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循環(huán)流化床氣化爐安全聯(lián)鎖系統(tǒng)淺析

文檔作者：范玉佼文檔來源：北京國石安康安全評價有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月29日
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煤化工與甲醇化 工 設(shè) 計 通 訊
Coal Cemical Methanol Chemical Engineering Design Communications
·20·
第43卷第9期
2017年9月
我國煤炭資源豐富，石油及天然氣資源相對匱乏，結(jié)合
我國能源現(xiàn)狀，發(fā)展煤化工對促進我國能源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)
展具有重大意義[1]，煤氣化是實現(xiàn)煤碳資源清潔高效利用的重
要途徑[2]。
目前我國工業(yè)燃氣市場通過煤氣化制取中低熱值燃氣所
用的氣化方式主要為固定床氣化，但該氣化技術(shù)需使用塊煤
為燃料，進場原料利用率低，操作復(fù)雜，單臺氣化爐產(chǎn)氣量低，
對環(huán)境污染嚴重，屬于將逐步淘汰的工藝[3]。與固定床氣化相
比，循環(huán)流化床氣化工藝煤種適應(yīng)性廣，可使用粉煤、碎煤
為原料，單臺氣化爐產(chǎn)氣量高，煤氣中基本不含焦油、酚類等，
減輕了工藝對水質(zhì)的污染，煤氣熱值達到工業(yè)燃氣市場的要
求，循環(huán)流化床氣化爐可滿足固定床氣化淘汰后工業(yè)燃氣市
場的需求。目前，針對循環(huán)流化床氣化爐安全運行的研究資
料相對較少，循環(huán)流化床氣化技術(shù)推廣使用需要可靠地安全
連鎖系統(tǒng)。本文針對循環(huán)流化床氣化爐安全連鎖裝置的設(shè)置
進行了探討。
1 循環(huán)流化床氣化工藝流程
碎煤經(jīng)皮帶送入煤斗，煤斗中的煤通過螺旋給煤機送入
氣化爐，通過改變給煤機轉(zhuǎn)速達到調(diào)節(jié)氣化爐給煤量的目的。
空氣由離心風(fēng)機供給，水蒸氣由氣化爐尾部余熱鍋爐供給，余
熱鍋爐故障時，由熱電部門提供備用蒸汽，空氣與水蒸氣經(jīng)
管道送入氣化爐風(fēng)室，經(jīng)安裝于布風(fēng)板上的風(fēng)帽進入氣化爐，
與爐內(nèi)燃料發(fā)生氣化反應(yīng)，釋放熱量并產(chǎn)生煤氣。
氣化后的高溫底渣經(jīng)氣化爐底部安裝的滾筒冷渣機冷卻
后排出氣化爐，經(jīng)皮帶輸渣機運至渣庫。氣化產(chǎn)生的高溫煤
氣從頂部離開氣化爐，經(jīng)兩級旋風(fēng)分離器分離出氣體攜帶的
固體顆粒后進入余熱鍋爐。一級旋風(fēng)分離器分離下的顆粒經(jīng)
一級料腿和U 型返料器返回氣化爐，二級旋風(fēng)分離器分離下
的飛灰冷卻后，經(jīng)排灰鎖斗系統(tǒng)進入飛灰緩沖罐，最終排入
灰?guī)欤煞忾]粉體車運走。
煤氣在余熱鍋爐冷卻后，經(jīng)布袋除塵器及水洗送出裝置
后，供下游燃氣窯爐使用。余熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽部分自用，剩
余部分作為副產(chǎn)品送出。
2 循環(huán)流化床安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)置
聯(lián)鎖系統(tǒng)的主要作用是生產(chǎn)過程中危險發(fā)生之前，對可
能造成的事故進行預(yù)判，并產(chǎn)生聯(lián)鎖動作支配相關(guān)設(shè)備，切
斷危險源，避免事故并降低誤操作可能帶來的危險，保障人
員安全，保證氣化設(shè)備的安全運行。聯(lián)鎖系統(tǒng)一般主要包括
觸發(fā)聯(lián)鎖的條件以及對應(yīng)的聯(lián)鎖動作。循環(huán)流化床氣化爐主
要的安全聯(lián)鎖如圖1 所示，其中左側(cè)為觸發(fā)聯(lián)鎖的主要參數(shù)，
右側(cè)為聯(lián)鎖觸發(fā)時的聯(lián)鎖動作。當(dāng)選取的主要參數(shù)達到設(shè)定
數(shù)值時立即觸發(fā)聯(lián)鎖動作。
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圖1 循環(huán)流化床氣化爐安全聯(lián)鎖示意圖
2.1 聯(lián)鎖條件的選取
氣化爐停爐、啟爐將導(dǎo)致后續(xù)煤氣用戶生產(chǎn)間斷及資源
浪費，大大降低企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)該
在保證裝置安全運行的條件下，選取必要的、合理的聯(lián)鎖條件，
