气态悬浮焙烧炉两种燃烧站的应用比较

摘 要Smith公司与Jasper公司燃烧站在气态悬浮炉(GSC)上的应用进行对比分析,指出两套燃烧站系统在技术上、应用上的区别及各自的利弊。

关键词气态悬浮炉;燃烧站;煤气检漏

中图分类号TF821文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0130-02

近几年国内氧化铝行业建成投用了很多焙烧炉,其中以气态悬浮炉(G.S.C)为主。其中某厂现有5台气态悬浮焙烧炉,2#炉是我国氧化铝行业中首次引进的气态悬浮炉(G.S.C),也是世界上第一台使用发生炉煤气作为燃料的气态悬浮炉,设计产能1300T/d,负压操作,1992年投产运行。3#、4#、5#、6#气态悬浮炉在1994年、2002年、2004年又相继建成投产,分别以发生炉煤气、焦炉煤气做为燃料,气态悬浮焙烧炉工艺流程图如图1所示:

图1气态悬浮焙烧炉工艺流程图

气态悬浮炉共有四套燃烧站:主燃烧站V19以煤气为燃料,是气态悬浮炉的主要热发生源;V08是点火燃烧站以煤气为燃料,为V19主燃烧站的点火提供明火;T11为干燥热发生器以煤气做为燃料,用于提高废气温度,避免废气温度低于酸露点对电收尘造成腐蚀;T12为起动热发生站,主要用于气态悬浮炉的烘炉,提高衬体温度,以柴油做为燃料。2#、3#炉使用的燃烧站为丹麦Smith公司提供的技术及设备,4#炉为德国Jasper公司提供的,这两家公司的燃烧站在许多方面有不同之处,也各有利弊。

湿Al(OH)3进入AO2文丘里冲散预热,经过PO1、PO2完成干燥、预热后进入PO4高温焙烧,高温Al2O3通过PO3进入CO1-CO4进行4级旋风冷却和一级流化冷却,产品进入氧化铝贮运系统。焙烧所需热量由煤气提供,从AO7进入的燃烧空气与高温氧化铝进行热交换,在氧化铝被冷却的同时空气被预热至800—900℃,进入主炉PO4与煤气燃烧,产生的高温烟气对氢氧化铝干燥预热后经电收尘排入大气。

1两种燃烧站对比

1.1燃料及烧嘴

Smith燃烧站使用发生炉煤气为燃料,热值低(QL=5.4MJ/Nm3)。Jasper燃烧站以焦炉煤气为燃料,热值较高(QL=15.6MJ/Nm3),约为发生炉煤气热值的3倍,氢气含量高,燃烧速度快,煤气消耗量少,故煤气管道、烧嘴尺寸较小。

单支烧嘴的结构也发生改变,与Smith相比,Jasper烧嘴出口由圆锥面变为球面,孔数由16眼变为17眼,其中烧嘴球面最前端有一眼,防止煤气杂质堵塞孔眼。

1.2V19流量控制方式对比

Smith主燃烧站V19有12支烧嘴,分上下二层在主炉PO4均匀分布,每支烧嘴均装有手动控制阀门,煤气流量控制主要由计算机通过调节主管道上的V02阀来实现。在燃气进行低流量调整时需操作工在现场调整烧嘴阀门,由于中心与现场通讯不便造成操作与命令的滞后性,会导致炉温较大波动,尤其是V19起动初期,有时会因温度波动报警导致燃烧站灭火,甚至会造成燃气突增,燃烧不完全,给安全带来极大隐患。Jasper主燃烧站除保留Smith控制方式外,还在上层120℃分布增加三个电动调节阀,可对3支烧嘴进行小流量调节,增强了中心对V19煤气小流量的调节功能,避免了上述不利影响的发生。

特别是当V19煤气用量较小时,通过这3支可调节煤气流量的烧嘴来保证其它烧嘴的煤气喷出速度,防止烧嘴的喷出速度降低,将烧嘴烧坏或产生回火现象。

1.3起动热发生器T12

T12为起动热发生站,从上表看出4#炉有更多的功能,柴油流量有所增加,增强了烘炉能力,有利于主炉温度提高,使主炉燃烧站更快、更及时点火;增加流量计后,有利于掌握燃料消耗;T12燃烧对CO2温度的自动控制,使烘炉可以自动操作,根据烘炉温度调整燃料用量也使烘炉更为准确有效进行。

1.4煤气安全检漏对比

燃烧站在使用时为保证安全,必须确认烧嘴前两道截止阀不能发生泄漏。smith与Jasper检漏方法不同。(以T11为例,V19、V08与之相同)。

PI03为smith公司检漏压力检测

虚线画出的PS为4#炉Jasper公司的检漏压力开关

图2T11点火燃烧站示意图

Smith公司煤气安全检漏系统在点火时、灭火时判断V04、V05是否泄漏。点火前,V02、V03、V04为关闭状态,点火时,V02打开30%,V05关闭,燃料送至V03阀前,如PI03压力高报,说明V03发生泄漏;灭火前V05一直关闭;灭火时V03、V04关闭。如PI03压力低报说明V04、V05发生泄漏。

