熱風爐點火系統(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爐的長周期運行性能，提高熱風爐一次點火成功率，介紹了shell氣化裝置配套磨煤干燥工藝；熱風爐及點火系統(tǒng)運行的情況和存在的問題。通過重新設(shè)計優(yōu)化點火系統(tǒng)，采用一體化高能點火裝置；更換穩(wěn)焰器材質(zhì)，徹底解決了熱風爐一次點火成功率低、高壓點火器易故障、穩(wěn)焰器易燒蝕、熱風爐運行周期短等難題。結(jié)果表明：熱風爐點火系統(tǒng)經(jīng)重新優(yōu)化設(shè)計后，熱風爐一次點火成功率提高至100%，熱風爐長周期運行期間燃燒穩(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)濟效益。
關(guān)鍵詞：熱風爐；運行性能提升；點火系統(tǒng)優(yōu)化；一體化點火裝置；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，即A、B兩條磨煤干燥生產(chǎn)線。正常生產(chǎn)時兩套磨煤系統(tǒng)同時運行，能滿足氣化爐滿負荷運行所需粉煤。設(shè)計煤種日投煤量為2850t。單套磨煤裝置運行最大出力為95.8t/h，其中螺旋粉煤輸送機X1104A、B為正反轉(zhuǎn)設(shè)計，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)運行可供給氣化爐80%的負荷運行。磨煤干燥系統(tǒng)由磨煤機、稱重給煤機、熱風爐、循環(huán)風機、助燃風機、粉煤袋式過濾器、旋轉(zhuǎn)給料機和螺旋輸送機等設(shè)備組成。正常生產(chǎn)時原料煤從煤儲運通過輸煤皮儲存在U1100原煤倉（V1101A、B）內(nèi)，原料煤通過重力式稱重給煤機（X1101A、B）經(jīng)落煤管進入磨煤機（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X1109A、B進入X1101A、B的出口，與原料煤一起進入磨煤機）。原料煤在磨煤機微負壓和被熱風爐（F1101A、B）加熱的惰性氣體環(huán)境中研磨干燥，粉煤粒度由磨煤機出口旋風分離器（S1102A、B）轉(zhuǎn)速、循環(huán)風機（K1102A、B）風量及磨煤機磨輥加載力3個變量調(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)風機（K1102A、B）輸送到粉煤袋式過濾器（S1103A、B）進行氣粉分離，分離出的粉煤經(jīng)粉煤旋轉(zhuǎn)給料機（X1105A、B、C、D、E、F、G和H）進入到煤粉螺旋輸送機（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（X1104A、B）選擇進入U12002個粉煤儲罐（V1201A、B）中。
1熱風爐及點火系統(tǒng)運行情況
熱風爐F1101A、B結(jié)構(gòu)形式為臥式圓筒爐，每臺熱風爐由外爐體、內(nèi)爐體、燃燒器、溫度計、壓力計及人孔等部件組成，爐體全部密封設(shè)計，正壓操作?，F(xiàn)場控制系統(tǒng)操作盤位于熱風爐旁。燃燒器采用1個中心氣槍主燒嘴+環(huán)型輔助燒嘴的方案，熱風爐燃燒器主要部件包括調(diào)風器、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)越性在于既可單獨使用中心主氣槍或四周輔助氣槍，也可兩者同時使用，不但調(diào)節(jié)方便，且使燃燒器的負荷調(diào)節(jié)比增大，保證各種工況下燃燒器能穩(wěn)定運行。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。燃燒器采用高能點火裝置與點火槍結(jié)合的自動點火裝置，并設(shè)有觀測火焰的觀火孔及火焰監(jiān)測器。火焰監(jiān)測器有3個探頭，信號采用3選1，可有效防止儀表誤報。在正常生產(chǎn)過程中，煤粉干燥所需熱量是由熱風爐提供，熱風爐是磨煤系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備之一。熱風爐的點火需要先將以LPG為燃料的點火槍點燃，通過點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)正常運行時全部由甲醇裝置產(chǎn)生的馳放氣作為燃料，不再摻燒合成氣。點火系統(tǒng)能否正常運行直接影響熱風爐的正常開車，進而影響到磨煤干燥系統(tǒng)的運行。由于點火系統(tǒng)設(shè)計不合理，導致點火困難，甚至燒蝕點火槍頭。因此，需更換點火槍頭，會對生產(chǎn)及環(huán)保安全帶來壓力。同時，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，為保證磨煤機出口溫度需要摻燒熱值較高的合成氣，進而造成合成氣的浪費，增大了后續(xù)產(chǎn)品的噸消耗合成氣量。