避免因聯(lián)鎖條件選取不科學(xué)造成不必要停爐。
2.1.1 氣化爐溫度
氣化爐溫度是保障設(shè)備安全運行及煤氣品質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)
之一。循環(huán)流化床氣化爐屬于高物料濃度的流態(tài)化反應(yīng)器，
爐內(nèi)大量固體物料積蓄熱量，一般情況下氣化爐溫度變化較
小。對于空氣流量、蒸汽流量以及給煤波動造成的溫度變化，
操作人員可通過調(diào)節(jié)相應(yīng)氣體流量及給煤量，使溫度恢復(fù)正
常。對于氣化爐溫度降低或緩慢升高，可不設(shè)置聯(lián)鎖。但當(dāng)
給煤系統(tǒng)故障或系統(tǒng)返料故障時，由于密相區(qū)內(nèi)的碳濃度降
低，氧煤比短時間快速增大，極易導(dǎo)致氣化爐溫度迅速升高，
造成爐內(nèi)結(jié)渣，嚴重時會導(dǎo)致后續(xù)設(shè)備超溫損壞，因此，需
設(shè)定氣化溫度限值，當(dāng)溫度超限后觸發(fā)聯(lián)鎖動作，保護設(shè)備
安全。
2.1.2 給煤系統(tǒng)狀態(tài)
循環(huán)流化床氣化爐配備兩臺螺旋給料機（一用一備），保
障系統(tǒng)盡可能長時間穩(wěn)定運行，兩臺給煤機同時故障聯(lián)鎖。
（1）給煤電機電流。給煤機螺旋由尾部電機帶動，當(dāng)螺
旋中摻入雜物，或煤顆粒因高溫析出水分、焦油等出現(xiàn)黏結(jié)，
導(dǎo)致給煤螺旋的旋轉(zhuǎn)阻力增大，轉(zhuǎn)速降低或停轉(zhuǎn)，給煤電機
電流相應(yīng)增大。現(xiàn)場可安排人員進行盤車，若盤車無效，且
另一臺給煤機未處于正常工作狀態(tài)，則給煤機電流與氣化爐
溫度結(jié)合，當(dāng)氣化爐溫度超限后聯(lián)鎖自動關(guān)閉氣化爐送風(fēng)，
防止?fàn)t內(nèi)高溫結(jié)渣。
（下轉(zhuǎn)第90 頁）
摘 要：針對循環(huán)流化床氣化爐安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)置進行了分析，分析了循環(huán)流化床氣化爐聯(lián)鎖觸發(fā)條件的選取以及相關(guān)
聯(lián)鎖動作。為了避免系統(tǒng)不必要的停車，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)選取氣化爐溫度、給煤系統(tǒng)狀態(tài)、汽包液位、氣化爐蒸汽流量作為聯(lián)鎖
觸發(fā)條件，聯(lián)鎖動作主要針對氣化爐送風(fēng)系統(tǒng)、給煤系統(tǒng)及煤氣外供系統(tǒng)，并分析了上述聯(lián)鎖條件及聯(lián)鎖動作選取的原則和依據(jù)。
關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；氣化；安全；聯(lián)鎖
中圖分類號：TQ546 文獻標志碼：B 文章編號：1003–6490（2017）09–0020–02
Analysis on Safety Interlocking System of Circulating Fluidized Bed Gasifier
Fan Yu-jiao
Abstract ：Aiming at the setting of the safety interlocking system of the circulating fluidized bed gasifier， the selection of the
interlocking trigger condition of the circulating fluidized bed gasifier and the related interlocking action are analyzed. In order to avoid the
unnecessary parking system， the safety interlock system selects the gasifier temperature， the coal feeding system status， the drum level，
the gasifier steam flow as the interlocking trigger condition， the interlocking action mainly for the gasification furnace air supply system，
Coal supply system and gas supply system， and analyzed the interlocking conditions and interlocking action selection principle and basis.
