氣化裝置中撈渣機故障分析及設備優化研究

孔光躍

（神華鄂爾多斯煤制油公司，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

撈渣機的主要用途是把在一定粒度范圍的固體物質從固體與液體的混合物中分離出來。包括：河流挖取沙系統，鍋爐排渣系統等等。該設備通常在固液分離或分選時使用，屬于一種高效、連續的機械式除渣方式。本文通過探究和分析煤氣化裝置在排渣時對工藝的要求及在運行過程中容易發生的故障和問題，找到了故障發生的原因并對應地提出了解決辦法，在這個基礎上優化了設備的結構形式，并改進了撈渣機的設計選型，從而有利于生產技術的進步和穩定，提高了煤氣化設備使用過程中的安全性。

1 撈渣機組成

撈渣機本體是由斜升段槽體、水平段槽體、張緊裝置、驅動裝置、行走裝置、刮板鏈條總成、電控系統及導向輪系幾部分組成。水平段槽體分成上下兩層，由型材和鋼板焊接而成。上槽體通常連接著關斷門，使得爐底被密封，從而增加鍋爐的熱效率，上層需要裝滿冷卻水，底部需要鋪設耐磨鋼板，用來粒化和冷卻熱渣。下槽體鋪設耐磨鑄石板，內含有輝綠巖，刮板鏈條刮出灰渣之后，由斜升段槽體進行瀝水，使得灰渣的含水率降低，含水率要確保不高于25%，斜升段的上下槽體都用耐磨的鑄石板鋪設，其使用年限至少達到30年。

撈渣機驅動裝置有兩種，包括液壓驅動裝置和電機結合減速機的驅動方式，前者大多在300MW以上機組的撈渣機中使用，后者大多在300MW以下的機組使用。撈渣機內部的主要運動組件是刮板鏈條總成，它不斷運轉將氣化爐灰渣持續地輸出到出渣口，達到了一個除渣效果。刮板依據實際工藝條件及機組規格采用矩形或三角形結構，鏈條通常使用圓環鏈，刮板和鏈條采用無螺栓的鉸鏈來連接，這樣有利于更換刮板。

撈渣機通常在機體上裝備行走輪系，分為電動式和手動式。在撈渣機檢修時，行走輪系將它移開，遠離過路中心線下方，以防不停爐檢修時下泄的熱渣或高空墜物導致安全事故。

2 撈渣機在煤氣化裝置中的工況分析

在高溫高壓的條件下，粉煤經過加壓輸送，和氣化劑（蒸汽稀釋的氧）在氣化爐內發生部分氧化反應，生成液態渣（熔渣）與合成氣（主要是CO和H2）。氣爐中的壓力是4.0MPa，燃燒溫度是1520℃。經過下降管和激冷環后，又經過了冷水冷卻和激化，熔渣在下降過程中受冷迅速發生了固態轉化，過程中產生的氣體由水吸收。此時的熔渣形態轉化，形成狀似玻璃的顆粒，在短時間內進行沉淀，渣鎖斗和破渣機此時同時運作，共同輔助緩沖罐中的水流運動，將已經變成固態的熔渣排出機械之外。每隔30min，渣鎖斗內的渣水會排到撈渣機渣池一次，大約每次持續2min。所以在短時間內，渣池前倉將儲存大量的渣水和爐渣。在熔融狀態下，少量未燃盡碳和煤中灰分經水激冷從而產生的固體顆粒就是爐渣。灰渣水經過過濾就是循環使用的激冷水，水中溶解了在此過程中產生的主要氣體，包括CO2、CO等主要氣體，同時還含有碳酸鹽、硫化物等化學物質，以及一些金屬離子，整體pH值在6.5～9.0。由于灰渣水中含有大量具有強酸性的粒子，爐渣也增添了水的腐蝕性，所以水在流動中其磨損能力會大大提高，必須對任何與渣水及其蒸汽有接觸的構件采取耐腐蝕措施，在撈渣機的渣池前倉進口采取耐沖刷措施，在渣倉底部采取耐磨蝕措施。撈渣機撈出排入渣池的爐渣至多用25min。由于一些煤中的灰含量較高，所以撈渣機的選型設計就尤為重要。此時水中的廢渣和灰渣水共同流出，排入撈渣機后設置的水倉內，為了環境的保護而進行最終步驟的凈化和排放。

3 檢修撈渣機故障的方法

首先，停止機械運轉，打開檢修口，清掃爐中的殘渣，防止其遮擋視線，然后依次監視設備的軌道、使用板、內導輪、減速機等故障多發的部分，減少故障復發。

如果檢查過程中發現少數故障區域，那么單獨將出現故障的零件進行更換，同時需要注意的是，鏈條出現故障更換應當均勻替換，防止兩條鏈條安裝之后不平衡，或是磨損程度不同，增強機械使用安全性。如果在使用中刮板沒有嚴重的磨損，那么就可以重復使用2～3次；不過，整個機械鏈條發生故障，更換的范圍就要擴大，有時候甚至需要將所有鏈條進行更換。同時還需要重視的一點就是鏈條的張力，有的鏈條雖然看起來堅韌，但是張力不夠，很容易超過一定拉伸程度而形成磨損斷裂。更換鏈條時，要注意機械斜升段與水平段交叉地點的高度，作為標準進行驅動輥的調節，保持高度一致。除了鏈條，軌道也是機械多發故障區域，需要進行修復焊接，保持新舊軌道高度相同，使機械運轉平緩。

