杜孟洪，程書花

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司二期項(xiàng)目為40萬t/a醋酸裝置，由兩臺五環(huán)爐干煤粉加壓氣化爐提供原料氣。五環(huán)爐干煤粉氣化技術(shù)原料為干煤粉，采用氣流床加壓氣化工藝，因此煤粉系統(tǒng)的穩(wěn)定是五環(huán)爐長周期、穩(wěn)定運(yùn)行的先決條件。

五環(huán)爐煤粉輸送系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)煤粉管道堵塞、煤粉流量不穩(wěn)定、煤粉取煤口管道扭曲斷裂、煤線取煤口高度和流化板底部流化氣量不合適等問題。針對這些影響五環(huán)爐煤粉輸送系統(tǒng)的問題進(jìn)行大量系統(tǒng)性研究，制定了多項(xiàng)改進(jìn)方案，實(shí)現(xiàn)了煤粉輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定。

1 煤粉輸送系統(tǒng)工藝流程

原煤經(jīng)磨煤機(jī)破碎到適于氣化的粒度，同時(shí)使用加熱的惰性氣流將其水分干燥到符合輸送要求。經(jīng)研磨的干燥煤粉由低壓氮?dú)馑偷矫旱募訅汉徒o料系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括煤粉倉、鎖斗和煤粉給料倉。通過煤粉給料倉由高壓CO2(或氮?dú)?作為底部流化板的流化用氣，由煤粉給料倉罐體側(cè)壁的4條煤線輸送至五環(huán)爐爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒氣化。

五環(huán)爐煤粉給料倉采用上出料方式，1個(gè)給料倉輸出4條煤線[1](見圖1)。此方式不同于殼牌給料倉的底部出料，1個(gè)給料倉輸出2條煤線的方式。

圖1 煤粉給料倉

2 五環(huán)爐煤粉輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究

五環(huán)爐煤氣化工藝是煤粉在高溫下發(fā)生的熱化學(xué)反應(yīng)。氣化反應(yīng)不僅與氣化溫度、壓力、反應(yīng)時(shí)間有關(guān)，而且還受進(jìn)料組分的濃度、溫度及其他因素(煤的粒度、灰分、灰熔點(diǎn)及黏溫特性等)的影響，是一個(gè)受眾多因素制約和作用的復(fù)雜反應(yīng)過程。

從煤粉給料倉來的煤粉經(jīng)計(jì)量后，與輸送煤粉用的高壓N2/CO2送入煤燒嘴4條煤線的中心管。來自空分裝置的4.52MPa(g)、25℃的氧氣經(jīng)氧氣預(yù)熱器加熱到180℃后，與少量中壓過熱蒸汽混合進(jìn)入燒嘴的外環(huán)隙。在五環(huán)爐內(nèi)，經(jīng)4個(gè)煤燒嘴噴入的煤粉與氧氣發(fā)生部分氧化反應(yīng)(見圖2)。

圖2 煤線輸送流程

在五環(huán)爐運(yùn)行過程中，氧/煤比(即是氧氣流量與煤粉流量的比值)是主要調(diào)節(jié)參數(shù)，五環(huán)爐的溫度與產(chǎn)出粗煤氣的氣體組分均由氧/煤比控制。氧氣流量由流量計(jì)直接測量，通過溫壓補(bǔ)償運(yùn)算后得出；通過速度測量儀以及帶放射源的密度計(jì)測量出煤粉的輸送速度和懸浮密度(該密度里去除了載氣的影響)，利用煤粉的輸送速度和懸浮密度計(jì)算出煤粉的實(shí)際流量值。因此，煤粉輸送時(shí)，如果流化不均勻，或煤粉管道進(jìn)入異物，將會使煤粉密度忽高忽低或煤粉密度測量不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響煤粉流量控制，使五環(huán)爐溫度失控，易造成垮渣現(xiàn)象，威脅五環(huán)爐穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)必須停車處理。

