一种判定壳牌气化炉保护烧嘴罩泄露状况的新方法_苗路斌.pdf

一种判定壳牌气化炉 保护烧嘴罩泄露状况的新方法 苗路斌1, 温俊杰2, 郭志鹏1 1. 潞安煤基清洁能源有限责任公司; 2. 空气产品潞安长治有限公司, 山西 长治 046200 摘 要 针对壳牌气化炉烧嘴罩频繁泄漏导致气化炉停车的问题, 分析了传统靠经验判断 烧嘴罩泄漏问题的不足, 给出一种全新的依据热负荷计算来准确定量判断烧嘴泄漏的方法。 阐 述了基于水汽密度、 汽包小室蒸汽产量等可测量物理量来计算热负荷的方法, 通过比较实际热 负荷与标准热负荷的差值来表征烧嘴罩的泄漏量。 关键词 壳牌气化炉; 烧嘴罩; 泄漏; 热负荷 中图分类号 TQ545 文献标识码 A 文章编号 1005-8397202010-0057-03 收稿日期 2020-08-30 DOI 10. 16200/ j. cnki. 11-2627/ td. 2020. 10. 015 作者简介 苗路斌1985, 男, 山西长治人, 2007 年毕业于天津科技大学工业工程专业, 工学学士, 山西潞安煤基清洁能源有限责任 公司调度室主任, 工程师。 引用格式 苗路斌, 温俊杰, 郭志鹏. 一种判定壳牌气化炉保护烧嘴罩泄露状况的新方法 [J].煤炭加工与综合利用, 202010 57- 59. 1 准确判断烧嘴罩泄漏的重要性 在壳牌气化炉的运行过程中, 烧嘴罩的损坏 与泄漏是制约装置稳定长周期运行的重要因素之 一。 烧嘴罩的泄漏将直接影响气化炉燃烧区域的 偏移, 影响气化反应区域水/ 氧比, 最终将影响气 化炉的排渣系统, 形成大渣块, 导致破渣机油压 波动, 甚至导致渣口堵渣, 迫使气化炉停车。 烧 嘴罩的泄漏也会影响气化炉的排灰系统, 导致废 锅严重积灰, 废锅入口堵塞, 压差快速上升, 废 锅出口温度快速升高, 最终迫使气化炉停车。 烧 嘴罩泄漏还会导致烧嘴罩形成渣帘, 进而导致烧 嘴头损坏, 也会导致气化炉停车。 因此, 及时准 确判断烧嘴罩泄漏是保证气化炉稳定长周期运行 的先决条件之一。 截至目前, 没有任何一套壳牌 气化装置能定量判断烧嘴罩泄漏状况。 2 目前判断烧嘴罩泄漏的方法 2. 1 根据渣系统判断烧嘴罩泄漏 在煤种和气化炉运行工况都不变时, 如果渣 系统产生较大的渣块, 破渣机油压波动较大, 气 化炉炉温无征兆偏低, 渣水密度降低, 气化炉的 转化率提高, 在大量经验的基础上初步判断气化 炉水冷壁漏水, 但不能确定是烧嘴罩漏水, 更不 能确定泄漏量。 所以, 只能从宏观反应气化炉水 冷壁漏水, 调整的方向很局限, 更不能给工程技 术人员提供明确的调整方法。 2. 2 根据废锅换热效果判断烧嘴罩泄漏 在煤种和气化炉运行工况都不变时, 废锅入 口结垢剧烈加重, 入口压差快速上升, 甚至达到 报警值。 废锅出口温度快速上升, 表现出换热效 果明显降低。 根据此种情况, 同样也是靠经验判 断只是水冷壁漏水, 对操作和技术判断也没有很 大的帮助。 2.3 根据水汽平衡率来判断烧嘴罩泄漏的方法 上文已经明确提出, 烧嘴罩的泄漏将严重影 响到气化炉的稳定运行, 在第二代以后的壳牌气 化炉引入水汽平衡率的概念来判断烧嘴罩泄漏 状况 K F1 - F 2/ F1 1 式中 K 水汽平衡率; F1 进入气化炉水冷壁的水汽总流量, 75 煤炭加工与综合利用 No. 10, 2020 COAL PROCESSING F2 出气化炉水冷壁的水汽总流量, kg/ m3。 此方法能较好地权衡水汽系统的泄漏量, K 值越大, 表明气化炉水汽系统的泄漏量越 大。 首次从定量的角度分析了水汽系统的泄漏 量。 同样的问题, 不能准确表述该泄漏量是否为 烧嘴的泄漏量。 有可能全部是烧嘴罩的泄漏量, 也有可能部分是烧嘴罩的泄漏量, 还有可能都不 是烧嘴罩的泄漏量, 给工程技术人员的判断依然 造成疑惑。 3 通过热负荷的准确计算确定烧嘴罩泄漏状况 在额定的负荷, 同样的工况运行中, 6 个烧 嘴罩产生的热负荷相对稳定。 当烧嘴罩发生泄漏 时, 泄漏烧嘴罩周围易形成低温区、 烧嘴罩的前 方容易形成渣帘, 烧嘴罩表面容易覆盖渣层。 这 三种情况均可以导致烧嘴的热负荷快速下降。 所 以, 正常运行过程中, 烧嘴罩实际产生的热负荷 偏离额定值越大, 烧嘴罩泄漏越严重。 烧嘴罩热 负荷额定值可以从实际运行评估测到。 实际运行 瞬时值可以通过本文介绍的理论依据现场仪表计 算得到, 偏差值即可通过二者差值的绝对值得 到, 进而得到烧嘴罩热负荷的偏差率。 根据实际 运行状况, 偏差率 k 在 20之内认为是工况处于 良好状态, 随着 k 的增大, 烧嘴罩泄漏量增大, 工程技术人员将综合评估确定运行及调整方向。 