Key words ：circulating fluidized bed ；gasification ；safety ；interlocking
循環(huán)流化床氣化爐安全聯(lián)鎖系統(tǒng)淺析
范玉佼
（北京國石安康安全評價有限公司，北京 100101）
收稿日期：2017–08–03
作者簡介： 范玉佼（1986—），女，河南漯河人，主要研究方向為化
學(xué)工業(yè)安全生產(chǎn)管理與防護。
萬方數(shù)據(jù)
工藝與設(shè)備化 工 設(shè) 計 通 訊
Technology and Equipment Chemical Engineering Design Communications
·90·
第43卷第9期
2017年9月
用情況對后續(xù)設(shè)備應(yīng)用帶來的影響，同時，也為了減少設(shè)備
應(yīng)用浪費現(xiàn)象的發(fā)生。需要相關(guān)人員及時對化工機械設(shè)備進
行清理，特別是要將機械設(shè)備中廢渣、廢液清理干凈，對受
到損壞以及容易受到損壞的物質(zhì)材料進行維護，對于發(fā)生腐
蝕比較嚴重的部位需要及時更換。
化工機械設(shè)備維修決策需要相關(guān)標準的支持，其中，化
工機械設(shè)備日常維修、保養(yǎng)標準為化工機械設(shè)備的維修決策
提供了重要的支持?；C械設(shè)備的維修操作需要考慮以下
幾個因素：①設(shè)備的運行狀況。②設(shè)備的狀態(tài)檢測情況。③
設(shè)備的應(yīng)用狀況和檢測根據(jù)。
2.2 化工機械設(shè)備保養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)
（1）設(shè)備的例行保養(yǎng)。設(shè)備的例行保養(yǎng)是機械設(shè)備操作
人員在每天應(yīng)用完設(shè)備之后對設(shè)備進行的保護，包括上班應(yīng)
用操作之前的例行檢查、具體應(yīng)用操作流程的保養(yǎng)、在節(jié)假
日之前對設(shè)備的清掃和整理。
（2）化工機械設(shè)備的一級保養(yǎng)（月保養(yǎng)）。這種保養(yǎng)是指
在化工機械設(shè)備運行到指定時間之后，設(shè)備的應(yīng)用轉(zhuǎn)為以操
作為主，以維修配合為輔。在設(shè)備一級保養(yǎng)操作之后，要安排
專門的設(shè)備員和技術(shù)員進行設(shè)備保養(yǎng)的驗收和評定，并做好
相應(yīng)的設(shè)備保養(yǎng)記錄，具體內(nèi)容包括設(shè)備的應(yīng)用、設(shè)備的檢修、
設(shè)備的清洗、設(shè)備各個部位的配合、設(shè)備主要電器的單元控制。
（3）化工機械設(shè)備的二級保養(yǎng)（年保養(yǎng)）。這種保養(yǎng)是指
在化工機械設(shè)備運行一年之后，以機械設(shè)備的維修作為主要、
以機械設(shè)備的操作作為輔助?；C械設(shè)備二級保養(yǎng)的內(nèi)容
主要包括以下幾點：對化工機械設(shè)備一級保養(yǎng)規(guī)定內(nèi)容的檢
查、保養(yǎng)和維護；及時更新和替換受到損壞的化工機械設(shè)備；
徹底清理化工機械設(shè)備的水箱、油箱、齒輪箱等；對化工機
械設(shè)備主要的電氣、電線路進行檢查。
3 結(jié)束語
綜上所述，化工產(chǎn)業(yè)是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱產(chǎn)
業(yè)，對促進我國國民經(jīng)濟發(fā)展起到了十分重要的作用。伴隨
社會經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展，化工機械設(shè)備管理操作水平也
得到了提升。但基于化工機械設(shè)備應(yīng)用操作的復(fù)雜，為了能
夠保證化工機械設(shè)備的有效應(yīng)用，需要相關(guān)人員結(jié)合實際進
一步完善化工機械設(shè)備的管理和維修保養(yǎng)。
參考文獻
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（上接第20頁）
（2）給煤斗料位。給煤斗位于螺旋給料機上方，通過閘
板閥與給煤螺旋相連，給煤螺旋與煤斗中的物料共同提供料
封，防止氣化爐內(nèi)高溫氣體反竄進入煤斗。當(dāng)煤斗中料位過
低時，料封失效，氣化爐內(nèi)的高溫煤氣將反竄進入煤斗，極
易引發(fā)給煤系統(tǒng)的重大事故。因此，當(dāng)給煤斗中料位過低時，
應(yīng)立即關(guān)閉給煤斗下方的閘板閥，切斷煤斗與氣化爐的通路，
防止高溫煤氣進入給煤系統(tǒng)。
2.1.3 汽包液位
余熱鍋爐汽包配備自動上水系統(tǒng)，當(dāng)液位低時自動保護系