3 五環(huán)爐煤粉輸送系統(tǒng)的問題及技術(shù)改造

3.1 煤鎖斗充氣錐、管道充氣器損壞

3.1.1原因及影響

鎖斗充氣錐和管道充氣器是防止鎖斗中粉煤架橋和保證煤粉正常下料的關(guān)鍵設(shè)備[2]。目前，五環(huán)爐的煤鎖斗安裝使用的充氣錐內(nèi)件為金屬絲網(wǎng)，在煤鎖斗頻繁的充泄壓和排堵操作中，由于差壓較大，極易造成設(shè)備的損壞，進(jìn)而造成下料不暢，影響煤線的波動和氣化爐負(fù)荷的提升，甚至造成燒嘴的偏燒和跳車，因一臺五環(huán)爐只有一套給料系統(tǒng)，故煤鎖斗充氣錐出現(xiàn)嚴(yán)重問題時(shí)，只能停五環(huán)爐處理。

3.1.2技術(shù)改造方案

(1)增加煤鎖斗充壓保護(hù)聯(lián)鎖。將煤鎖斗充壓閥最大限度設(shè)定為35%，并將煤鎖斗笛管充壓管線與煤鎖斗壓差控制在0.4MPa以內(nèi)，否則會觸發(fā)聯(lián)鎖保護(hù)動作關(guān)閉充壓閥。

(2)取消煤鎖斗充氣錐原設(shè)計(jì)的金屬絲網(wǎng)，制作等徑的316不銹鋼圓筒，在圓筒上打φ5的孔，孔間距為20mm，呈菱形分布，用以代替原設(shè)計(jì)的充氣錐內(nèi)件(見圖3)。

圖3 煤鎖斗充氣錐(V03204A/B)改造后

3.2 煤粉給料倉內(nèi)部煤線變形或斷裂

3.2.1現(xiàn)象與影響

五環(huán)爐煤粉給料倉設(shè)計(jì)為上出料方式，底部設(shè)置流化板，4條煤線距離取煤口一段高度。在流化板底部通高壓N2/CO2使煤粉流化，通過煤粉給料倉與氣化爐壓差來輸送煤粉。五環(huán)爐試運(yùn)行時(shí)，煤線均出現(xiàn)大幅震蕩，煤線波動較大，頻繁跳燒嘴，經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)，煤粉給料倉內(nèi)部煤線取煤口發(fā)生較大扭轉(zhuǎn)，煤線與給料倉內(nèi)部接口處發(fā)生斷裂的情況(見圖4、圖5)。

圖4 煤線變形

圖5 煤粉給料倉內(nèi)部接口處斷裂

3.2.2技術(shù)改造方案

在煤粉給料倉內(nèi)部煤線上部左右對稱增加2條20mm×200mm(厚×寬)不銹鋼拉板，并在煤線中間段增加2條同樣的拉板(見圖6)。技術(shù)改造后，徹底解決了煤粉給料倉內(nèi)煤線彎曲及斷裂的問題，運(yùn)行一個(gè)長周期后，對煤粉給料倉內(nèi)部煤線進(jìn)行檢查，效果比較理想(見圖7)。

圖6 煤線技術(shù)改造后

圖7 煤線運(yùn)行后檢查情況

3.3 給料倉煤粉管道頻繁堵塞

給料倉設(shè)計(jì)采用上出料方式輸送，流化板位于底部，煤粉管道距流化板間距原設(shè)計(jì)僅60mm，因此，如煤粉中有大塊或較硬的固體雜質(zhì)，在運(yùn)行中易被吹入煤粉管道中，造成管道堵塞，嚴(yán)重時(shí)甚至造成停車事故。為解決煤粉管道堵塞的問題進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，選取煤粉管線直徑40mm大小的煤塊20塊，底部通入不同的流化氣量觀察煤塊的流化狀態(tài)及高度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 給料倉流化板流化氣量實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：為保證流化板的流化效果，需將實(shí)驗(yàn)中的所有煤塊吹起，考慮到氣量消耗、氣量越大流化板上的煤粉密度越小，越影響煤線穩(wěn)定等因素，最終將流化氣量設(shè)定在1 100 Nm3/h，煤粉管道距流化板間距80mm。在正常運(yùn)行期間效果比較理想，基本解決了大煤粉顆粒堵塞煤粉管道的問題。

