產(chǎn)生的馳放氣作為燃料，不再摻燒合成氣。點(diǎn)火系統(tǒng)能否正常運(yùn)行直接影響熱風(fēng)爐的正常開車，進(jìn)而影響到磨煤干燥系統(tǒng)的運(yùn)行。由于點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致點(diǎn)火困難，甚至燒蝕點(diǎn)火槍頭。因此，需更換點(diǎn)火槍頭，會(huì)對(duì)生產(chǎn)及環(huán)保安全帶來壓力。同時(shí)，穩(wěn)焰器選用材質(zhì)不合理，經(jīng)長期燃燒后穩(wěn)焰器出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象，通過燃料氣量減少，不能大量使用馳放氣，為保證磨煤機(jī)出口溫度需要摻燒熱值較高的合成氣，進(jìn)而造成合成氣的浪費(fèi)，增大了后續(xù)產(chǎn)品的噸消耗合成氣量。
原點(diǎn)火系統(tǒng)由點(diǎn)火槍、高壓點(diǎn)火器和配套LPG管路組成。點(diǎn)火槍由點(diǎn)火槍桿和點(diǎn)火槍頭組成，點(diǎn)火槍桿全封閉設(shè)計(jì)，僅在點(diǎn)火槍頭部設(shè)有3個(gè)對(duì)稱小孔，點(diǎn)火時(shí)LPG從點(diǎn)火槍頭部噴出，靠自身壓力形成霧化效果。高壓點(diǎn)火器設(shè)置在點(diǎn)火槍后方靠下位置，熱風(fēng)爐點(diǎn)火時(shí)點(diǎn)火器產(chǎn)生的電弧可以將點(diǎn)火槍頭部霧化的LPG點(diǎn)燃。當(dāng)LPG純度較低或天氣寒冷時(shí)，導(dǎo)致LPG氣化不完全和帶液的情況，液體噴在點(diǎn)火器上，會(huì)使點(diǎn)火器不能正常工作導(dǎo)致熱風(fēng)爐一次點(diǎn)火成功率低。當(dāng)LPG中含有雜質(zhì)時(shí)，會(huì)使點(diǎn)火槍頭部LPG噴射孔堵塞甚至堵死，導(dǎo)致點(diǎn)火槍無法正常點(diǎn)火。熱風(fēng)爐正常燃燒時(shí)，點(diǎn)火槍頭由于靠近中心主氣槍和環(huán)型輔助燒嘴，長期暴露在高溫火焰下，沒有保護(hù)，因此出現(xiàn)點(diǎn)火槍燒損的情況。處理此類問題可通過現(xiàn)場拆卸點(diǎn)火槍，疏通LPG通道和通過現(xiàn)場導(dǎo)淋排放未氣化和含有雜質(zhì)的LPG、更換新的點(diǎn)火槍來解決。拆卸點(diǎn)火槍需要耗費(fèi)大量時(shí)間，對(duì)高負(fù)荷運(yùn)行的氣化爐生產(chǎn)極為不利，處理不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致氣化爐降負(fù)荷運(yùn)行。同時(shí)現(xiàn)場導(dǎo)淋排放LPG存在很大的安全隱患，LPG屬于易燃易爆物料，現(xiàn)場導(dǎo)淋排放容易誘發(fā)安全事故。熱風(fēng)爐正常運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)焰器可以將從中心主氣槍或環(huán)型輔助燒嘴噴出的火焰均勻的導(dǎo)入燃燒室，避免內(nèi)層耐火襯里直接受到高溫?zé)煔獾臎_刷，保證了熱風(fēng)爐出口工藝氣溫度更加均勻。但由于穩(wěn)焰器的材質(zhì)選用不合理，故熱風(fēng)爐長周期運(yùn)行效果不盡人意。鑒于上述情況，特別針對(duì)熱風(fēng)爐一次點(diǎn)火成功率較低，氣溫低時(shí)LPG氣化不徹底，LPG中夾帶雜質(zhì)堵塞噴射孔，穩(wěn)焰器易燒蝕損壞等情況重新優(yōu)化設(shè)計(jì)點(diǎn)火系統(tǒng)，提高一次點(diǎn)火成功率，延長熱風(fēng)爐運(yùn)行周期。熱風(fēng)爐點(diǎn)火系統(tǒng)優(yōu)化前如圖1所示。
