關于殼牌氣化爐開工燒嘴點火故障分析及預防措施研究

李 穎

（晉能控股裝備集團廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037001）

殼牌氣化爐，在其較高的實用價值下，我國早在1997 年便開始陸續(xù)引進，單臺氣化爐的投煤能力能達到每日2 000 t，其產(chǎn)品合成氣可以被充分利用。目前從投產(chǎn)的氣化爐運行看，盡管設計理念促進了該設備的運行效果，但是受到多方面問題的影響，實際運行穩(wěn)定性較差，例如有大渣塊易堵管、鎖斗開關閥卡死、開工燒嘴易燒壞和激冷器壓縮機故障頻繁等問題，影響該設備的正常運行。本文分析開工燒嘴點火故障類型，對其故障原因和預防措施進行探討，降低事故發(fā)生概率。

1 殼牌氣化爐點火系統(tǒng)設計及開工燒嘴結構

1.1 殼牌氣化爐點火系統(tǒng)設計

結合氣化工藝需求，在進行煤粉投入時需要確保氣化爐中的燒嘴燃燒煙氣、高壓氮氣沖壓到1 MPa 左右，在高密度和高壓力的惰性環(huán)境中，會提高氣化爐的點火難度。結合殼牌氣化爐獨有的設計理念，在點火系統(tǒng)中的設計較為復雜，與常規(guī)火電負壓燃燒的煤鍋爐比較，共設計了三級點火，并對粉煤燒嘴、開工燒嘴和點火燒嘴進行了設置，用來降低高濃度氮氣跟高壓環(huán)境對點火的影響，其中點火燒嘴、開工燒嘴與氣化爐界面的平面關系可以參考圖1[1]。

圖1 點火、開工燒嘴和氣化爐界面的平面示意

1.2 殼牌氣化爐開工燒嘴結構

殼牌氣化爐中的燒嘴共設有6 個，具體參數(shù)可以參考表1。針對氣化爐開工燒嘴而言，主要在開工階段未氣化爐進行升溫升壓，其關鍵部位燒嘴頭主要由水夾套和銅頭組成。具體而言：在開工燒嘴中，冷卻水進入燒嘴頭后會分為兩股，分別用來冷卻銅頭和水夾套；銅頭內有12 個柴油通道，直徑1 mm；銅頭會和水夾套形成環(huán)形空間，能作為有氧通道且空間尾部是氧氣與柴油的混合區(qū)[2]。

表1 殼牌氣化爐中的燒嘴參數(shù)

2 開工燒嘴常見的故障種類分析

2.1 氧氣和油的供應在點火時不同步

在進行開工點火時，要確保油跟氧氣同時到達燒嘴噴頭處，便于提高點火的成功概率。結合實際的開工點火工作看，氧氣往往要比柴油先到噴頭，容易使銅頭在高溫中融化。結合氧氣、柴油同時到達燒嘴噴頭的需求，可以利用柴油先到、氧氣后到的方法，避免銅頭損壞，不過要注重柴油的停留時間，避免造成安全問題。為此，需要結合試驗數(shù)據(jù)了解柴油和氧氣的到達時間，同時將測量的數(shù)據(jù)輸入到DCS 控制程序中，不過在實際數(shù)據(jù)的應用中，受到測量誤差的影響，容易出現(xiàn)氧氣比柴油先到達燒嘴噴頭處的現(xiàn)象，需要不斷降低在時間測量中的誤差，提高點火的安全性[3]。

2.2 控制閥門的邏輯性較差

開工燒嘴系統(tǒng)的工藝流程圖可以參考下頁圖2，當進行開工燒嘴時，氧氣開關閥（13XV0023）和柴油開關閥（13XV0024）均處于全開狀態(tài)，同時氧管線吹掃閥（13XY0027）和油管線吹掃閥（13XV0025、13XV0026）均處于關閉狀態(tài)。當開工燒嘴正常退出時，在DCS 執(zhí)行順控程序作用下，會先開啟13XV0025、13XV0026 和13XY0027，實現(xiàn)高壓吹掃氮氣先補進氧油管線，隨后會關閉13XV0023、13XV0024，實現(xiàn)對氧氣和柴油的切斷，防止燒嘴退出時燒嘴內的油和氧會被爐膛的高背壓回頂，進而出現(xiàn)回火現(xiàn)象燒壞燒嘴。

