单喷嘴水煤浆技术烧嘴压差低原因探讨

周忠义

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100）

烧嘴压差也称煤浆压差，是指煤浆管线炉头压力与气化炉燃烧室取压管线压力之差，它能反映出烧嘴磨损量及烧嘴喷射雾化效果。烧嘴压差出现大幅降低、频繁低波动，严重影响了气化装置的稳定运行，导致后系统被迫减负荷甚至停车，加重了产品的生产成本。中海石油华鹤煤化有限公司（下文简称华鹤公司）经过4 年的运行经验，将影响烧嘴压差低波动的因素总结、分析、排查、改进。下面对华鹤公司所遇到的情况进行简述介绍和分析。

1 装置情况介绍

华鹤公司设计能力年产30 万t 合成氨52 万t 大颗粒尿素项目，气化装置选择GE 水煤浆加压气化技术，气化压力6.5MPa(G)，四级闪蒸流程。磨煤采用溢流式棒磨机，输送泵为菲鲁瓦三缸单作用高压煤浆泵，煤浆浓度为65wt%～67wt%，气化有效气（CO+H2）达到83%，CO 含量45%，H2含量38%。

2 出现烧嘴压差低的工况分析

2.1 铁片卡塞高压煤浆泵止回阀

2016 年，华鹤公司曾出现过一次高压煤浆泵止回阀卡塞，通过对阀体进行外部敲击、大幅调节泵转速，均无明显效果，因烧嘴压差低触发联锁停炉。停车后对高压煤浆泵出口管线泄压后，从炉头反冲洗，以确保卡塞物保留在止回阀内，经过止回阀拆解后，多个阀体内发现铁片。判断为进厂原料煤、石灰石混入铁制品和钢棒断裂、表面剥落所产生。

煤储运皮带装有3 个电磁除铁器，但并不能完全除去埋在煤中的铁制品；石灰石进料口管线装有强磁过滤器；再通过磨煤机滚筒筛改造增加八块永磁，用于除去煤浆中的铁片。定期清理各除铁设备，防止永磁表面布满铁制品而失效；定期检查滚筒筛，防止滚筒筛破损未及时发现，不合格煤浆进入煤浆槽内。现原料煤由3 家洗煤厂长期供应精洗煤。未再出现此类情况。现公司原料煤是龙煤、金泽、隆鑫3 家公司长期供应，均为精洗煤，未再出现铁片卡塞止回阀情况。煤浆中铁片等异物是烧嘴压差大幅降低波动的原因之一。

2.2 高压煤浆泵软管破裂

2018 年7 月1 日，A#高压煤浆泵3#缸双软管破裂。泵转速未做调节，出口流量由33m3/h 逐步降低至31.7m3/h，泵电流波动由正常的1A 扩大至20A，氧煤流量比上涨，炉温由1344℃上涨至1450℃，CH4由750ppm 降低至265ppm，同时烧嘴压差由320kPa 逐渐波动降低至260kPa。

此次软管破裂无报警，煤浆已混入液压缸润滑油中，煤浆颗粒在活塞往复时不断与活塞缸摩擦，现场可听到3#缸存在异常声响，对液压油测温较其他两缸高20℃，采取手动停车处理。烧嘴压差虽然有较大波动降低，但与煤浆流量减少趋势基本一致，且出现双软管破裂时，煤浆流量会随软管破损程度加大逐步降低，不可恢复。软管破裂并非烧嘴压差大幅降低的原因。

2.3 高压煤浆泵入口管线硬沉积

检修高压煤浆泵时，发现进口平直段至进口缓冲罐管线的底部经常出现大量煤浆硬沉积，最多时进口管线近一半已被煤浆硬沉积占据。

（1）2018 年11 月，将B#高压煤浆泵进口管线由DN200改为DN150，满负荷时，流速由0.32m/s 增加到0.57m/s，基本满足0.6 ～1.2m/s 工程设计要求。定期对进口管线各点测温，观察一个运行周期，管线底部基本无硬沉积产生，但B 炉烧嘴压差低问题仍未解决。说明入口管线底部形成沉积、管径缩小后，煤浆流速已增加，当达到平衡时，将不再有新沉积产生，可满足高压煤浆泵的吸入量。但煤浆质量发生较大变化（如更换煤种）或受外力振动时，底部硬沉积表层依然有剥落的可能。烧嘴压差大幅降低的原因。

