煤粉流量調(diào)節(jié)閥在國(guó)內(nèi)氣流床粉煤氣化裝置中廣泛使用，對(duì)于調(diào)節(jié)控制煤粉流量發(fā)揮著重要作用，在中國(guó)石化安慶分公司的Shell煤氣化裝置上，對(duì)進(jìn)口煤粉流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行性能測(cè)試和研究，結(jié)果表明，該煤粉流量調(diào)節(jié)閥在其開(kāi)度低于20%時(shí)，閥門(mén)開(kāi)度變化對(duì)流量的調(diào)節(jié)最為敏感，開(kāi)度大于40%后，幾乎沒(méi)有調(diào)節(jié)流量的作用。分別給出了在煤粉循環(huán)系統(tǒng)和氣化爐運(yùn)行系統(tǒng)中該調(diào)節(jié)閥的壓降特性及其壓降占系統(tǒng)總壓降的分率值，并對(duì)提升閥門(mén)性。

　　氣流床粉煤氣化因其在煤種適應(yīng)性和設(shè)備使用壽命等方面的優(yōu)勢(shì)，已越來(lái)越多地應(yīng)用于各類化工生產(chǎn)。粉煤加壓高濃度氣力輸送是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，更是粉煤加壓氣化的關(guān)鍵技術(shù)之一。實(shí)現(xiàn)粉煤高濃度、穩(wěn)定以及可控的氣力輸送，是粉煤氣化裝置實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)行的必要前提。通常改變煤粉輸送壓差或者輸送氣量，能在一定程度上調(diào)節(jié)煤粉流量，但是這種調(diào)節(jié)方式不夠靈活，且調(diào)節(jié)范圍有限，目前已經(jīng)開(kāi)車(chē)運(yùn)行的氣流床煤粉氣化裝置上，大都采用特殊結(jié)構(gòu)的進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)煤粉流量調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)控制煤粉流量，該閥門(mén)成為粉煤氣化裝置上的關(guān)鍵閥門(mén)之一。但是，由于生產(chǎn)裝置平穩(wěn)運(yùn)行的需要，人們?cè)趯?duì)該閥門(mén)的性能及其在煤粉輸送系統(tǒng)中的作用等方面的研究分析還很不夠，基于此，在中國(guó)石化科技項(xiàng)目支持下，中國(guó)石化安慶分公司、寧波工程公司和華東理工大學(xué)合作，在中國(guó)石化安慶分公司Shell煤氣化裝置上的粉煤輸送系統(tǒng)上，開(kāi)展了進(jìn)口煤粉流量調(diào)節(jié)閥性能的測(cè)試研究。本文介紹了對(duì)該裝置中煤粉流量調(diào)節(jié)閥主要工藝性能的研究結(jié)果，包括閥門(mén)開(kāi)度與煤粉流量的關(guān)系和閥門(mén)壓降特性等，以期對(duì)閥門(mén)結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)化、裝置操作參數(shù)優(yōu)化等提供有益的參考。

1、實(shí)驗(yàn)部分

　　中國(guó)石化安慶分公司采用Shell粉煤氣流床氣化工藝生產(chǎn)合成氣化工藝生產(chǎn)合成氣，煤氣化裝置運(yùn)行不斷實(shí)現(xiàn)新突破，保持著同類型裝置連續(xù)運(yùn)行的最長(zhǎng)記錄。該Shell粉煤氣化的供料系統(tǒng)采用A B雙系列、雙下料的給料罐結(jié)構(gòu)，分別向4條煤粉管線輸送煤粉，并通過(guò)4個(gè)煤燒嘴進(jìn)入氣化爐，其中，給料罐A向1#和2#煤粉管線供煤，給料罐B向3#和4#煤粉管線供煤。4個(gè)煤粉流量調(diào)節(jié)閥(13FV0101，13FV0201，13FV0301和13FV0401)分別設(shè)置在給料罐A\B下方的4條煤粉管線上(見(jiàn)圖1)，用于調(diào)節(jié)煤粉流量。

圖1 煤粉流量調(diào)節(jié)閥

　　煤粉從給料罐出料，在高壓氮?dú)庾饔孟拢��?jīng)過(guò)煤粉流量調(diào)節(jié)閥，沿程通過(guò)3段彎管、約31.5m的豎直上管線以及約13.9m的水平管線達(dá)到煤燒嘴所在平臺(tái)，在進(jìn)入煤燒嘴之前，各路管線上均設(shè)有煤粉三通閥，經(jīng)過(guò)三通閥的煤粉或通過(guò)煤燒嘴進(jìn)入氣化爐，或通過(guò)煤粉循環(huán)管線送回常壓煤粉倉(cāng)。該循環(huán)管線的設(shè)置目的：一是用于標(biāo)定或校核煤粉管線上的煤粉計(jì)量系統(tǒng)：二是用于煤粉投料之關(guān)預(yù)先建立起穩(wěn)定的煤粉流量，通過(guò)三通閥可直接將煤粉切入氣化爐內(nèi)，所以在循環(huán)管線上設(shè)置了一個(gè)稱之為減壓器的阻力部件，以提升循環(huán)管線上的壓力：三是氣化系統(tǒng)停車(chē)時(shí)，切換閥門(mén)將煤粉送入常壓粉倉(cāng)，由此可見(jiàn)，煤粉三通閥將煤粉輸送系統(tǒng)劃分為兩部分：一部分為煤粉循環(huán)系統(tǒng)，另一部分為氣化爐運(yùn)行系統(tǒng)(見(jiàn)圖2a和圖2b)。