進行維修調整后需要對新機械進行測試，再次檢查鏈條接口、軌道、中間段等重點故障區域，檢修與測試人員互相實時溝通。

如果機械運行過程中出現了異常，不要拖延，及時停止機械運轉，檢查異聲產生原因以及發聲位置，重點檢查齒輪交叉位置、軌道接口、鏈條連接處等故障多發處，同時對當時電流進行記錄，及時調整以便重新啟動時能夠再次回到正常運轉狀態。測試以30分鐘為限，如果半小時之內沒有出現異常情況表明機械可以投入正常使用，再次使用時應當注意對機械進行再一次的檢修和測試，同時把最大負荷電流記錄下來。

4 撈渣機主要故障分析

撈渣機使用過程中進行煤氣化，因為煤氣燃燒過程中發生物質轉化、設備材料和尺寸等存在個體差異等原因，撈渣機經常會發生傳動裝置卡殼、殼體腐蝕、撈渣機可能不能完成預定的工作量，甚至發生損壞。

（1）撈渣機如果工作量很小，本身煤炭原料中含有的灰渣就會相應占據更大位置，撈渣機排放的物質反而增多，煤渣出現殘留較多，造成機械儲存倉堵塞等問題。

（2）煤渣含有的渣灰本身大小成分會對軸承、齒輪和鏈條產生比較嚴重的磨損，還可能改變鏈條長度，隨著機械使用次數增多，時間加長，機械排渣能力下降，刮板和鏈條發生不同程度的歪斜和松動，檢修時應當換上強度更強、張力更大的鏈條零件，以使鏈條達到一定的張緊度。

（3）氣化爐使用過程中需要排放的灰渣較多，燃燒中出現化學變化，灰渣久集成塊，排放不暢，應當增加撈渣機的水量和沖擊力度，但是這樣一來又會加大機械工作的負荷，對鏈條等裝置的強度要求極大，工作一段時間就會出現故障；另外，水量加大，儲水倉中容量不夠，煤渣容易隨著廢水發生滿溢，進一步對環境造成污染。

（4）撈渣機頂部和渣水罐連接，它的水溫大約是70℃，溫度較高導致水分發生蒸發，氣體久久不會凝結，發生外溢，從而造成廢氣污染，對環境影響較大。

（5）靠近出口位置，有機械工作所需的電動閘門和暫存倉，暫存倉中存放撈渣水，配合運渣車的來去進行閘門開閉和廢渣的運輸。此時廢渣廢水的比例大致是1：1，但是水會隨著車輛的運行運輸發生潑濺使質量減少。溫度較低，水蒸氣會發生凝結，對機械運轉產生影響。

5 解決故障的辦法

（1）脫鏈。原因：通過查看現場并加以分析，脫鏈主要是由電鏈條張緊太松造成的。如果鏈條太松，它在經過輪系時要掛到導輪的導向槽中會有一定難度，由此造成鏈條脫鏈。另一個脫鏈原因是大型廢渣塊造成的，廢水中無法排出較大廢渣。應當提高鏈條張力，調整廢渣篩選標準。

（2）刮板本身發生了較大磨損和消耗，刮板出現裂痕使得水進入。原因：刮板在工作過程中一定會發生一定的磨損，此時應當進行及時檢修，如果沒有進行檢修更換新的刮板，就有可能加重刮板的磨損，從而產生裂痕，運行過程中水趁虛而入。對應對策：及時檢修，換掉磨損刮板，同時把一層65Mn堆焊在刮板本體材料Q235A上。

（3）鏈條兩側磨損程度不同，水隨斜板進入。原因：轉動鏈條是撈渣機運行過程中必不可少的部分，鏈條選用的是環鏈，在表面進行滲碳處理，使用壽命≥1.5×104h，表面熱處理硬度HV≥700。經過一段時間的運行后鏈條肯定會磨損。此外，鏈條制造過程中的工藝差異使得其具有了不同的強度和硬度，使用時存在偏差，造成鏈條在長時間運行之后的磨損量及伸長量不一致。另外，機械使用過程中使用不當會造成鏈條受力不均，從而導致鏈條不同方向的磨損程度不同。考慮到這一問題，通過進行實地考察，發現撈渣機運行時西側的煤渣較多，久而久之，西側鏈條受到的磨損也就更多。對應對策：如果不是鏈條兩側長度差異的問題，應當人工手動進行調節，減少長側的張力，增加短側的張力，隨著時間流逝，再將兩邊同時張緊，如果還是不一樣，再次進行調節，循環往復。張緊裝置使用結構為液壓自動調整，但是同時也可以支持人工手動調節，通過人工手動調節，將調整方式修改為單項單輪張緊，實際操作效果較好。如果鏈條本身長度差異過大，需要進行鏈條檢查和更換。

