热风炉点火系统优化与性能提升浅析

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摘要：为提高shell工艺气化装置配套热风炉的长周期运行性能，提高热风炉一次点火成功率，介绍了shell气化装置配套磨煤干燥工艺；热风炉及点火系统运行的情况和存在的问题。通过重新设计优化点火系统，采用一体化高能点火装置；更换稳焰器材质，彻底解决了热风炉一次点火成功率低、高压点火器易故障、稳焰器易烧蚀、热风炉运行周期短等难题。结果表明：热风炉点火系统经重新优化设计后，热风炉一次点火成功率提高至100%，热风炉长周期运行期间燃烧稳定，减少了合成气配烧，提高了后续产品日产量，增加了直接经济效益。

关键词：热风炉；运行性能提升；点火系统优化；一体化点火装置；增产增效

0引言

鹤壁煤化工有限公司气化装置采用shell干粉加压气化工艺，属于干法进料、气流床气化。与之配套的U1100磨煤单元的作用是干燥原料煤并为气化炉提供水分及粒度合格的粉煤，是shell煤气化工艺中不可缺少的重要工段。根据鹤壁煤化工设计煤种和气化装置的生产能力，及可能出现的煤质变化情况，磨煤系统配备两套ZGM133G型中速辊式磨煤机，即A、B两条磨煤干燥生产线。正常生产时两套磨煤系统同时运行，能满足气化炉满负荷运行所需粉煤。设计煤种日投煤量为2850t。单套磨煤装置运行最大出力为95.8t/h，其中螺旋粉煤输送机X1104A、B为正反转设计，磨出的粉煤可按生产需求，输送到U1200粉煤贮仓V1201A、B中。每套磨煤干燥系统运行可供给气化炉80%的负荷运行。磨煤干燥系统由磨煤机、称重给煤机、热风炉、循环风机、助燃风机、粉煤袋式过滤器、旋转给料机和螺旋输送机等设备组成。正常生产时原料煤从煤储运通过输煤皮储存在U1100原煤仓（V1101A、B）内，原料煤通过重力式称重给煤机（X1101A、B）经落煤管进入磨煤机（A1101A、B）内，（石灰石粉作为助溶剂按照与原料煤一定的重量比通过石灰石称重给料机X1109A、B进入X1101A、B的出口，与原料煤一起进入磨煤机）。原料煤在磨煤机微负压和被热风炉（F1101A、B）加热的惰性气体环境中研磨干燥，粉煤粒度由磨煤机出口旋风分离器（S1102A、B）转速、循环风机（K1102A、B）风量及磨煤机磨辊加载力3个变量调节控制。磨制后水分与粒度合格的粉煤和气体混合物被循环风机（K1102A、B）输送到粉煤袋式过滤器（S1103A、B）进行气粉分离，分离出的粉煤经粉煤旋转给料机（X1105A、B、C、D、E、F、G和H）进入到煤粉螺旋输送机（X1102A、B、C、D）中，通过纤维筛（S1107A、B、C、D）根据生产需要经螺旋输送机（X1104A、B）选择进入U12002个粉煤储罐（V1201A、B）中。

1热风炉及点火系统运行情况

热风炉F1101A、B结构形式为卧式圆筒炉，每台热风炉由外炉体、内炉体、燃烧器、温度计、压力计及人孔等部件组成，炉体全部密封设计，正压操作。现场控制系统操作盘位于热风炉旁。燃烧器采用1个中心气枪主烧嘴+环型辅助烧嘴的方案，热风炉燃烧器主要部件包括调风器、中心主气枪、四周辅助气枪和稳焰器。采用中心主气枪与环型辅助气枪，优越性在于既可单独使用中心主气枪或四周辅助气枪，也可两者同时使用，不但调节方便，且使燃烧器的负荷调节比增大，保证各种工况下燃烧器能稳定运行。该燃烧器与其它类型的燃烧器相比，具有操作弹性大、结构紧凑、操作方便、燃烧完全、火焰刚直有力、火型集中、过剩空气系数低、能耗小、火道不结焦、噪声小及易损件更换方便等特点。燃烧器采用高能点火装置与点火枪结合的自动点火装置，并设有观测火焰的观火孔及火焰监测器。火焰监测器有3个探头，信号采用3选1，可有效防止仪表误报。在正常生产过程中，煤粉干燥所需热量是由热风炉提供，热风炉是磨煤系统关键设备之一。热风炉的点火需要先将以LPG为燃料的点火枪点燃，通过点火枪将以驰放气或合成气为燃料的中心气枪主烧嘴和环型辅助烧嘴引燃。而在磨煤干燥系统正常运行时全部由甲醇装置产生的驰放气作为燃料，不再掺烧合成气。点火系统能否正常运行直接影响热风炉的正常开车，进而影响到磨煤干燥系统的运行。由于点火系统设计不合理，导致点火困难，甚至烧蚀点火枪头。因此，需更换点火枪头，会对生产及环保安全带来压力。同时，稳焰器选用材质不合理，经长期燃烧后稳焰器出现烧蚀现象，通过燃料气量减少，不能大量使用驰放气，为保证磨煤机出口温度需要掺烧热值较高的合成气，进而造成合成气的浪费，增大了后续产品的吨消耗合成气量。

