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多喷嘴气化炉开工分体式电磁流量计问题及优化

时间: 2019-11-02        
摘 要: 针对多喷嘴气化炉开工分体式电磁流量计使用时遇到的气化炉排水流量波动大、气化炉开工管线堵塞和气化炉黑水出口管线垢片冲洗困难等问题进行分析,结合多喷嘴工艺流程特点,制定了一系列技术改造和优化措施,消除了气化炉排水流量不稳定问题,简化了气化炉开工分体式电磁流量计堵塞的处理操作,减轻了黑水切换过程的劳动量,取得了较好的实用效果。
 
    多喷嘴对置式水煤浆气化工艺是具有我国自主知识产权的国产化技术,其工艺先进、技术成熟、自动化程度高,正常生产运行时劳动量较小,劳动输出主要集中在开停车过程中。开工管线是气化装置实现由停到开和由开到停的转换纽带,长周期运行后开工管线容易堵塞,疏通困难,频繁影响激冷水的正常供应和抽拔烧嘴等工作的进行。因此,优化开工管线的使用、清理和疏通操作显得尤为重要[1-2]。
 
    1 系统水循环流程介绍
    1. 1 预热水循环流程
    预热水循环流程见图 1。

气化炉烘炉时,保护激冷环和下降管的洗涤冷却水由预热水泵提供,流程为用新鲜水或低压灰水建立渣池液位,由预热水泵加压送入激冷水管线,经洗涤冷却水调节阀调节流量和过滤器滤除杂质,进入激冷环分布水流,在下降管内壁形成均匀厚度的保护液膜,延下降管进入激冷室,再由预热水封槽溢流回渣池,预热水封槽内设有可移动挡板,通过调节挡板高度控制激冷室液位,激冷室液位不可淹没下降管底部,避免烘炉出现回火和熄火事故。
 
    1. 2 开工水循环流程
    开工水循环流程见图 2。

 


预热水流量低,正常生产时不足以保护激冷环、下降管和转移出系统内灰渣,气化炉投料前需要切换为开工水循环流程。通过新鲜水建立灰水槽液位,经低压灰水泵加压建立高温热水储罐液位,经高温热水泵加压送入水洗塔建立水洗塔液位,水洗塔内小部分水从底部排出经开工管线直接溢流进沉降槽,大部分水由洗涤冷却水泵加压,一路送入旋风分离器建立液位,并从锥底经开工管线溢流至沉降槽,一路经黑水过滤器过滤杂质后,经激冷环、下降管和激冷室进入真空闪蒸罐,由沉降槽给料泵加压送入沉降槽,沉降槽溢流后回到灰水槽,构成开工水循环。
 
    1. 3 系统大循环流程
    系统大循环流程见图 3。

 
正常生产时,激冷水不仅用来保护激冷环和下降管,更是灰渣和热量转移的载体,高温水煤气与激冷水进行热质交换,激冷室内固化破碎得到的灰渣大部分进入锁斗间歇式排出系统,少部分进入激冷水中形成黑水[3-4]。高温高压的黑水必须经减压降温至 100 ℃以下后才能进入常压的沉降槽系统,气化炉投料后,系统压力升高至 1. 0 MPa 后,需关闭黑水切换双阀,将开工管线与高压管线隔离,将气化炉、旋风分离器和水洗塔的黑水切往闪蒸系统,先后经蒸发热水塔、低压闪蒸罐和真空闪蒸罐三级闪蒸降至常温后,送入沉降槽。
 
    2 开工分体式电磁流量计使用时存在的问题
    2. 1 气化炉排水流量波动
    当预热水循环切换为开工水循环后,气化炉排水流量频繁大幅波动,最大排水体积流量超过流量计的最大量程 250 m3 /h,最小排水体积流量降至0 m3 /h,气化炉液位随之波动,频繁封住下降管,使炉内真空度降低,出现回火事故烧坏预热烧嘴和火焰检测器,并影响耐火砖正常升温,延迟投料时间。分析认为造成气化炉排水波动的主要原因是气化炉黑水开工管线施工布局不合理,黑水出口管线上安装有 8 个弯头,开工管线安装有 9 个弯头,预热水循环切换为系统水循环后气化炉排水管线共计经过 17 个弯头才能到达沉降槽进水总管,每经过 1 个弯头,水的动能减小 1 次,经过层层消减动能降为0 J,气化炉不能排水,液位开始升高,当液位升高势能增大到一定值时,势能转化为动能,排水流量迅速增大,当管线出水大于进水时在管道内形成真空,管道内水无法排出,体积流量再次降至0 m3 /h,如此循环往复便形成了气化炉排水流量的周期波动。
 
