煤粉流量調節(jié)閥在國內氣流床粉煤氣化裝置中廣泛使用，對于調節(jié)控制煤粉流量發(fā)揮著重要作用，在中國石化安慶分公司的Shell煤氣化裝置上，對進口煤粉流量調節(jié)閥進行性能測試和研究，結果表明，該煤粉流量調節(jié)閥在其開度低于20%時，閥門開度變化對流量的調節(jié)最為敏感，開度大于40%后，幾乎沒有調節(jié)流量的作用。分別給出了在煤粉循環(huán)系統(tǒng)和氣化爐運行系統(tǒng)中該調節(jié)閥的壓降特性及其壓降占系統(tǒng)總壓降的分率值，并對提升閥門性。

　　氣流床粉煤氣化因其在煤種適應性和設備使用壽命等方面的優(yōu)勢，已越來越多地應用于各類化工生產。粉煤加壓高濃度氣力輸送是一個復雜的過程，更是粉煤加壓氣化的關鍵技術之一。實現(xiàn)粉煤高濃度、穩(wěn)定以及可控的氣力輸送，是粉煤氣化裝置實現(xiàn)長周期運行的必要前提。通常改變煤粉輸送壓差或者輸送氣量，能在一定程度上調節(jié)煤粉流量，但是這種調節(jié)方式不夠靈活，且調節(jié)范圍有限，目前已經開車運行的氣流床煤粉氣化裝置上，大都采用特殊結構的進口或國產煤粉流量調節(jié)閥來調節(jié)控制煤粉流量，該閥門成為粉煤氣化裝置上的關鍵閥門之一。但是，由于生產裝置平穩(wěn)運行的需要，人們在對該閥門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，在中國石化科技項目支持下，中國石化安慶分公司、寧波工程公司和華東理工大學合作，在中國石化安慶分公司Shell煤氣化裝置上的粉煤輸送系統(tǒng)上，開展了進口煤粉流量調節(jié)閥性能的測試研究。本文介紹了對該裝置中煤粉流量調節(jié)閥主要工藝性能的研究結果，包括閥門開度與煤粉流量的關系和閥門壓降特性等，以期對閥門結構及性能優(yōu)化、裝置操作參數(shù)優(yōu)化等提供有益的參考。

1、實驗部分

　　中國石化安慶分公司采用Shell粉煤氣流床氣化工藝生產合成氣化工藝生產合成氣，煤氣化裝置運行不斷實現(xiàn)新突破，保持著同類型裝置連續(xù)運行的最長記錄。該Shell粉煤氣化的供料系統(tǒng)采用A B雙系列、雙下料的給料罐結構，分別向4條煤粉管線輸送煤粉，并通過4個煤燒嘴進入氣化爐，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個煤粉流量調節(jié)閥(13FV0101，13FV0201，13FV0301和13FV0401)分別設置在給料罐A\B下方的4條煤粉管線上(見圖1)，用于調節(jié)煤粉流量。

圖1 煤粉流量調節(jié)閥

　　煤粉從給料罐出料，在高壓氮氣作用下，經過煤粉流量調節(jié)閥，沿程通過3段彎管、約31.5m的豎直上管線以及約13.9m的水平管線達到煤燒嘴所在平臺，在進入煤燒嘴之前，各路管線上均設有煤粉三通閥，經過三通閥的煤粉或通過煤燒嘴進入氣化爐，或通過煤粉循環(huán)管線送回常壓煤粉倉。該循環(huán)管線的設置目的：一是用于標定或校核煤粉管線上的煤粉計量系統(tǒng)：二是用于煤粉投料之關預先建立起穩(wěn)定的煤粉流量，通過三通閥可直接將煤粉切入氣化爐內，所以在循環(huán)管線上設置了一個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)停車時，切換閥門將煤粉送入常壓粉倉，由此可見，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行系統(tǒng)(見圖2a和圖2b)。

圖2 Shell氣化裝置2#煤粉管線簡圖

　　在該工業(yè)裝置上選取2#煤粉管線上的煤粉流量調節(jié)閥為研究對象，輸送管線上的壓力分別通過設在豎直管線的測壓點(13PI0201，記為p1)、三通閥前的測壓點(13PI0202，P2)以及在循環(huán)管線減壓器(X-1311B)前端的測壓點(13PI0204，記為p3)測量。煤粉輸送量則通過設置在豎直管線上的速度計(13SIC0201)和煤粉密度計(13DI0201)進行測量。煤粉流量調節(jié)閥開度可在DCS系統(tǒng)上調節(jié)，并實時觀測記錄。

