粉煤气化炉断煤的原因分析及处理措施

徐庆磊，张明臣

（山东润银生物化工股份有限公司，山东东平 271500）

粉煤加压气化技术是目前较为先进的煤气化技术，生产中干煤粉经加压后送入气化炉，与氧气、水蒸气进行不完全燃烧而得到主要成分为CO和H2的粗合成气［1］。其中，入炉粉煤是由粉煤给料罐加压后由粉煤管线送入气化炉内的，一旦断煤，将造成气化炉过氧，导致爆炸等重大事故发生。因此，粉煤输送是否稳定决定着气化炉炉况是否稳定，也决定着整个装置能否安全、高效运行。以下以航天炉为例，对粉煤气化炉断煤的现象、原因及处理措施等进行论述。

1 粉煤输送系统简介

粉煤加压及输送单元主要包含粉煤贮罐、粉煤锁斗、粉煤给料罐3台设备。其中，粉煤贮罐接收来自磨煤系统的粉煤（粒径≤90μm的占比90%，粒径≤5μm的占比≤10%），通过重力作用将粉煤贮罐中的粉煤放入粉煤锁斗；粉煤锁斗经过加压之后与粉煤给料罐连通，锁斗中的粉煤在重力作用下放入粉煤给料罐；粉煤给料罐下部有3个充气锥，每个充气锥直接与粉煤管线相连，通过与气化炉的正压差作用将给料罐中的粉煤源源不断地输送到气化炉内，与氧气和蒸汽发生气化反应。如果生产过程中粉煤输送出现中断而氧气依然进入气化炉内，会造成气化炉过氧，导致爆炸等严重事故发生。

2 气化炉断煤的现象及后果

（1）粉煤流量计测量煤粉流量逐渐降低并降为零。航天炉一般采用的是德国SWR微波流量计，通过在测量管中产生一个高频、交流、均匀的电磁场来测量同体物料通过管道截面的平均流速和浓度，从而计算出固体物料在管道中的流速、浓度、质量流量，并且输出对应上述测量值的3路独立的4～20 mA电流信号，再根据流量计算公式（质量流量＝密度×流速×截面积）计算出粉煤流量。多年的运行实践表明，由于流量、密度、流速的测量为一体化仪表，测量精度高［2］，因此SWR流量计在粉煤流量计量上相对精确，当煤粉流量出现波动时，单条管线上2个煤粉流量计会同步波动，进一步为生产人员提供操作依据；当气化炉出现断煤情况时，粉煤流量计上测量的煤粉流量会逐渐降低并降为零。

（2）气化炉炉温升高。当气化炉投氧量没有变化而气化炉出现断煤情况时，随着入炉煤量的减少，气化炉内部氧煤比逐步升高，气化炉燃烧状况逐渐由不充分燃烧转变成充分燃烧甚至过氧燃烧，导致气化炉内部温度大幅上升（气化炉炉膛插入式和埋入式温度点可以检测到），如果不及时进行氧量调整或停炉，插入式温度点温度可超过1 000℃，埋入式温度点温度可超过600℃，对气化炉的安全运行构成极大威胁。

（3）汽包盘管水密度降低，副产蒸汽量增大，蒸汽外送阀开度变大。当气化炉投氧量没有变化而气化炉出现断煤情况时，由于气化炉炉温大幅升高，气化炉燃烧室水冷壁盘管接收的热辐射负荷增大，气化炉盘管水密度（尤其是主盘管）会大幅下降（由正常值850 kg／m3左右降至750 kg／m3左右），随之汽包产蒸汽量大幅增加，蒸汽外送阀开度随之变大。

（4）触发氧煤比大联锁，气化炉联锁停车。当气化炉氧煤比联锁投运时，如果气化炉出现断煤情况，随着入炉粉煤流量的逐渐降低，氧煤比逐步升高，当氧煤比超过联锁停车值1.1时，会触发气化炉大联锁，导致气化炉联锁停车。

3 气化炉断煤的原因

3.1 粉煤给料罐空罐

粉煤给料罐的料位计使用的是放射性料位计，放射性料位计通过射线来测量料位，是利用同位素放射原理通过检测射线衰减的程度来进行料位测量的，又称作核辐射料位计［3］。当同位素计算偏低或射线衰减造成粉煤给料罐料位计16LISX105指示不准确，且粉煤给料罐低低料位开关16LIZAX104失灵时，会导致粉煤给料罐空罐，进而造成粉煤管线断煤。

3.2 粉煤管线泄漏

当运行中的单条粉煤管线发生泄漏时，会造成入气化炉的粉煤量减少或断煤。而据粉煤管线泄漏的具体位置和现象的不同，可以分为如下3类：泄漏发生在粉煤给料罐至粉煤管线第一个流量计（17FIYAX101）之间，粉煤管线上2个流量计均会检测到粉煤流量出现下降；泄漏发生在第一个流量计（17FIYAX101）与第二个流量计（17FIYAX105）之间，这种情况下第一个流量计检测到的粉煤流量不会有波动，第二个流量计会检测到粉煤流量下降；泄漏发生在第二个流量计（17FIYAX105）到烧嘴之间，这种情况下2个流量计均不会检测到粉煤流量下降。以上任何一个位置发生粉煤管线泄漏，且发现较晚，都可能导致泄漏粉煤着火或气化炉高温煤气泄漏着火事故，这种危害是灾难性的。