2.4 高压煤浆泵软管防冻液

2018 年11 月23 日，B#气化炉检修后投料成功，高压煤浆泵双软管间的压力检测出现报警。当炉压逐渐升至6MPa时，烧嘴压差出现大幅波动，范围在30 ～270kPa 之间，此时负荷较低，压差正常值为220kPa。脚手架搭好后，对泵出口蓄能器软管间防冻液进行排气后，烧嘴压差恢复。蓄能器压力为泵运行时正常工况出口压力的80%即6MPa。在气化炉压力达到6MPa 之前，泵出口压力受蓄能器影响表现为较高；而超过后蓄能器压力后，因软管之间存在大量气体，导致软管形变不到位，蓄能器失去作用，活塞往复相互交替产生压力脉冲式波动。煤浆流量计距泵出口较远，且存在一定阻尼时间，因此较为稳定。出口蓄能器压力不足或缸体、缓冲罐双软管间防冻液存气是烧嘴压差大幅低波动的原因之一。

2.5 高压煤浆泵阀座磨损

19 年4 月15 日15:45，C#高压煤浆泵一号缸出口双止回阀阀座磨损严重，造成密封不严、产生回流。表现为高压煤浆泵止回阀的声学检测高达400 以上，正常运行时在30～70，可听到回流产生的呲呲声，对止回阀进行外部敲击无效果。泵转速不变的情况下，流量逐步降低、泵电流波动较大，减氧气控制炉温稳定，到21:30 停车时，煤浆流量与泵的转速流量已相差5.6m3/h，正常相差约2m3/h，烧嘴压差随煤浆流量减小而波动降低，由380kPa 逐步降至200kPa。阀座磨损非烧嘴压差大幅低波动的主要原因。

2.6 硬块状、絮团状煤浆

2019 年4 月22 日，B#炉、C#炉运行，A 套系统检修后，对A#高压煤浆泵进行试泵。因水压试验结果不理想，采取建立煤浆循环进行憋压测试稳压效果，煤浆由A#煤浆槽经A#高压煤浆泵循环回A#煤浆槽，循环时间为13:30 ～15:11。17:10 B#炉烧嘴压差持续在170 ～200kPa 小幅波动，18:15压差恢复正常值370kPa。

原因是将A 煤浆槽底部稳定沉积的煤浆又重新循环回槽上部，经过短暂的停留、搅拌以及沉降，进入B 泵的硬块或絮团状煤浆导致止回阀动作不到位、密封不严，但煤浆在阀体内经过多次反复挤压后通过，烧嘴压差恢复。煤浆底部、内壁、搅拌轴、挡板固定板处都可能有硬沉积，如有大块脱落可能造成堵塞进料柱塞阀、进口管线以及止回阀。煤浆质量是烧嘴压差大幅降低的主要因素之一。

2.7 气化炉内流场变化

2019 年3 月，公司将气化炉T21 联锁优化为煤浆炉头压力与气化炉燃烧室压力之差小于零触发停车，运行1 个多月，未再因烧嘴压差低停车。期间，2 台气化炉均出现过持续几小时烧嘴压差为零、甚至为负值的情况，操作氧煤比降低5Nm3/m3，高温热偶高约60℃，泵电流因背压降低而减小，煤浆流量、有效气成分、产气量、表面热偶均无较大变化。对煤浆和高压煤浆泵进行排查，未见异常，通过煤浆负荷降低、降低中心氧比例、减氧量降氧压等操作，无明显效果。

烧嘴压差波动与渣口压差波动趋势基本一致，详见图1。作者认为是因煤浆质量改变导致炉内流场发生变化导致烧嘴压差大幅降低。气化炉燃烧室各区反应强度不同，燃烧室取压管线压力并不能代表烧嘴头部压力。取压管线测压原理为高压氮气经过耐火砖砖缝到达高温热偶处进入炉内，其压力代表为炉内高温热偶附近压力。当流场发生变化时，燃烧位置发生变化，烧嘴喷口处压力降低导致烧嘴压差的降低；而高温热偶处压力升高，即取压管线压力升高，造成渣口压差的降低。

图1 烧嘴压差与渣口压差曲线

3 结语

影响烧嘴压差降低的原因很多，包括原料煤、煤浆、高压煤浆泵、工艺烧嘴等相关因素。华鹤公司，生产运行中，受烧嘴压差的制约，严重影响稳定运行，经过原因查找分析、技改技措、管控原料煤以及煤浆质量等办法，已能较好地把控烧嘴压差产生的危害，把控安全生产，稳定地运行。