3.4 常壓倉裝料袋濾器內(nèi)煤粉，下料不暢

3.4.1原因與影響

常壓倉裝料袋濾器是將煤鎖斗和煤粉給料倉泄壓時(shí)高壓N2/CO2帶出的煤粉通過濾袋過濾回收，并經(jīng)旋轉(zhuǎn)螺旋送回煤粉常壓倉。在常壓倉裝料袋濾器內(nèi)部，煤粉是通過自重下落進(jìn)入螺旋輸送的，因煤粉中水分<2%，且N2/CO2在泄壓過程中溫度會急劇下降，導(dǎo)致水分冷凝析出，從而使煤粉在常壓倉裝料袋濾器底部結(jié)塊，導(dǎo)致下料不暢。一旦煤粉出現(xiàn)結(jié)塊，必須盡快清理，但煤粉在清理過程中易造成大面積環(huán)境污染，且堆積過多易自燃甚至爆炸，非常危險(xiǎn)。大量的煤塊如果通過螺旋送入煤粉常壓倉，會對整個(gè)煤粉加壓輸送系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。

3.4.2技術(shù)改造方案

常壓倉裝料袋濾器原設(shè)計(jì)低壓氮?dú)鉁囟戎挥?0℃，溫度比較低，通過將底部流化氣源改造增加伴熱，提高低壓氮?dú)鉁囟?。通過試驗(yàn)的方法優(yōu)化低壓氮?dú)鉁囟戎?0℃左右，避免系統(tǒng)中冷凝析出水分在底部堆積，從而保證煤粉不能結(jié)塊，下料通暢。

試驗(yàn)方法：使用0.8MPa(g)、170℃的低壓飽和蒸汽作為熱源，低壓氮?dú)饬坎蛔?，通過手閥控制調(diào)節(jié)飽和低壓蒸汽的量改變低壓氮?dú)鉁囟?，通過常壓倉裝料袋濾器底部觀察孔查看低壓氮?dú)鉁囟仍?0℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃，90℃，100℃時(shí)的下料情況。

表2 不同低壓氮?dú)鉁囟认碌南铝锨闆r

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：常壓倉裝料袋濾器底部流化低壓氮?dú)鉁囟仍?0～80℃時(shí)，溫度太低，不利于下料；90～100℃時(shí)下料量正常?？紤]到常壓倉裝料袋濾器一些安全附件的設(shè)計(jì)溫度，(比如防爆板設(shè)計(jì)溫度110℃)、煤粉的特性以及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，將常壓倉裝料袋濾器底部流化低壓氮?dú)鉁囟瓤刂圃?0℃左右比較合適。

3.5 其他問題

影響煤粉輸送穩(wěn)定的因素還包括煤粉性質(zhì)的影響，比如含水率、粒度分布、流動性等；包括煤線控制方案的影響，比如煤線煤流量控制、氧煤比控制等[3]。

工藝操作方面的影響，比如磨煤系統(tǒng)的纖維分離器清理頻次、磨機(jī)的溫度控制等；煤粉輸送順控的影響，煤鎖斗沖泄壓的控制等[4]。這些影響因素不是本文研究的重點(diǎn)，不再詳細(xì)展開。

4 結(jié)語

煤粉輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定性對五環(huán)爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，通過對影響五環(huán)爐煤粉輸送穩(wěn)定性的問題進(jìn)行針對性地改造后，達(dá)到了預(yù)期的改造效果，創(chuàng)造了五環(huán)爐A級運(yùn)行288d的紀(jì)錄。