3.3 粉煤管线气阻

粉煤管线输送氮气阀门（17XVX102）开度过大，导致氮气进入粉煤加料器过多，形成气阻，会使粉煤给料罐内的粉煤无法下落而断煤。

3.4 粉煤给料罐充气锥堵塞或输煤管线不通

当粉煤给料罐充气锥堵塞或输煤管线不通时，均有可能造成粉煤管线断煤。粉煤给料罐充气锥堵塞或输煤管线不通有以下几种：①充气锥底部出料口直径较小，当粉煤水分高、温度低时，易造成粉煤板结堵塞锥底出料口；② 粉煤锁斗原设计的笛管、充气锥、管道充气器通气孔采用烧结金属或不锈钢丝网材料，每次对锁斗充压时，通入的高速气体易对多孔元件造成瞬间冲击，由于强度和韧性的限制，高压环境中孔型不稳定，过滤性能变差，在频繁地充泄压中，较大的差压造成金属丝网材料损坏，笛管、充气锥、管道充气器金属丝网脱落的碎片极易造成粉煤给料罐底锥以及粉煤角阀卡涩，影响气化炉粉煤给料，造成气化炉偏烧甚至停车［4］；③ 粉煤管线上切断阀或调节阀由于仪表故障关闭。

4 气化炉断煤的预防及处理措施

针对不同的断煤原因，可以采取相应的预防措施。就上文提到的4种断煤原因，提出以下不同的预防及处理措施。

4.1 粉煤给料罐料位计不准的预防及处理

若预判粉煤给料罐料位计不准，可以采取观察粉煤锁斗向粉煤给料罐（V1603）放料之后粉煤给料罐顶部温度测点是否呈现周期性变化来进行判断。粉煤给料罐接收粉煤锁斗粉煤前，粉煤给料罐顶部温度测点（16TIX103）可以达到105～110℃，随着粉煤锁斗往粉煤给料罐放料，由于粉煤温度较粉煤给料罐温度低，粉煤给料罐顶部温度测点（16TIX103）会降至95～100℃，如果粉煤锁斗没有严重架桥，粉煤给料罐顶部温度会随粉煤锁斗的收放料呈规律性波动；但如果粉煤锁斗下料不平稳、放料不畅或架桥频繁，那么给料罐顶部温度便不会呈现周期性波动。此时应尽快联系专业人员对放射性料位计进行检测维修，确保装置的安全、稳定运行。

4.2 粉煤管线泄漏的预防及处理

粉煤管线泄漏分为法兰口泄漏和粉煤管线磨损泄漏。对于粉煤管线法兰口的泄漏，应注意密封O型圈的选型，不能太细，否则起不到密封的作用，也不能过粗，一压就发生损坏（一些厂家原始开车时，由于粉煤管线O型圈选型与配对法兰不匹配，进行过多次更换）。对于粉煤管线的磨损泄漏，应定期对易磨损部位进行测厚，并记录存档，减薄到一定程度时进行更换。

4.3 粉煤管线气阻的预防及处理

注意粉煤管线输送氮气阀门（17XVX102）开度不要过大，粉煤流速调整时操作不要过快。

4.4 粉煤给料罐充气锥堵塞或输煤管线不通的预防及处理

（1）控制磨煤机出口粉煤温度在95～105℃，防止粉煤温度过低造成板结，进而堵塞输送管线。

（2）对粉煤锁斗笛管、充气锥、管道充气器进行改造，防止频繁充泄压造成烧结金属或不锈钢丝网过滤板损坏，进而导致粉煤给料罐充气锥或粉煤角阀堵塞。

（3）给粉煤锁斗顶部S1602和粉煤给料罐顶部S1604烧结金属过滤器底部加筛孔挡板，以避免滤芯损坏后掉入粉煤给料罐中而堵塞充气锥或粉煤角阀。

（4）对粉煤管线上仪表切断阀及粉煤输送调节阀仪表气源管线进行紧固，防止其丝头松开导致阀门关闭。

（5）加固粉煤管线，防止振动过大导致粉煤管线连接螺栓断裂和管线上气动阀门出现故障。

5 结束语

正常生产中，首先要确保粉煤流量计计量准确、气化炉氧煤比稳定，以防粉煤管线断煤造成气化炉过氧，导致爆炸等重大事故的发生；其次，气化装置管控人员要认真梳理操作数据，积累操作经验，改进设备检修方法，对粉煤管线做到定期测厚、定期更换，通过规范化管理避免粉煤管线断煤事故的发生，以确保粉煤气化炉的长周期、稳定运行。