k ΔJ JS 100 2 式中 k 烧嘴罩热负荷偏差率,; ΔJ | J-JS| ; JJ1 -J 2, MW; J 6 条烧嘴罩水冷壁所产生热负荷的实 际值, MW; JS 6 条烧嘴罩产生热负荷的额定值, MW; J1 气化炉炉膛水冷壁、 气化炉顶锥水 冷壁、 气化炉激冷锥水冷壁、 A2人 孔水冷壁、 6 条烧嘴罩水冷壁所产生 热负荷的总和, MW; J2 气化炉炉膛水冷壁、 气化炉顶锥水 冷壁、 气化炉激冷锥水冷壁、 A2人 孔水 冷 壁 所 产 生 热 负 荷 的 总 和, MW; ΔJ 烧嘴罩热负荷偏差值, MW。 3. 1 基于水汽密度理论对 J1计算的基本原理 J1 Fhout - h in Fhsatw xhsat s - h satw - hin 3 式中 J1 气化炉热负荷, MW; F 流经气化炉炉膛水冷壁的水量, 仪 表测量值, kg/ s; hout 气化炉炉膛水冷壁出口水焓值, kJ/ kg; hin 气化炉炉膛水冷壁入口水焓值, kJ/ kg; hsat w 饱和水的焓值, kJ/ kg; hsat s 过热水的焓值, kJ/ kg; x 比率系数,。 对 J1的详细计算过程可以参考王海贝等在 文献 [2] 中的详细论述。 3. 2 基于汽包小室蒸汽产量对 J2计算的基本 原理 J2 F 1 hsatsteam- hsatwater 0. 5 F2 hO 2out - h O2in 4 式中 hsatsteam 饱和蒸汽的焓值, hsatsteam F chart1 P1, kJ/ kg; hsatwater 饱 和 水 的 焓 值, hsatwater Fchart2or3P1, kJ/ kg; hO 2out 氧气预热器出口氧气的焓值, hO 2out F chart4T, kJ/ kg; hO 2in 氧气预热器入口氧气的焓值, hO 2in F chart49. 3 246. 4, kJ/ kg; F1 汽包小室的蒸汽产量, 仪表测量 值, kg/ s; F2 进入气化炉的氧气总量, 仪表测量 值, kg/ s; P 中压 汽 包 的 压 力, 仪 表 测 量 值, MPa; T 氧气预热器的出口温度, 仪表测量 值,℃; 9. 3 设计界区氧气的标准温度,℃, 如 85 煤炭加工与综合利用2020 年第 10 期 果发生变化, 可以根据 Fchart4得到; 0. 5 氧气预热器从汽包小室吸收热负 荷的比率; Fchart1 在 2 MPa 到 8 MPa 范围内, 饱 和蒸汽的焓值与压力的函数关系, kJ/ kg; Fchart2 在0. 5 MPa 到2 MPa 范围内, 饱 和水的焓值与压力的函数关系, kJ/ kg; Fchart3 在 2 MPa 到 8 MPa 范围内, 饱 和水的焓值与压力的函数关系, kJ/ kg; Fchart4 在-20 ℃到210 ℃范围内, 饱和水 的焓值与压力的函数关系, kJ/ kg。 以上函数关系是依托水的物态数据表及计算 机整合模拟得到, 在工程实践中已经得到广泛应 用, 见图 1图 4。 图 1 饱和蒸汽的焓与压力的函数关系Fchart1 图 2 饱和水的焓与压力的函数关系 压力 0. 52 MPa, Fchart2 图 3 饱和水的焓与压力的函数关系 压力 28 MPa, Fchart3 图 4 氧气的焓与温度的函数关系Fchart4 4 结 语 通过计算、 表征热负荷的方法, 系统阐述了 定量分析烧嘴泄漏状况的方法。 解决了已往通过 经验与间接观察的方法来判断烧嘴罩泄漏不准确 的问题, 为工程技术人员定量分析烧嘴罩泄漏提 供指导。 运用于实践生产后, 能有效的指导工程 技术人员对恶性工况的评估与调整, 为生产运行 的评估与调整提供及时、 准确科学的依据。 能有 效的延长烧嘴罩的使用寿命及气化炉的运行周期。 参考文献 [1] 温俊杰, 李永东. 壳牌气化炉饱和蒸汽产量和水汽密度 相互校验模型及在炉温控制中的应用 [ J]. 煤炭加工与 综合利用, 20207 68-70. [2] 王海贝, 郭志鹏, 温俊杰.热负荷在壳牌气化炉炉温控 制中的应用 [J] 煤化工, 2019, 476 12-15. [3] 方再标, 金 斌, 韩 攀. Shell 粉煤气化炉炉温控制方 案的探讨 [J]. 大氮肥, 2011, 343 176-178. [4] 宋金荣, 李 强, 孟西磊. Shell 粉煤气化炉温度控制策 略研究 [J]. 河南化工, 2017, 3411 7-11. 95 2020 年第 10 期苗路斌, 等 一种判定壳牌气化炉保护烧嘴罩泄露状况的新方法