    2. 2 气化炉黑水开工管线堵塞
    2. 2. 1 黑水切换双阀前弯头堵渣
    正常运行时,气化炉黑水虽不经过开工管线,但黑水中含有一定浓度的灰渣,这些细灰容易在黑水切换双阀前弯头处积累。当气化炉停车后,系统压力降至 1. 0 MPa 时,气化炉、水洗塔和旋风分离器内的黑水不足以完全排入蒸发热水塔,液位出现上升时,必须打开黑水切换双阀将气化炉排水切往开工管线。由于灰渣堵塞,气化炉内激冷水不能及时排出,造成气化炉液位上升,影响气化炉内负压的建立,抽取和安装工艺烧嘴时容易出现高温气流窜出烫伤安装员工。此外开工管线投用是在气化炉投料升压至 1. 0 MPa 前和气化炉停车泄压至1. 0 MPa 后,升降压脱落的垢片和黑水中残留的灰渣也容易在 U 形管线弯头处沉积堵塞。
 
     2. 2. 2 U 形管灰渣沉积
    开工管线上存在 2 个 U 形管段,气化炉投料后和停车后排出的黑水均含有一定的固体颗粒,由于开工管线缺少冲洗和排水设施,开工管线每次停用后均得不到冲洗,这些固体颗粒和脱落的垢片沉积到管线底部,造成管道流通面积不断减小,最终影响气化炉的排水流量。
 
    2. 2. 3 处理方法
    (1) 改走预热水封槽流程,即倒通预热水封槽前盲板,打开预热水封槽前阀,气化炉排水经预热水封槽进入渣池,再由渣池泵加压,送入沉降槽,或送入真空闪蒸罐,再由沉降槽给料泵加压送入沉降槽絮凝沉降处理。但这种方法有一定局限性,一是气化炉内必须泄压至常压或微正压,否则气化炉内的水煤气便会从预热水封槽窜出,造成人员中毒或爆炸事故; 二是气化炉排水必须小于 100 ℃,否则高温黑水进入常压环境会迅速汽化,同样会造成环境污染和烫伤事故。事实证明,此方法适用于运行周期小于 60 d 的停车处理,某公司 1 套气化装置运行周期为 2 个烧嘴运行周期,大于 150 d,对于长周期的运行来说,预热水封槽前阀短节处灰渣同样容易堆积,投用预热水封槽,仍不能满足气化炉排水需要。
    (2) 降低激冷水流量,即根据开工管线的堵塞情况调节激冷水流量,从而达到气化炉进水和排水平衡,保证气化炉液位控制在下降管以下,进行气化炉抽负压和抽烧嘴操作。由于停车后,燃烧室内仍有大量的高温熔渣,激冷水不能降低太多,此方法仅适用于开工管线堵塞较轻时的处理。
    (3) 采用锁斗直排,即同时打开锁斗进口和出口阀门,气化炉激冷水通过锁斗连续性落入捞渣机,经渣池溢流阀进入渣池,再经渣池泵加压送入沉降槽或真空闪蒸系统。需要仪表分别切除锁斗进口阀和锁斗出口阀互锁的软件和气路硬件联锁,气源互锁联锁票证办理和切除操作复杂。激冷水从激冷室落入捞渣机,位差超过 30 m,在重力作用下,黑水以高速撞击捞渣机液面,黑水四处飞溅造成设备和环境卫生污染十分严重,并影响捞渣机周围工艺处理和维修工作。
 