2、結果與討論

　　2.1、煤粉循環(huán)系統(tǒng)的調節(jié)閥性能

　　氣化爐開車前，在煤粉循環(huán)系統(tǒng)中，保持給料罐A的壓力一定，煤粉速度設定為約7m/s，逐漸改變粉煤流量調節(jié)閥的閥門開度，獲得一系列與之對應的煤粉流量以及工況條件(見表1)，同時記錄下各測壓點的壓力數(shù)值。

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

　　圖3給出了2#煤粉管線中不同閥門開度下的煤粉流量變化情況，由圖3可知，閥門開度較小時(<40%)，其變化引起的煤粉流量變化幅度較大，當閥門開度大于40%后，煤粉流量幾乎不再發(fā)生變化，即調節(jié)閥對煤粉流量已基本無調節(jié)作用。

圖3 閥門開度與流量的關系

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

圖4 閥門開度與流量變化量的關系

　　煤粉流量調節(jié)閥之所以能夠調整流量，主要在于其改變了煤粉的流通面積，調整了閥門的局部阻力，通過測試煤粉管線壓力和壓差等數(shù)據，獲得了煤粉循環(huán)系統(tǒng)在不同閥門開度下煤粉流量調節(jié)閥和減壓器的壓降數(shù)據，以及各自壓降占輸送總壓降的比例，實驗條件為保持給料罐與常壓粉倉的壓差為4.4MPa，測試結果見表2，由于測壓點p1在煤粉流量調節(jié)閥下游不遠處，近似認為給料罐與p1的壓差是由閥門造成的，同樣地，近似認為p3與常壓粉倉之間的壓差是減壓器的壓降。

　　由表2可知，在閥門開度低于40%時，閥門的局部阻力較大，閥門壓降占系統(tǒng)總壓降的分率較高：閥門開度達到40%時，閥門壓降僅為系統(tǒng)總壓降的3.4%，而開度為60%時，這一比例甚至低于1%，相反，在閥門開度到40%時，減壓器的壓降分率超過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，對煤粉投料起到穩(wěn)定作用，但長時間的煤粉循環(huán)，會對減壓器管壁造成磨損，所以需要采用耐磨材料。

表2 煤粉流量計調節(jié)閥和減壓器壓降特性

　　2.2、氣化爐運行系統(tǒng)的調節(jié)閥性能

　　在氣化爐開車過程中，測試了氣化爐運行系統(tǒng)各參數(shù)，以研究煤粉流量調節(jié)閥性能(見表3)，受空分裝置影響，測試過程中氣化爐尚未達到設計負荷運行，每條煤粉管線的煤粉流量約為12t/h-13t/h。

表3 氣化爐運行時2#煤粉管線相關參數(shù)

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

　　2.3、煤粉流量調節(jié)閥性能分析

　　中石化安慶分公司Shell粉煤氣化裝置的運行實踐表明，該煤粉流量調節(jié)閥可在較大范圍內實現(xiàn)煤粉流量的調節(jié)，滿足氣化爐生產負荷調整的需求。

　　通過上述測試與分析，該閥門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荷下運行，其煤粉流量調節(jié)閥的開度大多僅為16%-18%，正好處于流量調節(jié)閥最靈敏區(qū)段，閥門開度每調整1%，其流量變化可達約740kg/h，對煤粉流量的平穩(wěn)調節(jié)帶來的難度較大，對此可以通過進一步優(yōu)化閥門結構，實現(xiàn)其開度與煤粉流量的平緩變化關系，擴大閥門的有效調節(jié)范圍，便于裝置的穩(wěn)定操作。

　　無論是在煤粉循環(huán)還是在氣化爐開車運行階段，閥門開度較小時，會使閥門的壓降增加，造成系統(tǒng)能量消耗，同時由于流道減小引起的速度提升，會加速煤粉對閥芯表面的沖蝕，降低閥門的使用壽命，有研究報道，煤粉流量調節(jié)閥開度減小時，煤粉輸送的穩(wěn)定性隨之變差，建設針對具體氣化爐的運行負荷，采用改變調節(jié)閥開度與煤粉輸送壓差相結合的手段進行操作，避免為了控制煤粉流量，使調節(jié)閥開度過小，閥門壓降過高，導致系統(tǒng)能量耗增加和閥門壽命縮短的后果。

3、結束語

　　煤粉氣化工藝中的煤粉流量調節(jié)閥對于實現(xiàn)生產系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行作用重大，通過對Shell粉煤氣化裝置上煤粉流量調節(jié)閥的性能測試與研究，提出該閥門的結構及其性能尚有可改進之處，期待依靠自主創(chuàng)新，開發(fā)出性能更優(yōu)的國產化煤粉流量調節(jié)閥，結合分析運行裝置的條件以及閥門特性，提出在生產操作上可進行調節(jié)與優(yōu)化，以達到延長閥門使用壽命和降低生產能耗的目的。