統(tǒng)將加大上水量，鍋爐給水泵發(fā)生故障時，備用泵將自動開啟。
若汽包液位過低則表明汽包中嚴重缺水，自動保護系統(tǒng)已無
法保證系統(tǒng)安全，如果不采取措施將導(dǎo)致鍋爐損壞，同時蒸
汽斷供也會造成氣化爐溫度快速升高，因此，當(dāng)汽包液位過
低時應(yīng)立即聯(lián)鎖停爐，避免發(fā)生安全事故造成人員或財產(chǎn)損
失。
2.1.4 氣化爐蒸汽流量
氣化爐蒸汽主要用于控制氣化爐內(nèi)溫度，同時作為氣化
劑參與氣化反應(yīng)，此外蒸汽還用于U 型返料器的返料風(fēng)。當(dāng)
余熱鍋爐供汽異常時，蒸汽管路切換為外部熱電部門供汽，
若外部供汽或蒸汽管路出現(xiàn)故障時，氣化爐的蒸汽流量降低，
進入氣化爐的冷量減少，同時由于返料風(fēng)降低，返送回爐膛
的循環(huán)物料減少，多重影響下會使氣化爐溫度快速升高，此
時應(yīng)立即聯(lián)鎖，防止氣化爐超溫結(jié)渣。
2.2 聯(lián)鎖動作
循環(huán)流化床氣化爐是氣化系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置，氣化爐安全
聯(lián)鎖系統(tǒng)的主要作用是當(dāng)相關(guān)監(jiān)測參數(shù)值達到觸發(fā)條件時，
觸發(fā)相關(guān)聯(lián)鎖動作，實現(xiàn)氣化系統(tǒng)安全停車。熱態(tài)停車時氣
化系統(tǒng)中仍積存較多煤氣，且系統(tǒng)處于高溫狀態(tài)，此時應(yīng)對
氣化爐送風(fēng)系統(tǒng)、給煤系統(tǒng)及煤氣外供系統(tǒng)等綜合進行考慮，
保障設(shè)備及人員安全。
2.2.1 送風(fēng)系統(tǒng)
氣化裝置聯(lián)鎖時，切斷入爐空氣，逐漸停止離心風(fēng)機，關(guān)
閉空氣管路閥門，蒸汽流量增大，當(dāng)氣化爐溫度降低后，關(guān)
閉蒸汽管路閥門。因蒸汽流量過低發(fā)生聯(lián)鎖時，應(yīng)切斷蒸汽
管路閥門。
氣化裝置停車后，氣化爐床層內(nèi)仍有較多未反應(yīng)碳，且
爐內(nèi)及管道內(nèi)充斥煤氣，空氣可繼續(xù)與碳反應(yīng)，若空氣過量
可能會與煤氣反應(yīng)，導(dǎo)致爆炸，因此必須切斷空氣。風(fēng)機應(yīng)
逐漸關(guān)閉，防止因流化風(fēng)驟停造成爐內(nèi)床料突然下落，導(dǎo)致
熾熱床料及煤氣倒灌入空氣管路。風(fēng)機停止后關(guān)閉管路閥門，
防止煤氣進入管路。
蒸汽作為冷卻介質(zhì)，冷卻床料及設(shè)備溫度，同時將床內(nèi)
煤氣置換出系統(tǒng)。若蒸汽流量低發(fā)生聯(lián)鎖，應(yīng)關(guān)閉蒸汽管路
閥門，防止煤氣擴散。
2.2.2 給煤系統(tǒng)
非給煤系統(tǒng)故障導(dǎo)致的聯(lián)鎖觸發(fā)，需停止給煤機，切斷
系統(tǒng)給煤。若因給煤系統(tǒng)故障觸發(fā)聯(lián)鎖，停止給煤機的同時
需關(guān)閉給煤斗下方閘板閥。
裝置停車后，如果繼續(xù)向氣化爐加煤，由于爐內(nèi)高溫到
無氧氣供應(yīng)，加入的煤在高溫條件下熱解產(chǎn)生焦油，易造成
尾部管道及設(shè)備堵塞或損壞。給煤系統(tǒng)故障時，煤氣可能會
反竄進入煤斗，因此給煤系統(tǒng)故障聯(lián)鎖時，應(yīng)切斷給煤機并
關(guān)閉煤斗下方閘板閥。
2.2.3 煤氣外供系統(tǒng)
裝置聯(lián)鎖觸發(fā)后，應(yīng)切斷煤氣外供至管網(wǎng)閥門，開啟放
散閥門。
裝置停車后，氣化產(chǎn)生的煤氣產(chǎn)量及熱值均發(fā)生變化，
已經(jīng)無法滿足煤氣用戶的需求，為防止不合格煤氣對后續(xù)系
統(tǒng)的影響，應(yīng)關(guān)閉煤氣至管網(wǎng)閥門，將煤氣直接送至火炬燃燒。
3 結(jié)束語
循環(huán)流化床氣化爐是氣化系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，安全聯(lián)鎖
系統(tǒng)應(yīng)圍繞氣化爐進行設(shè)立。在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的前
提下，選擇合理的聯(lián)鎖條件，當(dāng)氣化爐溫度、給煤系統(tǒng)狀態(tài)、
汽包液位、氣化爐蒸汽流量達到觸發(fā)參數(shù)設(shè)定值時，觸發(fā)氣
化爐送風(fēng)系統(tǒng)、給煤系統(tǒng)及煤氣外功系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖動
作，保證氣化裝置安全停車。
參考文獻
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