    2. 3 气化炉黑水出口管线残留垢片清理困难
    气化炉排出的黑水含固量高、水质差,含有大量的碳酸根和硅酸根,与钙镁离子结合后形成沉淀,在管壁上结垢。结垢不仅会影响流量计和温度计的正常指示,还会降低黑水调节阀的调节性能,特别在系统开停车升降压过程中垢片容易脱落造成管线堵塞,影响气化炉黑水排出。这些垢片只能在气化炉停车检修期间,通过高压水枪清洗或进化学清洗处理,清理后的管线仍含有一定量的垢片,必须及时冲洗排出。传统处理方法是将开工管线上液位调节阀前阀拆除,通过建立气化炉较高液位间歇排出,对管线内残留的垢片进行冲洗,冲洗出来的垢片散落在整个渣水框架,并且威胁到渣水一楼运行的机泵安全。
 
    2. 4 旋风分离器和水洗塔排水控制不稳
    气化炉开停车劳动强度大,水洗塔和旋风分离器经开工管线排入沉降槽的黑水流量受系统压力影响明显,通过手动阀难于稳定调节,控制不及时,水洗塔和旋风分离器液位过低还有合成气窜入沉降槽的危险,并影响激冷水流量供应。
 
    3 优化处理
    3. 1 气化炉排水流量波动的优化
    3. 1. 1 优化烘炉水循环流程
    建立开工水循环时,将气化炉排水直接切往真空闪蒸罐,再由沉降槽给料泵加压送至沉降槽,一方面进真空闪蒸罐的弯头数量少于进沉降槽的弯头数量,动能损失少,另一方面在真空环境下,有利于水的稳定排出。
 
    3. 1. 2 控制液位调节阀阀位
    根据系统水循环量控制气化炉开工管线液位调节阀开度,要求在该阀位开度下,水循环体积流量保证大于 200 m3 /h,一般控制在 40% 阀位,同时调节阀采取小幅多次调节原则,避免排水流量瞬间过大管道形成真空而产生周期性波动。
 
    3. 2 气化炉黑水开工管线的冲洗改造
    在气化炉开工管线上的液位调节阀前焊接冲洗水管线,低压灰水泵出口压力为 1. 5 MPa,蒸发热水塔后期运行压力小于 0. 4 MPa,当黑水切换后,开工管线出现堵塞时,打开冲洗水阀和去蒸发热水塔的角阀,借助低压灰水泵与蒸发热水塔之间约 1. 1 MPa 的压差对弯头进行反冲,可以快速实现疏通,保证各项停车工作的顺利进行。 在 U 形管两侧管线底部增加冲洗水导淋,开工管线停止使用后,打开冲洗水阀和导淋阀分别对前后 U 形管段进行冲洗,管线内灰渣和垢片经导淋排入地沟。
 
    3. 3 气化炉黑水出口管线分段冲洗
    将气化炉分体式电磁流量计分为气化框架管段和渣水框架管段两部分进行分段冲洗,首先打开气化炉黑水去捞渣机两道球阀,打开开工管线上的冲洗水阀,对渣水管段进行冲洗,低压灰水泵额定体积流量为 220 m3 /h,具有足够的水量将灰渣和垢片冲入捞渣机,灰渣和垢片由捞渣机捞出排入渣车,冲洗水由渣池泵送入灰水槽循环利用; 由于气化框架管段弯头少,且管线多为垂直安装,利用气化炉建立的液位即可将管线内的垢片冲入捞渣机,整个冲洗过程操作简单,危险性小,对现场环境几乎没有污染。
 
    3. 4 停用旋风分离器和水洗塔开工管线
    在水洗塔和旋风分离器黑水切换双阀后加盲板,待投料升压至 1. 0 MPa 后,黑水直接切入蒸发热水塔,由于气化炉投料时间短,带入旋风分离器和水洗塔内的细灰量少,优化操作至今,开车阶段旋风分离器和水洗塔的锥底分体式电磁流量计并未出现堵塞问题。
 
    4 结语
    动问题得到解决,简化了气化炉黑水出口管线堵塞时的冲洗操作,旋风分离器和水洗塔内黑水开工管线停用,大大减轻了开停车过程中员工的劳动量,同时节省了黑水切换时间,减少了并气前合成气的放空量,为企业降低了生产成本。

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