對交變壓鎖斗系統粉煤下料不暢問題的研究

方玉虎+李曉宏+張濤等

摘 要：該文基于粉煤輸送對粉煤氣化的重要影響，通過研究粉煤性質以及對粉煤鎖斗的控制，分析了粉煤鎖斗下料不暢的原因。結果表明，影響粉煤鎖斗下料的因素有：粉煤的粒徑、粉煤的水分、休止角、粘附性以及工藝控制粉煤的溫度控制、鎖斗氣量分配、鎖斗加壓方式等。并且通過對粉煤鎖斗輸送的影響因素的研究分析，提出了優化控制思路以及預防的措施。

關鍵詞：氣化技術；粉煤鎖斗；粉煤；下料不暢；影響因素

中圖分類號 TQ546.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）18-0142-03

Study on the Problem of Pulverized Coal Feeding in the Alternating Pressure Lock Bucket System

Fang Yuhu et al.

（Yanchang Petroleum （Group） Hydrocarbon Utilization Technology Research Center，Xi'an 710000， China）

Abstract：Based on the important influence of pulverized coal transportation on the gasification of pulverized coal， through the study of the characteristics of pulverized coal and the control of pulverized coal lock bucket， this article analyzed the reasons of the poor performance for pulverized coal lock bucket. The results show that the factors influencing the pulverized coal lock hopper feeding are： pulverized coal particle size， coal moisture，angle of repose， adhesion and process control of coal powder temperature control， distribution of amount of gas， the way of increase pressure etc.From analysis of the influencing factors of pulverized coal lock bucket transportation， this article put forwards the optimized control ideas and preventive measures.

Key words：Gasification technology；Pulverized coal lock bucket；Pulverized coal；Sluggish material；Influencing factors

粉煤加壓工業技術有：Shell氣化技術、GSP氣化技術、HT-L氣化技術、溫克勒氣化技術，常見的粉煤輸送技術有固體泵輸送技術和較為廣泛應運的鎖斗輸送系統。鎖斗是煤化工行業中應用最常見的設備，尤其在一些加壓的粉煤及煤渣氣力輸送系統中有著廣泛的應用。鎖斗一般安裝在常壓容器和加壓容器之間。粉煤由粉煤緩沖倉落入對應的粉煤鎖斗后高壓CO2為粉煤鎖斗加壓后，鎖斗中的粉煤落入對應的粉煤給料倉，經對應的粉煤給料倉、粉煤加壓給料器送入氣化爐。鎖斗是粉煤輸送系統的關鍵設備，受到粉煤性質、鎖斗選型、操作方法等各方面的影響，粉煤會在鎖斗內架橋，導致下料不暢，乃至進料中斷。

1 粉煤鎖斗下料不暢的主要因素

粉煤性質（粒度大小、水分、休止角、粘附性、光潔度等）、鎖斗選型（鎖斗錐部夾角、鎖斗錐部材料）、鎖斗操作方法（鎖斗內粉煤的溫度、加壓方式）等眾多因素都會導致鎖斗內粉煤下料不暢。

1.1 粉煤的性質

1.1.1 粉煤的粒徑與分布 在工業生產中用煤粒的長度尺寸來表示粒度時，我們將該尺寸稱為粒徑[2]。粒度分布通常是指某一粒徑或某一粒徑范圍的顆粒在整個粉體中所占比例，有區間分布和累計分布2種形式，區間分布又稱為微分分布或頻率分布，它表示一系列粒徑區間中顆粒的含量。累計分布也叫積分分布，它表示小于或大于某粒徑顆粒的百分含量。由于粒徑只能表示一個粉煤顆粒的長度，而粉煤是由粉煤顆粒組成，所以通常用粒度分布來表示粉煤的粒度。若粒度較大的粉煤顆粒在粉煤中占得比例較大，粉煤會在鎖斗出料口相互支撐架橋，導致鎖斗下料不暢。而小于100μm的粉煤顆粒在粉煤中占得比例較大，粉煤的比表面積增大，大量的粘附在鎖斗器壁上，導致鎖斗下料不暢。

1.1.2 粉煤的水分 煤是多孔性固體，在煤的形成、開采、洗選、運輸過程中都會有水的存在。根據水分的存在狀態及物化性質將其分為外水、內水、化合水。外水和內水可以通過加熱到105～110℃將其全部蒸發，而化合水需要更高的溫度，所以我們又將外水和內水統稱為“全水分”，將化合水稱為“結合水”。粉煤中的外水對粉煤流動性的影響較大，一定程度下內水和結晶水會轉變為外水。當含水率增大時，粉煤的粘附力增大，流動性變大。一般粉煤水含量大于8%時，粉煤很難流動。