圖2 Shell氣化裝置2#煤粉管線簡(jiǎn)圖

　　在該工業(yè)裝置上選取2#煤粉管線上的煤粉流量調(diào)節(jié)閥為研究對(duì)象，輸送管線上的壓力分別通過(guò)設(shè)在豎直管線的測(cè)壓點(diǎn)(13PI0201，記為p1)、三通閥前的測(cè)壓點(diǎn)(13PI0202，P2)以及在循環(huán)管線減壓器(X-1311B)前端的測(cè)壓點(diǎn)(13PI0204，記為p3)測(cè)量。煤粉輸送量則通過(guò)設(shè)置在豎直管線上的速度計(jì)(13SIC0201)和煤粉密度計(jì)(13DI0201)進(jìn)行測(cè)量。煤粉流量調(diào)節(jié)閥開(kāi)度可在DCS系統(tǒng)上調(diào)節(jié)，并實(shí)時(shí)觀測(cè)記錄。

2、結(jié)果與討論

　　2.1、煤粉循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥性能

　　氣化爐開(kāi)車(chē)前，在煤粉循環(huán)系統(tǒng)中，保持給料罐A的壓力一定，煤粉速度設(shè)定為約7m/s，逐漸改變粉煤流量調(diào)節(jié)閥的閥門(mén)開(kāi)度，獲得一系列與之對(duì)應(yīng)的煤粉流量以及工況條件(見(jiàn)表1)，同時(shí)記錄下各測(cè)壓點(diǎn)的壓力數(shù)值。

表1 2#煤粉管線不同閥門(mén)開(kāi)度下工況條件(煤粉循環(huán)系統(tǒng))

　　圖3給出了2#煤粉管線中不同閥門(mén)開(kāi)度下的煤粉流量變化情況，由圖3可知，閥門(mén)開(kāi)度較小時(shí)(<40%)，其變化引起的煤粉流量變化幅度較大，當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度大于40%后，煤粉流量幾乎不再發(fā)生變化，即調(diào)節(jié)閥對(duì)煤粉流量已基本無(wú)調(diào)節(jié)作用。

圖3 閥門(mén)開(kāi)度與流量的關(guān)系

　　煤粉流量隨閥門(mén)開(kāi)度變化的定量數(shù)據(jù)，即閥門(mén)開(kāi)度每增加1%引起的粉煤流量變化量見(jiàn)第43頁(yè)圖4，由圖4可知，閥門(mén)開(kāi)度為12%時(shí)，每增開(kāi)1%的閥門(mén)開(kāi)度，煤粉流量增加量>10000kg/h：閥門(mén)開(kāi)度從12%增加至20%時(shí)，每增開(kāi)1%的閥門(mén)開(kāi)度，煤粉流量平均增加約740kg/h：從20%增至40%時(shí)，每增開(kāi)1%的閥門(mén)開(kāi)度，煤粉流量平均增加約150kg/h：閥門(mén)開(kāi)度大于40%時(shí)，煤粉流量基本穩(wěn)定在20000kg/h，幾乎不再變化。

圖4 閥門(mén)開(kāi)度與流量變化量的關(guān)系

　　煤粉流量調(diào)節(jié)閥之所以能夠調(diào)整流量，主要在于其改變了煤粉的流通面積，調(diào)整了閥門(mén)的局部阻力，通過(guò)測(cè)試煤粉管線壓力和壓差等數(shù)據(jù)，獲得了煤粉循環(huán)系統(tǒng)在不同閥門(mén)開(kāi)度下煤粉流量調(diào)節(jié)閥和減壓器的壓降數(shù)據(jù)，以及各自壓降占輸送總壓降的比例，實(shí)驗(yàn)條件為保持給料罐與常壓粉倉(cāng)的壓差為4.4MPa，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，由于測(cè)壓點(diǎn)p1在煤粉流量調(diào)節(jié)閥下游不遠(yuǎn)處，近似認(rèn)為給料罐與p1的壓差是由閥門(mén)造成的，同樣地，近似認(rèn)為p3與常壓粉倉(cāng)之間的壓差是減壓器的壓降。

