毛吉会，张启科，李斌，吕君君，方玉虎
[陕西延长石油（集团）有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心，陕西 西安710075]
［摘 要］目前粉煤加压气化装置运行前期一般选择在常压或低压下进行预热炉点火，存在诸多问题。陕西延长石油（集团）有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心主导开发的超大型输运床气化装置配套带压高惰性粉尘环境下点火装置（即预热炉系统），通过对带压高惰性粉尘环境下的预热炉点火试验，对预热炉点火开工过程中出现的点火杆、高能点火包、火检、主烧嘴头等点火部件问题与参数控制及操作调整进行分析与探讨，总结预热炉点火经验并在试验过程中得到印证，有效提高了预热炉点火的成功率与安全性。本预热炉系统能较好地适应带压高惰性粉尘环境下的点火运行，可用于Shell气化炉、航天炉、GSP气化炉等粉煤加压气化装置。
［关键词］输运床气化装置；预热炉；长明灯；开工烧嘴；点火成功率提升试验；影响因素；设备硬件；工艺参数控制
［中图分类号］TQ545 ［文献标志码］A ［文章编号］1004-9932（2024）05-0010-04
0 引 言
现阶段粉煤加压气化装置运行前期均需启动不同形式的预热炉系统，为气化装置提供投料前所需热量，而在预热炉系统中，由于系统点火环境、点火条件等较为复杂，点火成功率不高，影响装置开工进程。目前业内一般选择在常压或低压下进行预热炉点火（如Shell气化装置点火为常压，GSP气化装置干煤粉点火压力也只有0.3 MPa），常压（或低压）点火极易出现烧嘴“脱火”或被吹灭的情况，火焰强度不稳定，影响火焰检测器工作，易造成系统跳车。
近年来，陕西延长石油（集团）有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心（简称延长石油碳氢研究中心）主导开发的超大型输运床气化装置（投煤量5 000 t/d），配套带压高惰性粉尘环境下点火装置（即预热炉系统），该点火装置属西安航天源动力工程有限公司重点新型研发项目，其研发成功奠定了该公司新型煤气化工艺配套装置在国内的领先地位[1]。预热炉成功点火是输运床气化装置顺利开车运行的关键，由于没有丰富的运行数据和操作经验支撑，加之预热炉点火系统相对比较复杂，带压及高惰性粉尘环境下点火难度大、成功率低，对气化装置开车进度有很大影响。延长石油碳氢研究中心通过对预热炉系统的多次调试与运行总结，积累经验，提高了开工烧嘴点火的成功率与安全性，带压高惰性粉尘环境下点火装置表现出运行时间长、稳定性高、使用寿命长、点火效率高等特点，有广泛的应用前景。以下对有关情况作一介绍。
1 预热炉系统设备设施概况
输运床气化装置预热炉系统由长明灯、开工烧嘴、BMS控制管理系统及预热炉组成，是输运床气化装置的核心单元。预热炉顶部设置下喷式开工烧嘴，顶盖上“对称”设置火检视镜（与水平面呈30°安装）、长明灯（与水平面呈55°安装）、预热炉炉体中部设置激冷氮气管线；预热炉底部与输运床反应器连接，预热炉点火后，将燃烧后的热烟气送入输运床反应器，通过控制预热炉负荷实现输运床反应器按工艺要求升温至目标温度。
1.1 预热炉
固体颗粒（70～140目）在松动气、流化气的作用下在输运床反应器中建立起稳定的循环流化状态，预热炉出口与输运床反应器底部连接，反应器内为高密度固体颗粒和高惰性氮气气氛（氧气含量≤0.2%，体积分数，下同）。输运床气化装置初始升温阶段预热炉压力约0.4 MPa，长明灯开始点火操作，点火成功后，对长明灯燃气和助燃空气、预热炉压力、输运床反应器循环流化等参数进行优化；系统运行稳定后预热炉开工烧嘴开始最低负荷点火，预先通过激冷氮气控制燃烧后的烟气温度，开工烧嘴点火成功后，对开工烧嘴柴油和助燃空气、雾化蒸汽、预热炉压力、反应器循环流化等参数进行优化，预热炉正常运行后出口热烟气温度可达1 200 ℃、压力可达0.8 MPa，输送入输运床反应器内，为输运床反应器衬里和反应器内固体颗粒升温提供热量。开工烧嘴点火成功后，当反应器压力升至0.8 MPa且反应器内温度达650 ℃时，启动输运床反应器上部混合区的柴油喷射器继续为反应器升温，当柴油喷射器稳定工作后，预热炉逐渐退出系统，预热炉开工烧嘴熄火、长明灯维持低负荷运行，完成本次升温任务。
1.2 烧嘴及点火配件
预热炉系统主要由长明灯（包含点火杆和高能点火包等）、开工烧嘴、火检、视镜、炉膛等硬件系统和BMS控制管理系统、DCS控制系统、SIS安全控制系统等软件系统组成。
1）点火杆。预热炉长明灯采用固定式点火杆点火，点火杆由安装法兰安装在长明灯内，点火杆出口端盘面上设有环状均布的圆孔空气分布器；点火杆杆体为圆筒形设计，由内环（点火杆正极，处于中心位置）、环隙（陶瓷隔离层）、外环（点火杆负极）组成。点火杆工作时，220 V电压通过高能点火包升压为3 000 V的高压电送至点火杆，高压电通过点火杆点火电极在点火杆末端击穿空气放电，点火计时启动，混合气（一定配比的天然气与助燃空气）接触电火花后被点燃，点火计时结束后，点火杆停止放电。
2）高能点火包。高能点火包是长明灯点火装置的核心设施，其作用是将交流工频220 V电压通过升压整流变换成直流脉冲电压而对储能电容器充电，当电容器电压升至放电管击穿电压时，放电电流经放电管、扼流圈、屏蔽电缆直至在点火杆末端点火电极击穿空气形成高能电弧火花。
3）火检。火检采用紫外线探测设备，将探测的光信号转化为电信号和开关量信号，电信号输出至DCS控制系统反映火焰强度及其稳定性，开关量信号输出至BMS控制管理系统用于顺控程序判断及保护烧嘴[2]。
4）开工烧嘴。开工烧嘴之烧嘴头有6个均布的1 mm针孔喷口，柴油与蒸汽在烧嘴头内部混合、雾化后从6个喷口高速喷出，是蒸汽雾化柴油的重要部位。
2 预热炉系统工艺流程及开工点火步骤简介
2.1 预热炉系统工艺流程
预热炉系统分为长明灯系统和开工烧嘴系统两部分，其工艺流程如图1所示。
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