6 設備選型及工藝優化

（1）在編制設備采購數據表的過程中，設計和計算撈渣機的前倉容積時，需要把灰含量大的校核煤種的工況考慮進去，應當擴大前側儲存倉的大小，調整之后，刮板強度應當適當進行提高，通過電機進行調整和驅動，防止廢渣過多超過機械運行最高限度，減少廢渣淤積。

（2）為了避免固渣由鎖斗直接掉落到前倉底部，會磨損設備底部，降低撈渣機的使用壽命，有必要把防磨蝕和沖蝕的耐磨襯板安裝在設備內部。采購中要求撈渣機廠家應當慎重對待機械使用材料，注重對材料表面進行處理，提高拖動和傳動兩種鏈條的強度，進行滲碳處理，進一步加強受力能力，提高機械的使用耐用性。在沖洗撈渣機導輪和鏈條時，一定要保證到位，這樣有利于保持鏈條干凈。清洗過程中應當選用純凈水，確保鏈條沒有殘留殘渣，增加沖水入口，減少二次污染的可能性。重視撈渣機鏈條和下部儲存倉槽的沖洗清潔，有利于機械使用效率，降低磨損。

（3）撈渣機頂部往往存在黑水，而且溫度較高，故可以設置放空管道在斜交段上，通過放氣減少水蒸氣的殘留，減少空氣污染，提高廢物利用率。

（4）撈渣機暫存倉下方架設過濾篩，通過震動方式甩走廢渣中大量的水分，將廢渣和水的比例由1:1提高到7:3，以免車輛運輸過程中水的滲漏導致運輸困難。過濾篩篩除的水分能夠再次進入撈渣機前倉。考慮到渣鎖斗存在的震動和過濾篩的震動篩水，有必要在結構方面設置對應的軟連接，從而降低設備間的相互影響和作用。

（5）撈渣機運行周期短的問題

煤氣化生產中心X1402撈渣機自運行以來，存在諸多問題，如斷鏈、積渣、出力不夠等，最長運行時間為3個月，嚴重影響著裝置正常運行。如圖1所示。

圖1 撈渣機板式鏈條

經考察調研國內相關裝置的運行及改造情況，從鏈條、刮板、張緊機構等方面實施改造。

原撈渣機的拖動鏈條是板式鏈，但是隨著撈渣機行業的技術革新和市場競爭，當前的廠家和行業內經常使用的工具已經逐漸將板式鏈換成了圓環鏈，圓環鏈與板式鏈相比，使用的時候更加耐磨耐用，使用更方便，而且更換時也更加簡便，現在已經越來越成為撈渣機或刮板撈渣機等項目機械使用的重要材料。當前我們使用改進版的圓環鏈，規格為φ26×92，使用壽命更是提高到了25000h以上。當前刮板形式的撈渣機通常形狀都為矩形，其材料則會使用槽鋼鋼材，為了增加鋼板的使用時間和壽命，特別在槽鋼的兩邊，也就是主要承接摩擦的接觸面上加入了65Mn耐磨板，通過一系列的鑲接和焊接處理，耐磨板能夠大大增強鋼材的強力，并且能夠降低其受損后的更換難度，再次進一步提高了耐磨板的使用壽命和效率；另一方面，鋼材的使用面上還加入了焊腹板，這一個設計方便了材料渣滓掉落，提高了工作面的強度，壽命提高了25000h以上。目前設備還存在的一項缺陷在于機械調節主要依靠人工手動，雖然一定程度上減少了機械自動調節失靈的概率，但是人工調節對人工的使用過多，而且人工調節可能形成機械兩邊不平衡，導致磨損不同，從而使機械兩邊出現歪斜，乃至出現機械故障，影響裝置設備的正常運轉。鑒于這些頭部張緊形式造成的問題，本文特將頭部張緊形式（見圖2）改為尾部張緊形式（見圖3），從而增強機械使用時的安全性能。設計時采用外置軸承座固定式結構，軸承位于機械外殼上，機械尾部架設張緊裝置，這樣受力較為均勻，而且受力較小，鋼材強度能夠滿足。將張緊裝置放置在尾部有利于進一步降低機械復雜度，提高使用效率，降低使用難度，同時也解決了頭部張緊裝置設計造成受力不均、人工調節復雜繁復的缺點，更有利于機械使用和運行。改造之后的撈渣機運行周期明顯延長，有效解決了鏈條磨損、卡死等問題。

圖2 頭部張緊機構（改前）

7 結語

本文針對煤氣化技術液態排渣的工藝要求以及運行過程中出現的故障及問題進行了分析和研究，找出了故障出現的原因并提出了解決辦法，在此基礎上并對撈渣機的設計選型進行優化，對設備的結構形式進行改進，從而保證了工藝流程中上下游工藝的穩定性，提高了煤氣化裝置的運行可靠度。

圖3 尾部張緊機構（改后）