原點火系統(tǒng)由點火槍、高壓點火器和配套LPG管路組成。點火槍由點火槍桿和點火槍頭組成，點火槍桿全封閉設(shè)計，僅在點火槍頭部設(shè)有3個對稱小孔，點火時LPG從點火槍頭部噴出，靠自身壓力形成霧化效果。高壓點火器設(shè)置在點火槍后方靠下位置，熱風爐點火時點火器產(chǎn)生的電弧可以將點火槍頭部霧化的LPG點燃。當LPG純度較低或天氣寒冷時，導致LPG氣化不完全和帶液的情況，液體噴在點火器上，會使點火器不能正常工作導致熱風爐一次點火成功率低。當LPG中含有雜質(zhì)時，會使點火槍頭部LPG噴射孔堵塞甚至堵死，導致點火槍無法正常點火。熱風爐正常燃燒時，點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，因此出現(xiàn)點火槍燒損的情況。處理此類問題可通過現(xiàn)場拆卸點火槍，疏通LPG通道和通過現(xiàn)場導淋排放未氣化和含有雜質(zhì)的LPG、更換新的點火槍來解決。拆卸點火槍需要耗費大量時間，對高負荷運行的氣化爐生產(chǎn)極為不利，處理不當將會導致氣化爐降負荷運行。同時現(xiàn)場導淋排放LPG存在很大的安全隱患，LPG屬于易燃易爆物料，現(xiàn)場導淋排放容易誘發(fā)安全事故。熱風爐正常運行時，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入燃燒室，避免內(nèi)層耐火襯里直接受到高溫煙氣的沖刷，保證了熱風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，故熱風爐長周期運行效果不盡人意。鑒于上述情況，特別針對熱風爐一次點火成功率較低，氣溫低時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)計點火系統(tǒng)，提高一次點火成功率，延長熱風爐運行周期。熱風爐點火系統(tǒng)優(yōu)化前如圖1所示。
3點火系統(tǒng)優(yōu)化方案的實施
（1）通過現(xiàn)場測量尺寸，將原點火系統(tǒng)點火槍與高壓點火器分體設(shè)計，重新優(yōu)化設(shè)計為點火槍與高壓點火器一體式點火槍。（2）將高能點火器設(shè)置在一體式點火槍尾部，避免直接接觸液體而導致不能正常工作。（3）取消原點火槍頭部噴射孔，優(yōu)化設(shè)計成敞口式的點火槍。未氣化的LPG和雜質(zhì)都能通過敞口點火槍進入熱風爐爐膛，避免了點火槍堵塞以及現(xiàn)場導淋排放LPG。（4）LPG改為側(cè)面進入點火槍體，在槍體上LPG入口前方增加一路工廠風，用來霧化LPG、同時在熱風爐運行時可以單獨打開工廠風來冷卻點火槍避免燒蝕。（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。熱風爐點火系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計后如圖2所示。熱風爐穩(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)化方案實施后的效果
（1）通過優(yōu)化設(shè)計一體式點火裝置應用，保證了一次點火成功。自改造以來，熱風爐一次點火成功率達100%，未出現(xiàn)過一次因為點火系統(tǒng)不正常工作引起的磨煤系統(tǒng)無法開車。同時，由于加入了工廠風冷卻保護，點火槍再也沒有出現(xiàn)過燒蝕情況。點火槍頭部敞口設(shè)計，從根本上杜絕了點火槍堵塞的問題，避免了現(xiàn)場導淋排放LPG，減少了安全事故隱患。為氣化爐滿負荷運行系統(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，磨煤機出口溫度穩(wěn)定。磨煤單元熱風爐正常運行時全部使用馳放氣，不再因為穩(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
通過對熱風爐點火系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，使磨煤系統(tǒng)的整體性能得到了較大的提升。設(shè)計新的一體式點火槍，解決了點火困難及點火槍燒蝕的情況，達到了預期的效果。同時，利用新的304不銹鋼材質(zhì)制作新的穩(wěn)焰罩，解決了穩(wěn)焰罩長時間運行易燒蝕的情況，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)濟效益。根據(jù)優(yōu)化前后產(chǎn)品日產(chǎn)量對比，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，一個月多產(chǎn)甲醇約300t。為企業(yè)帶來了直接經(jīng)濟效益。
作者:楊澤龍 單位:河南能源化工集團鶴壁煤化工有限公司