2优化及性能提升方案的确定

原点火系统由点火枪、高压点火器和配套LPG管路组成。点火枪由点火枪杆和点火枪头组成，点火枪杆全封闭设计，仅在点火枪头部设有3个对称小孔，点火时LPG从点火枪头部喷出，靠自身压力形成雾化效果。高压点火器设置在点火枪后方靠下位置，热风炉点火时点火器产生的电弧可以将点火枪头部雾化的LPG点燃。当LPG纯度较低或天气寒冷时，导致LPG气化不完全和带液的情况，液体喷在点火器上，会使点火器不能正常工作导致热风炉一次点火成功率低。当LPG中含有杂质时，会使点火枪头部LPG喷射孔堵塞甚至堵死，导致点火枪无法正常点火。热风炉正常燃烧时，点火枪头由于靠近中心主气枪和环型辅助烧嘴，长期暴露在高温火焰下，没有保护，因此出现点火枪烧损的情况。处理此类问题可通过现场拆卸点火枪，疏通LPG通道和通过现场导淋排放未气化和含有杂质的LPG、更换新的点火枪来解决。拆卸点火枪需要耗费大量时间，对高负荷运行的气化炉生产极为不利，处理不当将会导致气化炉降负荷运行。同时现场导淋排放LPG存在很大的安全隐患，LPG属于易燃易爆物料，现场导淋排放容易诱发安全事故。热风炉正常运行时，稳焰器可以将从中心主气枪或环型辅助烧嘴喷出的火焰均匀的导入燃烧室，避免内层耐火衬里直接受到高温烟气的冲刷，保证了热风炉出口工艺气温度更加均匀。但由于稳焰器的材质选用不合理，故热风炉长周期运行效果不尽人意。鉴于上述情况，特别针对热风炉一次点火成功率较低，气温低时LPG气化不彻底，LPG中夹带杂质堵塞喷射孔，稳焰器易烧蚀损坏等情况重新优化设计点火系统，提高一次点火成功率，延长热风炉运行周期。热风炉点火系统优化前如图1所示。

3点火系统优化方案的实施

（1）通过现场测量尺寸，将原点火系统点火枪与高压点火器分体设计，重新优化设计为点火枪与高压点火器一体式点火枪。（2）将高能点火器设置在一体式点火枪尾部，避免直接接触液体而导致不能正常工作。（3）取消原点火枪头部喷射孔，优化设计成敞口式的点火枪。未气化的LPG和杂质都能通过敞口点火枪进入热风炉炉膛，避免了点火枪堵塞以及现场导淋排放LPG。（4）LPG改为侧面进入点火枪体，在枪体上LPG入口前方增加一路工厂风，用来雾化LPG、同时在热风炉运行时可以单独打开工厂风来冷却点火枪避免烧蚀。（5）拆除原碳钢材质稳焰器，更换材质为304不锈钢重新安装，提升耐烧性能。热风炉点火系统优化设计后如图2所示。热风炉稳焰器更换304不锈钢材质如图3所示。

4性能提升及优化方案实施后的效果

（1）通过优化设计一体式点火装置应用，保证了一次点火成功。自改造以来，热风炉一次点火成功率达100%，未出现过一次因为点火系统不正常工作引起的磨煤系统无法开车。同时，由于加入了工厂风冷却保护，点火枪再也没有出现过烧蚀情况。点火枪头部敞口设计，从根本上杜绝了点火枪堵塞的问题，避免了现场导淋排放LPG，减少了安全事故隐患。为气化炉满负荷运行系统提供了有力保障。（2）更换新材质的304不锈钢制作新的稳焰器，极大提升了耐热性，有效延长使用周期。保证了燃烧稳定，磨煤机出口温度稳定。磨煤单元热风炉正常运行时全部使用驰放气，不再因为稳焰器烧蚀损坏而掺烧合成气，减小了后续产品的吨消耗合成气量。

5结语

通过对热风炉点火系统的优化设计，使磨煤系统的整体性能得到了较大的提升。设计新的一体式点火枪，解决了点火困难及点火枪烧蚀的情况，达到了预期的效果。同时，利用新的304不锈钢材质制作新的稳焰罩，解决了稳焰罩长时间运行易烧蚀的情况，有效利用了驰放气，减少了合成气用量，增加了甲醇产量，带来了直接经济效益。根据优化前后产品日产量对比，使用304材质稳焰器完全不用掺烧合成气，每天多产甲醇约10t，一个月多产甲醇约300t。为企业带来了直接经济效益。

作者:杨泽龙 单位:河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司