針對(duì)GSP氣化裝置煤粉輸送系統(tǒng)問題的深入分析

許力強(qiáng) 蔣 萍

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司a.煤制油項(xiàng)目建設(shè)指揮部；b.煤炭化學(xué)工業(yè)分公司質(zhì)檢計(jì)量中心，銀川 750411)

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤化工分公司烯烴項(xiàng)目氣化裝置采用的GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)，是全世界首次工業(yè)化應(yīng)用，在運(yùn)行過程中，其優(yōu)、缺點(diǎn)也逐漸地突顯出來。在其存在的缺點(diǎn)中，煤粉輸送單元輸送煤粉不穩(wěn)定是制約該裝置長周期運(yùn)行的最主要問題，為此筆者針對(duì)GSP氣化裝置煤粉輸送系統(tǒng)存在的相關(guān)問題進(jìn)行深入剖析，并提出相應(yīng)的解決策略。

1 影響煤粉輸送系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因分析①

1.1 煤粉制備系統(tǒng)

煤粉粒度和水分超標(biāo)會(huì)影響煤粉系統(tǒng)的輸送。備煤裝置設(shè)計(jì)煤粉水含量要小于6%，運(yùn)行過程中水含量超過5%時(shí)，煤粉輸送系統(tǒng)易“架橋”導(dǎo)致煤粉波動(dòng)大?？偨Y(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)后，將煤粉水分控制在小于5%的范圍，以維持煤粉系統(tǒng)的正常輸送。其他干煤粉氣化工藝中，煤粉水含量均要求小于2%，但由于該備煤裝置熱風(fēng)爐出口管材為碳鋼，無法滿足提溫要求，熱負(fù)荷無法達(dá)到要求目標(biāo)，導(dǎo)致目前煤粉水含量達(dá)不到2%以內(nèi)。

解決措施：磨煤機(jī)出口溫度較設(shè)計(jì)值提高10℃，控制在108～110℃；熱風(fēng)爐出口溫度較設(shè)計(jì)值提高60℃，控制在小于380℃的范圍內(nèi)；熱風(fēng)爐燒嘴針對(duì)天然氣和燃料氣進(jìn)行改造；備煤系統(tǒng)定期檢修；聯(lián)系相關(guān)的專業(yè)設(shè)計(jì)院和熱風(fēng)爐廠家進(jìn)行核算，重新設(shè)計(jì)燒嘴，更改熱風(fēng)爐出口材質(zhì)，將煤粉水分控制在2%以下。

1.2 給料容器系統(tǒng)

經(jīng)分析，給料容器系統(tǒng)對(duì)煤粉輸送產(chǎn)生的影響比較大，原因也呈現(xiàn)出多元化的趨勢(shì)，現(xiàn)予以總結(jié)。

1.2.1攪拌器故障率較高

給料容器攪拌器故障的原因主要有兩點(diǎn)：第一是疏松元件脫落，在流化盤上對(duì)攪拌器造成卡澀，從而導(dǎo)致攪拌器損壞；第二是攪拌器自身的機(jī)械密封先天不足，使得煤粉進(jìn)入密封面造成抱死，攪拌器故障，這其中也包括在使用CO2作為疏松氣的過程中，密封氣管線溫度低，逐漸使得密封氣量降低時(shí)發(fā)生煤粉反竄。圖1直觀地顯示了攪拌器故障對(duì)給煤穩(wěn)定性的影響。

圖1 攪拌器故障前、后煤粉流量偏差波動(dòng)趨勢(shì)對(duì)比

解決措施：對(duì)攪拌器密封氣的氣源進(jìn)行改造，配置單獨(dú)的氮?dú)夤芫€作為攪拌器的密封氣，使之不受吹掃氣源切換的影響；參照其他裝置對(duì)給料器的出料方式進(jìn)行改造，如底部出料改造。

1.2.2給料容器和煤鎖斗容積過小

氣化爐正常運(yùn)行時(shí)，至少每15min為給料容器補(bǔ)一次煤粉，頻繁的煤粉添加、鎖斗的并入與退出都會(huì)對(duì)給料容器工況的穩(wěn)定造成沖擊。不同爐型給煤鎖斗和給料容器的容積與進(jìn)料頻次的對(duì)比見表1。

表1 不同爐型鎖斗、給料器容積與進(jìn)料頻次對(duì)比

采用氣體輸送的系統(tǒng)，較大的體積可以起到很好的緩沖作用，因此GSP煤粉系統(tǒng)存在緩沖能力不足的問題。在此問題未解決的前提下，可采用的解決措施有：控制鎖斗的疏松氣量，避免給料容器壓力控制閥大幅度動(dòng)作，對(duì)給料器造成沖擊，同時(shí)減少鎖斗的備用量；根據(jù)給料器的料位情況調(diào)整疏松氣量，摸索最佳控制指標(biāo)；以改造的連續(xù)料位為基準(zhǔn)，考慮給料器剩兩個(gè)料位后再進(jìn)行進(jìn)料，減少鎖斗的并入和退出次數(shù)；如可行，增加連續(xù)料位的測(cè)量儀，對(duì)給料器內(nèi)的煤粉進(jìn)行通罐連續(xù)測(cè)量。

1.2.3煤粉管線在給料器內(nèi)受力變形

給料容器內(nèi)3條煤粉管線在高壓氣流的影響下振動(dòng)劇烈，進(jìn)而產(chǎn)生形變移位(圖2)，使得煤粉出口不在流化盤的中間位置而偏向外壁或兩條線緊貼在一起，影響到煤粉輸送時(shí)的密度，較大的密度變化易導(dǎo)致煤粉管線聯(lián)鎖自保。