1.1.3 休止角 休止角是指顆粒物堆積在自由斜面，在靜止的平衡狀態下，自由斜面與水平面形成的最大夾角。休止角可以代表粉體在重力影響下流動的流動性。當休止角在大于40°時表明流動性較差，休止角在30°～40°時表明粉體流動性較好，休止角小于30°時表明流動性良好[1]。粉煤的休止角還受到粉煤水分含量的影響。一定范圍內水含量越高，休止角越大。endprint

1.1.4 粘附（凝聚）性質 顆粒物與顆粒物之間本身就存在相互的吸引力，其中這些力中還包含分子力、靜電吸引力等。在粉煤輸送以及下料過程中，粉煤會附著在器壁或管壁上造成下料不暢或輸送不暢。有時粉煤顆粒會相互凝聚成團，同樣也會造成管線堵塞或下料不暢[5]。

1.2 鎖斗的選型 鎖斗是由錐筒、錐體、法蘭、內襯等部分組成，鎖斗連接常壓和高壓設備，它是將物料在高低壓設備中輸送的關鍵，所以鎖斗的設計和選材是防止粉煤鎖斗架橋的關鍵。

1.2.1 鎖斗的材質 鎖斗是交變壓設備，并且鎖斗內部材質的選型對粉煤是否容易掛壁等起關鍵作用。所以選用的鎖斗內器壁材質在符合國家標準的基礎上還要考慮到符合耐磨且要光滑不易使顆粒物掛壁的材質。碳鋼的摩擦系數最大，其次是不銹鋼，鋁合金的摩擦系數最小。

1.2.2 鎖斗錐角 鎖斗的錐角是指鎖斗截面的2條母線之間的夾角。當粉煤的休止角不變時，鎖斗的錐角越大，粉煤越容易在重力影響下流動。當鎖斗的錐角大于粉煤休止角時粉煤的靜止狀態將會被打破。

1.3 工藝控制 粉煤鎖斗下料不暢除了受粉煤自身影響和鎖斗材質的影響之外，還受到工藝操作的控制的影響。工藝操作的主要影響有粉煤在輸送過程中的溫度、粉煤鎖斗流化氣氣量的分布、粉煤鎖斗的加壓方式等。

1.3.1 制粉溫度控制 制粉系統將塊煤研磨成要求的粉煤輸送到鎖斗中，若制出的粉煤中水含量較高且輸送過程中未做伴熱，粉煤中的水分將會凝露，導致粉煤粘結成塊。若水分過大時粉煤還會成漿，嚴重影響粉煤的下料。并且溫度的變化還影響粉煤表面的吸附性，溫度的不同粉煤的吸附力不同，粉煤的流動性不同。

1.3.2 鎖斗加壓方式 按照鎖斗加壓位置的不同，可以將鎖斗加壓分為頂部加壓、中部加壓、底部加壓。按加壓速率分可以將鎖斗加壓分為正常加壓、低速加壓、高速加壓。鎖斗加壓的位置與速率不同會導致水分含量和細粉濃度不同程度的增加，粉煤架橋的幾率顯著升高。

2 粉煤鎖斗下料不暢的形式

受粉煤自身性質、鎖斗選型以及工藝操作的影響，一般將下料不暢分為4種，如圖1所示。如圖1中a所示，物料在出料口相互支撐，導致鎖斗架橋，造成此類現象的主要原因有粉煤顆粒過大、出料口過小、鎖斗物料流化不好等。如圖1中b所示，物料整體集存在鎖斗的錐部，導致鎖斗架橋，造成此類現象的主要原因有加壓速率過快、加壓直接從頂部加壓等。如圖1中c所示，物料在出料口上部垂直下而大部分物料落粘附在器壁上，導致架橋，造成此類現象的主要原因有粉煤粘附性過大、鎖斗錐度過小、粉煤水分過大等。如圖1中d所示，僅有少部分粉煤粘附在器壁上，導致架橋，造成此類現象的主要原因有粉煤休止角大、粉煤粘附性大、粉煤水分大、粉煤顆粒細、鎖斗錐角小、鎖斗內壁不光滑等。