　　由表2可知，在閥門(mén)開(kāi)度低于40%時(shí)，閥門(mén)的局部阻力較大，閥門(mén)壓降占系統(tǒng)總壓降的分率較高：閥門(mén)開(kāi)度達(dá)到40%時(shí)，閥門(mén)壓降僅為系統(tǒng)總壓降的3.4%，而開(kāi)度為60%時(shí)，這一比例甚至低于1%，相反，在閥門(mén)開(kāi)度到40%時(shí)，減壓器的壓降分率超過(guò)80%，如此大的減壓器壓降，使其入口壓力能夠與氣化爐壓力匹配，對(duì)煤粉投料起到穩(wěn)定作用，但長(zhǎng)時(shí)間的煤粉循環(huán)，會(huì)對(duì)減壓器管壁造成磨損，所以需要采用耐磨材料。

表2 煤粉流量計(jì)調(diào)節(jié)閥和減壓器壓降特性

　　2.2、氣化爐運(yùn)行系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥性能

　　在氣化爐開(kāi)車(chē)過(guò)程中，測(cè)試了氣化爐運(yùn)行系統(tǒng)各參數(shù)，以研究煤粉流量調(diào)節(jié)閥性能(見(jiàn)表3)，受空分裝置影響，測(cè)試過(guò)程中氣化爐尚未達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行，每條煤粉管線的煤粉流量約為12t/h-13t/h。

表3 氣化爐運(yùn)行時(shí)2#煤粉管線相關(guān)參數(shù)

　　氣化爐運(yùn)行過(guò)程中，煤粉調(diào)節(jié)閥開(kāi)度為16%-18%，由表3可知，煤粉管線的總壓降即輸送壓差約為0.9MPa，其中煤粉流量調(diào)節(jié)閥的壓降約為0.6MPa-0.8MPa，閥門(mén)壓降占總壓降的分率高達(dá)70%-83%，煤粉流量調(diào)節(jié)閥成為該輸送系統(tǒng)壓降的最主要來(lái)源。

　　2.3、煤粉流量調(diào)節(jié)閥性能分析

　　中石化安慶分公司Shell粉煤氣化裝置的運(yùn)行實(shí)踐表明，該煤粉流量調(diào)節(jié)閥可在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)煤粉流量的調(diào)節(jié)，滿足氣化爐生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整的需求。

　　通過(guò)上述測(cè)試與分析，該閥門(mén)的性能及其操作仍有優(yōu)化的余地，例如，該套Shell煤氣化裝置一直在較低負(fù)荷下運(yùn)行，其煤粉流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度大多僅為16%-18%，正好處于流量調(diào)節(jié)閥最靈敏區(qū)段，閥門(mén)開(kāi)度每調(diào)整1%，其流量變化可達(dá)約740kg/h，對(duì)煤粉流量的平穩(wěn)調(diào)節(jié)帶來(lái)的難度較大，對(duì)此可以通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化閥門(mén)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)其開(kāi)度與煤粉流量的平緩變化關(guān)系，擴(kuò)大閥門(mén)的有效調(diào)節(jié)范圍，便于裝置的穩(wěn)定操作。

　　無(wú)論是在煤粉循環(huán)還是在氣化爐開(kāi)車(chē)運(yùn)行階段，閥門(mén)開(kāi)度較小時(shí)，會(huì)使閥門(mén)的壓降增加，造成系統(tǒng)能量消耗，同時(shí)由于流道減小引起的速度提升，會(huì)加速煤粉對(duì)閥芯表面的沖蝕，降低閥門(mén)的使用壽命，有研究報(bào)道，煤粉流量調(diào)節(jié)閥開(kāi)度減小時(shí)，煤粉輸送的穩(wěn)定性隨之變差，建設(shè)針對(duì)具體氣化爐的運(yùn)行負(fù)荷，采用改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度與煤粉輸送壓差相結(jié)合的手段進(jìn)行操作，避免為了控制煤粉流量，使調(diào)節(jié)閥開(kāi)度過(guò)小，閥門(mén)壓降過(guò)高，導(dǎo)致系統(tǒng)能量耗增加和閥門(mén)壽命縮短的后果。

3、結(jié)束語(yǔ)

　　煤粉氣化工藝中的煤粉流量調(diào)節(jié)閥對(duì)于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行作用重大，通過(guò)對(duì)Shell粉煤氣化裝置上煤粉流量調(diào)節(jié)閥的性能測(cè)試與研究，提出該閥門(mén)的結(jié)構(gòu)及其性能尚有可改進(jìn)之處，期待依靠自主創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出性能更優(yōu)的國(guó)產(chǎn)化煤粉流量調(diào)節(jié)閥，結(jié)合分析運(yùn)行裝置的條件以及閥門(mén)特性，提出在生產(chǎn)操作上可進(jìn)行調(diào)節(jié)與優(yōu)化，以達(dá)到延長(zhǎng)閥門(mén)使用壽命和降低生產(chǎn)能耗的目的。