3點(diǎn)火系統(tǒng)優(yōu)化方案的實(shí)施
（1）通過現(xiàn)場測量尺寸，將原點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火槍與高壓點(diǎn)火器分體設(shè)計(jì)，重新優(yōu)化設(shè)計(jì)為點(diǎn)火槍與高壓點(diǎn)火器一體式點(diǎn)火槍。（2）將高能點(diǎn)火器設(shè)置在一體式點(diǎn)火槍尾部，避免直接接觸液體而導(dǎo)致不能正常工作。（3）取消原點(diǎn)火槍頭部噴射孔，優(yōu)化設(shè)計(jì)成敞口式的點(diǎn)火槍。未氣化的LPG和雜質(zhì)都能通過敞口點(diǎn)火槍進(jìn)入熱風(fēng)爐爐膛，避免了點(diǎn)火槍堵塞以及現(xiàn)場導(dǎo)淋排放LPG。（4）LPG改為側(cè)面進(jìn)入點(diǎn)火槍體，在槍體上LPG入口前方增加一路工廠風(fēng)，用來霧化LPG、同時(shí)在熱風(fēng)爐運(yùn)行時(shí)可以單獨(dú)打開工廠風(fēng)來冷卻點(diǎn)火槍避免燒蝕。（5）拆除原碳鋼材質(zhì)穩(wěn)焰器，更換材質(zhì)為304不銹鋼重新安裝，提升耐燒性能。熱風(fēng)爐點(diǎn)火系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后如圖2所示。熱風(fēng)爐穩(wěn)焰器更換304不銹鋼材質(zhì)如圖3所示。
4性能提升及優(yōu)化方案實(shí)施后的效果
（1）通過優(yōu)化設(shè)計(jì)一體式點(diǎn)火裝置應(yīng)用，保證了一次點(diǎn)火成功。自改造以來，熱風(fēng)爐一次點(diǎn)火成功率達(dá)100%，未出現(xiàn)過一次因?yàn)辄c(diǎn)火系統(tǒng)不正常工作引起的磨煤系統(tǒng)無法開車。同時(shí)，由于加入了工廠風(fēng)冷卻保護(hù)，點(diǎn)火槍再也沒有出現(xiàn)過燒蝕情況。點(diǎn)火槍頭部敞口設(shè)計(jì)，從根本上杜絕了點(diǎn)火槍堵塞的問題，避免了現(xiàn)場導(dǎo)淋排放LPG，減少了安全事故隱患。為氣化爐滿負(fù)荷運(yùn)行系統(tǒng)提供了有力保障。（2）更換新材質(zhì)的304不銹鋼制作新的穩(wěn)焰器，極大提升了耐熱性，有效延長使用周期。保證了燃燒穩(wěn)定，磨煤機(jī)出口溫度穩(wěn)定。磨煤單元熱風(fēng)爐正常運(yùn)行時(shí)全部使用馳放氣，不再因?yàn)榉€(wěn)焰器燒蝕損壞而摻燒合成氣，減小了后續(xù)產(chǎn)品的噸消耗合成氣量。
5結(jié)語
通過對(duì)熱風(fēng)爐點(diǎn)火系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使磨煤系統(tǒng)的整體性能得到了較大的提升。設(shè)計(jì)新的一體式點(diǎn)火槍，解決了點(diǎn)火困難及點(diǎn)火槍燒蝕的情況，達(dá)到了預(yù)期的效果。同時(shí)，利用新的304不銹鋼材質(zhì)制作新的穩(wěn)焰罩，解決了穩(wěn)焰罩長時(shí)間運(yùn)行易燒蝕的情況，有效利用了馳放氣，減少了合成氣用量，增加了甲醇產(chǎn)量，帶來了直接經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)優(yōu)化前后產(chǎn)品日產(chǎn)量對(duì)比，使用304材質(zhì)穩(wěn)焰器完全不用摻燒合成氣，每天多產(chǎn)甲醇約10t，一個(gè)月多產(chǎn)甲醇約300t。為企業(yè)帶來了直接經(jīng)濟(jì)效益。
作者:楊澤龍 單位:河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工有限公司