国产浸没燃烧式气化器介绍及优化

2023-08-08董向锋曹珂宁吕文成

山西化工 2023年7期

董向锋，曹珂宁，董雷，吕文成

（陕西海山能源发展有限公司，陕西西安 710021）

1 浸没式燃烧气化器（SCV）气化工艺原理[1]

从外输管网来的NG 是SCV 的能量来源，NG 与高压鼓风机来的空气进行混合后在燃烧室进行燃烧，燃烧后的高温“烟气”在高压鼓风机给予的风压作用下进入水槽底部的热风管道，热风管道在水槽底部有多个小孔，高温“烟气”从热风管道的小孔鼓泡而出，与水槽内的水充分接触进行热交换，“烟气”经水降温后从烟囱排出。水槽内的水在循环泵的作用下不断循环，以保证水槽内的水水温均匀，防止局部高温损坏设备。

经过与高温“烟气”换热后的温水与水槽内细小的LNG 盘管进行热交换，LNG 气化为5 ℃左右的NG，然后出SCV 进行外输。

2 浸没式燃烧气化器（SCV）设备结构

浸没燃烧式气化器主要由高效换热管束、高压燃烧系统、高压鼓风机系统、pH 值控制系统、燃料气供应系统、水汽排放系统、空气管道、水浴槽、冷却循环水系统、电加热系统、整机PLC 控制系统等部分组成。气化介质、水、燃料气的进出口均采用法兰连接，设备本体设爬梯和围栏，风机配消音房、消音器，水浴槽配套2 根防爆电热管用于水浴池内水温恒定[2]。浸没式燃烧气化器结构图，如图1 所示。

图1 浸没式燃烧气化器结构图

3 SCV 工艺控制

3.1 燃烧器运行与水浴槽水温逻辑控制

燃烧器的运行控制由水浴槽内水温的上限以及水温的下限来进行自动控制。即水浴槽内的水温大于等于上限温度设定值时，燃烧器自动转为小火维持模式运行;水浴槽内的水温小于或等于下限温度设定值时，燃烧器自动启动大火模式运行，直至水浴槽内的水温加热至上限温度设定值时再次自动转为小火模式加热，如此循环自动运行[3]。

3.2 燃烧器的控制

燃烧器采用经过编程后的PLC 的逻辑进行控制，先使冷却炉内的循环水正常运行后即启动燃烧炉膛内部水份的吹扫程序，约吹扫5 min 使炉高压空气压走炉膛内的水分，达到高压空气使烟气支管有鼓泡现象后即开始点火，然后启动小剂量天然气的喷射（小火），燃烧小火是否是正常由火焰传感器进行自动检测和反馈信号，当火焰传感器发出信号正常，天然气经过1 个小延时即可通过控制进入大剂量天然气的喷射（大火），同时进空气的总阀及进燃料气的控制阀会自动打开相应角度或全开角度，此时燃烧显示正常，燃烧器投入全部燃烧加热状态。

燃烧器的自动加热输出的控制是根据水浴槽内水的温度进行上下限自动控制调节[4]。

运行结束后，燃烧器的关闭跟点燃的控制逻辑相反执行，直至吹扫结束炉膛，炉膛的冷却系统具有延时性，最后再实行关闭。

3.3 水浴槽体内的自动进水补给控制

水浴槽内自动补水电磁阀的运行控制由水位上限、水位下限进行自动控制。即实际水位大于或等于上限水位设定值时（一般低于溢流口10 cm 左右）电磁阀自动关闭，补水停止;当水浴槽内实际水位低于或等于下限水位设定值时电磁阀补水自动启动运行，直至补给至水位上限设定值时电磁阀自动关闭。

3.4 水浴槽内pH 值自动调整控制

SCV 的水浴槽内配置有pH 值测量传感器，pH值的中和控制根据水浴槽中水的变化，由控制系统打开或关闭电磁阀的开启时间来提供一定剂量的液体碱至水浴槽中充分混合，系统会实时际等于设定值时，统自动开启电磁阀运行：当实际PH 值低于或等于下限设定值时，电磁阀自动停止运行。当环境温度低于0 ℃时，应打开碱箱的电加热恒温系统，系统将自动恒温工作，保证碱液在一定的温度范围，从而避免造成碱液箱内结冰。

3.5 燃烧器自动供风系统

鼓风机的出口总管上配有风压变送器，通过风压传感器的实际测量值跟控制系统目标设值的不断对比，使变频器控制风机的频率（送风量）跟风压形成PID 闭环控制系统，从而保证了出风的恒压控制。

3.6 炉膛冷却水循环控制

为了让运行中的高温炉膛不易损坏，正常运行时热水循环泵从水浴槽内抽出的水连续进入炉膛夹层进行循环冷却，出水口设置了温度变送器，通过出水温度的实时测量值跟控制系统的目标设定值不断对比，使变频器的运行频率（冷却水流量）控制跟冷却水的出口温度跟形成PID 闭环控制系统，达到冷却水出口恒温控制的目的，从而保证了高温炉膛的冷却效果[5]。当出水达到水温设计值时系统会自动报警。

3.7 电加热防冻和辅助加热系统

设备本体上配置有电加热防冻保护自动加热装置，电加热功率为60 kW×2 组(一备-用)，此系统为手动开关控制，当冬季环境温度低于0 ℃设备停止气化使用时，即需人为开启电加热恒温防冻模式，控制系统自动将水浴槽内水的温度加热并自动控制在25～30 ℃之间（可根据实际需要调节），从而起到防止水在水浴槽中冻结[6]。

此加热系统也可作为SCV 备战应急加热，系统可以根据实际调峰需要先提前使水加热到一定温度，以便达到随时点火气化的目的，省去了点火工作后再加热水的时间。

3.8 循环水泵的启停控制

每台SCV 设置了二台热水循环泵，为一备一用设计。环境温度低于0 ℃，当SCV 装置调峰运行时循环水泵即首先自动工作;当SCV 调峰运行结束、需长期停机，则关闭循环泵系统。环境温度低于0 ℃期间水泵必须连续工作，否则容易造成水泵管路或水泵内部结冰，导致SCV 无法正常运行的情况发生[7]。

4 SCV 热源优化[8]

在现代工业生产中，一些化工企业都有一套冷却水循环系统。通常都是将水源通过冷却设备冷却后外排或者再次循环利用，水源在冷却过程中不仅造成生产成本的大幅升高，而且大量的热源白白浪费，如果能将这部分热源充分利用，不仅节约了生产成本，而且解决了耗能设备的热源问题，真正的达到节能降耗的目的。

在LNG 气化过程中恰恰需要大量热源，如果能将这部分热源引入浸没式燃烧气化器，大量的热源在SCV 内部与LNG 通过与细小的LNG 盘管进行换热，经过换热冷却的冷水出SCV 后可以再次被利用。SCV燃料气与高压空气混合燃烧产生的热源可以作为补充热源，如此降低了SCV 燃料气的用量、减少了烟气排放、降低了高压风机的功耗，实现节能降耗的同时满足工艺要求。