Jasper公司煤气安全检漏在点火前一次完成,点火前,V02、V03、V04为关闭状态,V05为打开状态,点火时,V02打开10%。燃料送至V03阀前,关闭V05进行检漏,如压力开关PSH不高报说明V03未发生泄漏,如高报说明V03泄漏通过后,V03检漏打开V03再关闭,使V03与V04之间充满煤气,在规定时间内如压力开关PSL不低报说明V04、V05未能发生泄漏,则V03将打开,等待现场最后确认起动。如低报则说明V04、V05有泄漏,燃烧站立即停止下一步工作。以上可看出Jasper公司在点火前检漏全部完成,以防止泄漏,Smith公司点火前,灭火后各检漏一道阀门,它可发现燃烧站长期运行停车后,阀门粘上煤焦油或其它原因关闭不严所造成安全隐患。

1.5燃烧站起动步骤区别

Smith燃烧站起动停止步骤(以V08为例说明)

1)现场启动或中心启动时,在安全链正常的条件下,计算机发出启动命令,点火燃烧器站进入启动过程:助燃风风机M12启动;9秒后助燃风风门V11打开,管道吹扫40秒;放散阀V05关闭;泄漏检测逻辑控制启动并运行18秒;点火枪进入;煤气截止阀V03、VO4打开;点火枪放电5秒;点火枪退出;火焰扫描控制投入。

2)停车过程。煤气截止阀V03、V04关闭;泄漏检测逻辑控制启动并运行18秒;助燃风风门V11关闭;风机M12停止运行;放散阀V05打开,设备进行下次启动。

Jasper燃烧站起动步骤与Smith燃烧站大体一样,也是先启动助燃风风机,管道吹扫、检漏、点火。在细节上有所区别:检漏方式不一样,前面已有介绍;Smith燃烧站点火时同时打开V03、VO4进行点火;Jasper燃烧站检漏完成后先打开V03,由操作工现场压下启动、V04打开按钮点火;吹扫时间,2#、3#炉Smith燃烧站吹扫40秒,4#炉Jasper吹扫8-12分钟。气态悬浮炉有主风机,系统为负压操作,关于点火本身系统就有严格操作规程和吹扫制度,Jasper单台燃烧站设定吹扫时间偏长;Jasper公司燃烧站起动步骤逐步显示,清晰明了,故障易判断。

1.6操作程序对比

Smith燃烧站的操作现场可进行,现场控制室有流程图及操作仪表,可观测起动各步骤,检查报警内容等;中心有开、停命令及反馈,并能将现场运行切换为中心运行,进行计算机操作。Jasper燃烧站现场与Smith燃烧站具有同等内容,但是计算机中心起动时仍需操作工去现场最后确认执行,并且现场运行无法直接切换为中心运行。

比较这两种操作,Jasper燃烧站在计算机中心增加了对现场信息的取得,在操作上主控室与现场获得同等信息,更有利于操作;计算机中心起动最后须现场确认,是基于起动时现场必须有人监护的思想考虑的;现场运行后无法切换到计算机中心操作,则减少了操作功能,不利于设备故障的迅速恢复。

1.7通迅方式比较

Smith公司所有燃烧站与中心的信号通过逐点硬线连接来实现。Jasper公司利用Modbus协议,实现现场可编程后控制器(PC)和集散系统(DOS)之间总线通讯方式,先进性在于Honeywell的TPS系统和simens的S7-300在有色行业及至整个国内首次实现了总线直接通讯,可以通过软件修改方便地增改现场信号,可以实现双向读/写操作。

1.8安全链构成区别

燃烧站在点火和运行过程中,其安全条件都必须始终完全满足。以V08点火燃烧器站来分析。

1.9燃烧站与GSC系统的联锁区别

由于煤气易燃易爆以及满足工艺、设备的要求,Smith与Jasper均设计了许多GSC系统与燃烧站的联锁:风机起动后4套燃烧站有操作联锁,才允许启动;P02、P01排气温度高限与V19燃烧站的安全联锁;AO2出口温度高限与T11的安全联锁;V08运行和P04进口温度与V19的起动联锁;P04主炉温度高限与V19的安全联锁。

这三台炉子燃烧站与系统的联锁有些区别:JasperV08运行对V19为安全联锁,有利于安全操作,Smith没有此联锁;Jasper当P01A4,即一氧化碳含量高报0.6%时,4套燃烧站全部联锁灭火。Smith只与电收尘联锁,不与燃烧站联锁不利于GSC的安全运行,应该增加此联锁。

2结束语

Jasper燃烧站应用了一些新技术,增加了一些使用功能,并根据Smith燃烧站的运行经验,在与GSC的联锁上做了一些改进。Smith燃烧站在2#、3#炉的应用上也有许多独到的地方。两种燃烧站在应用中各有利弊。3台GSC燃烧站在工艺联锁上应继续深入做一些工作,在新建焙烧炉选择燃烧站时,把两种燃烧站的优势集中起来,以使GSC能更加安全可靠,操作更简单,运行更稳定。

作者简介

王志英,工程师,1998年7月毕业于中南工业大学,从事氧化铝设备管理工作。

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