圖2 煤粉管線在給料器內(nèi)的移位與變形

解決措施：為所有給料器內(nèi)的煤粉管線上、下焊接支撐固定(圖3)，支撐盡量選用圓鋼，杜絕使用工字鋼；在每一個(gè)運(yùn)行周期檢查煤粉管線的分布情況，對(duì)煤粉線相互靠攏、變形且分布不均勻的情況采取矯正措施。

圖3 經(jīng)過固定的煤粉管線

1.2.4給料器或氣化爐的壓力變化

給料器對(duì)氣化爐煤粉的輸送主要是靠壓差進(jìn)行，所以當(dāng)其中任意一側(cè)的壓力波動(dòng)都會(huì)使壓差產(chǎn)生變化，導(dǎo)致煤粉流量的波動(dòng)。鎖斗閥內(nèi)漏、給料器壓力控制閥內(nèi)漏、鎖斗的并入或退出都會(huì)導(dǎo)致給料器壓力的波動(dòng)；而氣化爐壓力的波動(dòng)多來自兩級(jí)文丘里前、后壓差和煤粉流量的波動(dòng)，所以兩者會(huì)有相互影響，如圖4所示。

圖4 文丘里前、后壓差變化對(duì)煤粉流量的影響

解決措施：投煤成功后投用“平均煤粉流量控制”，以減小煤粉流量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)幅度，去除波動(dòng)對(duì)控制的干擾；每次單爐停車檢修，對(duì)文丘里喉頭和間隙進(jìn)行檢查和清理；優(yōu)化氣化爐壓力控制閥和煤粉流量調(diào)節(jié)閥的PID參數(shù)，使其調(diào)節(jié)的特性適合相應(yīng)的工況。

1.3 煤粉鎖斗的疏松元件易堵、易磨損、易鼓包脫落

疏松元件長期制約著鎖斗的穩(wěn)定運(yùn)行，從試車開始就一直對(duì)疏松元件進(jìn)行改造和更換，截止到目前共改進(jìn)了六代疏松元件，仍沒有一種既能保證密封又能滿足使用周期的良好措施。其中，第四代疏松元件目前相對(duì)使用效果最好，最長可以持續(xù)一年。

解決措施：在疏松元件前的總管上增加常吹旁路管線，防止煤粉反竄至疏松元件筒體，造成升壓時(shí)前、后壓差升高；每個(gè)運(yùn)行周期(3個(gè)月)對(duì)鎖斗的疏松元件進(jìn)行拆檢，對(duì)損壞的進(jìn)行更換(盡量選用目前使用效果最佳的第四代)；與專業(yè)廠家溝通交流，制造更為實(shí)用的新型疏松元件。

1.4 煤粉鎖斗閥門易磨損

煤粉鎖斗閥(充壓、泄壓、平衡與下料閥)長期在含煤粉的介質(zhì)條件下工作，容易出現(xiàn)密封面的磨損，造成內(nèi)漏。閥門內(nèi)漏后會(huì)影響鎖斗的進(jìn)料，泄壓時(shí)也會(huì)影響到給料容器的壓力穩(wěn)定，最終影響煤粉的流量穩(wěn)定。圖5就直觀地顯示了當(dāng)鎖斗與給料器連通時(shí)因鎖斗泄壓閥內(nèi)漏使得鎖斗壓力降低，進(jìn)而影響到了給料器的壓力。同樣，鎖斗與給料器平衡閥的內(nèi)漏也會(huì)使得給料器的壓力在鎖斗泄壓過程有所降低，同時(shí)會(huì)在鎖斗升壓過程中使給料器壓力有所升高。

圖5 鎖斗泄壓閥內(nèi)漏對(duì)給料器壓力的影響

解決措施：對(duì)所有鎖斗相關(guān)閥門進(jìn)行跟蹤，對(duì)更換的閥門做好記錄，觀察運(yùn)行周期；備兩臺(tái)氣化爐的閥門備件，一個(gè)運(yùn)行周期(8個(gè)月)內(nèi)對(duì)煤鎖斗閥門進(jìn)行更換，外送維修；試用新結(jié)構(gòu)形式的閥門，如盤閥；將連續(xù)料位繼續(xù)改進(jìn)，摸索出最穩(wěn)定的下料時(shí)機(jī)，減少下煤次數(shù)和閥門的動(dòng)作次數(shù)。

2 結(jié)束語

上述原因?yàn)槊悍圯斔拖到y(tǒng)波動(dòng)的主要原因。另外，還有諸多的影響因素，如速度和密度測(cè)量儀表的測(cè)量偏差以及燒嘴的結(jié)構(gòu)不合理等。正是因?yàn)檫@么多的因素致使GSP氣化工藝仍然處于一個(gè)并不穩(wěn)定的生產(chǎn)現(xiàn)狀里，未解決的技術(shù)難題仍需要技術(shù)人員繼續(xù)去探索，最終實(shí)現(xiàn)GSP干煤粉氣化工藝技術(shù)由走向成熟。雖然GSP氣化工藝有著種種不足之處，但其仍不失為目前為止最為先進(jìn)的煤氣化工藝技術(shù)。筆者對(duì)GSP干煤粉氣化裝置煤粉輸送系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了深入分析，并給出了部分解決措施，希望這些寶貴經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)ζ渌b置相關(guān)問題的解決提供一定的參考價(jià)值。