3 粉煤鎖斗下料不暢的解決方案

粉煤鎖斗下料不暢會導致給料斗料位跟不上，嚴重情況下還會導致進料中斷。觸發跳車連鎖。為避免因粉煤下料不暢、導致停車的問題，要從粉煤的性質、鎖斗的選型、鎖斗加壓等方面予以改善。

（1）在選煤方面，選用水含量較低、休止角小光潔度低的煤種。粉煤的粒度受到煤自身一般性質可磨指數、落下強度等的影響，當煤種的可磨指數越低落下強度越高相應的粉煤粒度也會較高。

（2）要使用錐角較大的鎖斗且鎖斗的內壁要使用較光滑的材質，如不銹鋼。鎖斗錐部設置倉壁振打器，當鎖斗出現架橋現象時，打開倉壁振打器，通過調節倉壁振打器的頻率與振打強度，破壞粉煤架橋的內部結構。

（3）粉煤粒度的大小還與制粉的工況以及設備有關。制粉系統中磨煤機的加工量、循環風量的大小、磨煤機折向門的開度、磨煤機磨輥與磨碗的距離都是調整粉煤粒度的手段。

（4）嚴格控制水含量：粉煤水含量也是影響粉煤下料是否通暢的關鍵因素之一。當粉煤中水含量過高時就會引起架橋。在制粉工段中，煤中的水都是通過換熱后的循環氣帶出。磨煤機出口溫度一般控制在75～85℃。并且在輸送過程中各管線均有伴熱。鎖斗伴熱后的溫度一般在75℃左右。

（5）在鎖斗錐部增加流化氣，在鎖斗下料前，微開鎖斗錐部流化氣，使得粉煤在鎖斗內鼓泡，避免粉煤架橋。

（6）嚴格按照鎖斗順控程序，避免鎖斗物料長時間積料，從而造成物料壓實。

（7）鎖斗采用三路加壓（錐部加壓、中部加壓、上部加壓），鎖斗加壓時先從鎖斗錐部加壓再從鎖斗中部與上部加壓。加壓結束后先關閉頂部加壓再關閉中部加壓與錐部加壓。避免粉煤壓實造成的鎖斗架橋。

（8）嚴格控制鎖斗加壓速率。由于隔離加壓導致粉煤水含量增加、細粉濃度增加、粉煤不同程度的壓實，引起架橋的幾率顯著升高。所以在加壓初期緩慢加壓會減少壓緊情況，加壓氣緩慢給粉煤進料鎖斗加壓，一旦達到要求的壓力，然后快速加壓使得鎖斗的壓力接近最終的壓力設定值（差值范圍內），然后鎖斗壓力緩慢的達到要求的設定值，以防止鎖斗過度升壓。

（9）對于正常的均壓操作，鎖斗壓力的設定值就是粉煤給料倉的壓力，粉煤給料倉壓力由氣化爐和粉煤輸送線之間的壓差確定，由于工藝要求的不同鎖斗增壓的設定值也不同。在均壓時，均壓線要稍早于鎖斗出料閥打開，保證粉煤靠重力自由落下。

4 結論

粉煤加壓氣化技術經常涉及到粉煤的輸送和運輸，在鎖斗的運輸過程中鎖斗常會出現鎖斗下料不暢的現象，粉煤的性質、鎖斗的選型、工藝的操作在粉煤輸送中扮演重要的角色。本文通過分析影響粉煤下料不暢的影響因素，提出應對方案，主要結論如下：

（1）根據工藝需求選用水含量低、休止角小于40°、粘附性低、光潔度高的粉煤。

（2）在鎖斗選用方面，由于鎖斗為交變壓設備，所以在材質選用上，鎖斗一般選用不銹鋼材質，而鎖斗的錐角在設計上大于粉煤休止角。也可對鎖斗進行改造，例如加笛管、倉壁振打器等。

（3）在工藝控制方面，控制粉煤粒徑大于100μm，且水含量在8%以下。在粉煤輸送過程中粉煤的溫度控制在70℃左右。并且在鎖斗加壓方式上選擇適合的加壓方式和加壓速率。

參考文獻

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[4]曾凡，胡永平.礦物加工顆粒[M].北京：中國礦業大學出版社，1995：70-80.

[5]鄭智宏.煤化工生產基礎知識[M].北京：化學工業出版社，2007：44-60.

[6]朱銀惠.煤化學[M].北京：化學工業出版社，2011：38-46.

（責編：張宏民）endprint