圖2 開工燒嘴系統(tǒng)的工藝流程圖

2.3 火檢延時信號未合理設置

在殼牌氣化爐中設置了火焰檢測裝置，能實現(xiàn)對點火成功、失敗的檢測，進而為保護燒嘴、促進粉煤燒嘴的正常運行打下了基礎。其原理是通過紫外線對火焰強度進行感知，在電離信號出現(xiàn)變化后，裝置會將信號傳送到DCS 中，當開啟氧氣閥門一段時間后進行火焰信號檢測時，為檢測到火焰需要立刻進行跳車操作，完成對燒嘴的保護。不過在燒嘴剛被點燃時，因為氧油混合燃燒時不具備高穩(wěn)定性，火焰強度不高，需要對延時時間進行科學設置，避免出現(xiàn)跳車和誤車現(xiàn)象，若不能結合實際情況確定具體的延時時間下，便無法確保燒嘴的質量。

2.4 柴油管道內部壓力失穩(wěn)

一般殼牌氣化爐的柴油泵會設置0 m，且多使用往復泵工作，存在揚距大和出口壓力失穩(wěn)的問題，需要通過及時引入柴油緩沖罐，對柴油管線內部的壓力進行調整和緩沖，降低因為柴油管道油壓失穩(wěn)而造成跳車問題。另外，當開工燒嘴被安裝在43 層時，也會因為在和緩沖罐距離過大、落差較高下，對壓力的調節(jié)效果產(chǎn)生影響，在有氧油超過限制時出現(xiàn)跳車問題。

3 開工燒嘴點火故障的預防措施

3.1 安裝階段

在進行燒嘴安裝前，必須結合規(guī)定做好試驗工作，基本有柴油管線充氮模擬、燒嘴噴頭霧化和氧氣管線充氮模擬等試驗，同時也需要做好對應的測定工作，例如柴油流量控制閥的預設開度、相關閥門帶壓開關時間、氧氣閥門延遲時間、氧氣（高壓氮氣替代）與柴油（高壓水替代）到達開工燒嘴頭部的時間、壓力調節(jié)閥的預設開度和燒嘴順控程序的合理性等方面，在做好安裝前的工作并有效獲得精確數(shù)據(jù)后，降低點火故障率。

3.2 調試階段

需要注重以下幾個方面：第一，要求結合設備安裝說明書進行設備安裝，在設備開箱后需要對設備型號、顏色、尺寸等方面進行確定，確保設備安裝的有效性；第二，需要在安裝調試中有專業(yè)人員進行指導，提高安裝質量，例如開工燒嘴的插入位置需要做好控制，離氣化爐水冷壁太遠會分散燃燒火焰，無法充分點燃粉煤燒嘴，太近則會燒壞水冷壁；第三，在調試中，結合以往首次開車中燒嘴銅頭易損壞的問題，需要提前配備多個銅頭供調試使用。

3.3 運行階段

在運行階段，為了降低開工燒嘴點火故障，需要做好以下幾點工作：第一，為了避免純氧點火對燒嘴產(chǎn)生損壞，需要在點火中加入適量高壓氮氣，這樣可以降低純氧的純度，使其變?yōu)楦谎觞c火；第二，在進行開工燒嘴點燃后，需要將氣化爐的壓力控制在1.2 MPa 以下，避免在開工燒嘴背壓大、火焰不穩(wěn)下出現(xiàn)跳車問題；第三，開工燒嘴的燃燒時間要嚴格控制，不能過長避免燒嘴頭在長期高溫下受損。

3.4 維護階段

為了有效處理殼牌氣化爐開工燒嘴點火的故障，需要積極做好維護工作，具體可以參考表2。

表2 殼牌氣化爐的維護工作

4 結語

綜上所述，結合殼牌氣化爐的運行價值，需要相關企業(yè)重視在點火過程中出現(xiàn)的故障問題，有效降低開工燒嘴的點火故障率后，提高設備的運行質量與效率，滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要。結合目前出現(xiàn)的問題，有點火時氧氣與油的供應不同步問題、控制閥門邏輯性差問題、火檢延時信號未合理設置問題和柴油管道內部壓力不穩(wěn)定問題等方面，需要企業(yè)在了解設備的實際故障原因后，通過安裝階段、調試階段、運行階段和維護階段等方面工作，不斷降低開工點火的故障率，滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要。