殼牌煤氣化裝置磨煤干燥系統常見問題及解決措施

劉 陽

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037000)

引 言

近年來煤炭氣化作為煤炭高效清潔利用的重要途徑而被廣泛研究與發展。目前已工業化的煤氣化技術主要有固定床、流化床和氣流床，其中又以荷蘭殼牌公司的殼牌煤氣化技術(SCGP)為代表的氣流床氣化更為廣泛應用。然而，據統計和研究顯示，SCGP也存在煤氣化磨煤干燥、洗滌、除渣系統等設備故障。而磨煤干燥裝置正常運行是Shell煤氣化裝置長周期運行的前提，其出現故障會造成經濟效益的下降甚至安全事故，因此必須引起注意。

1 殼牌煤氣化及其磨煤干燥系統工藝流程

1.1 殼牌煤氣化技術工藝流程

殼牌煤氣化技術(SCGP)是一種當今世界上較為先進的氣化技術，具有煤種適應性廣，能源利用率高，煤氣中不含重烴，配套的空分裝置投資少以及環境效益好等優點[1]。具體來講，SCGP工藝采用廢鍋流程，可以在極短的時間內完成升溫、裂解等一系列物理化學過程，屬于氣流床氣化的第二代煤氣化技術。殼牌煤氣化工藝流程如圖1所示。

由圖1可知，殼牌煤氣化工藝采用廢鍋流程，主要包括磨煤干燥、粉煤加壓、除渣、干法除塵、濕法洗滌以及初步水處理等幾大系統。其中，煤經過磨煤干燥系統變成干粉煤，干煤粉由高壓氮氣或二氧化碳送入氣化爐噴嘴，并在爐內約1 400 ℃高溫下，與在一定壓力作用下混合導入噴嘴的氧氣和蒸汽在極為短暫的時間內完成揮發分脫除、裂解及轉化等反應，得到高溫混合煤氣，高溫煤氣經廢熱鍋爐回收熱量后降溫，降溫后的混合煤氣進入干式除塵和濕式洗滌系統等，最終得到以H2和CO為主的粗合成氣。同時，反應產生的高溫熔渣，靠自流進入氣化爐下部的激冷室排出。此外，由圖1還可知，磨煤干燥裝置正常運行是Shell煤氣化裝置長周期運行的前提。

圖1 殼牌煤氣化工藝流程

1.2 磨煤干燥系統工藝流程

在磨煤干燥系統中，原煤經稱重給煤機液壓加載系統產生碾磨力作用于磨輥，促使原煤碾磨成煤粉。碾磨后的煤粉被拋至風環處，與循環風機加壓送回熱風爐的高溫惰性循環氣體混合，將經過碾磨從磨環上切向甩出的煤粉烘干，同時進行粗煤粉返回重磨，合格細煤粉(粒度要求小于5 μm<10%，大于90 μm<10%)進入煤粉收集器。由干燥理論可知，熱惰性循環氣體中水分含量越低、溫度越高，粉煤越易干燥，因此將煤粉收集器操作溫度控制在150 ℃以內。Shell煤氣化裝置磨煤干燥系統工藝流程如117頁圖2所示[2]。

圖2 Shell煤氣化裝置磨煤干燥系統工藝流程

2 殼牌煤氣化磨煤干燥系統設備故障分析

近年來干粉煤氣化因其多種優而勢獲得了較為廣泛的應用。但在其整個技術發展及工藝流程中，磨煤干燥裝置的正常運行是所有干粉煤氣化技術面臨的共同課題。磨煤干燥裝置常見的故障設備、故障現象、造成后果、工作原理及其故障原因分析,如表1所示。

表1 Shell煤氣化裝置磨煤干燥系統裝置故障分析

3 殼牌煤氣化磨煤干燥系統設備故障處理措施

通過以上分析，結合磨煤干燥系統各故障設備的工作原理，為解決殼牌煤氣化磨煤干燥系統設備故障問題，提出以下針對性的解決措施。

3.1 磨煤機拉桿漏粉

拉桿在碾磨力傳遞過程中發揮著重要作用，當拉桿磨損或者密封不良時，拉桿會處發生煤粉泄露。漏粉處理及技改措施為：1) 擇機對密封風機入口過濾網進行清理，確保風機正常運行；2) 在拉桿處單獨布置氮氣管線，增加氮氣密封防止漏粉；3) 拉桿密封進行技術改造，在原拉桿密封上增加一套密封，確保拉桿安全運行；4) 增加氮氣密封流程，當密封壓差低于2.5 kPa時及時投用氮氣密封作為壓力補償，密封風機檢修時亦是如此。

3.2 助燃空氣風機故障

助燃空氣風機正常運行，對熱風爐的穩定運行至關重要。助燃空氣風機故障處理及技改措施為：1) 磨煤干燥系統停車，調節閥下線維修，助燃風機設備維修；2) 在助燃風機和稀釋風機出口增加旁路，使助燃風機為1開1備，保障系統穩定運行；3) 電機故障排查；4) 儀表調校，消除引壓管接口松動等問題，確保儀表指示準確；5) 在實際運行過程中，正常運行中系統水分含量未飽和，稀釋風投運較少。

3.3 稱重給煤機故障

當稱重給煤機發生故障時，將影響整個磨煤干燥系統正常運行。稱重給煤機故障處理及技改措施為：1) 碎煤塊洗選時控制粒徑在30 mm以下，避免大煤塊卡塞鏈條；2) 給煤機零負荷或低負荷啟動，運行中給煤機不能超過其設計值；3) 儀表調校，消除儀表線斷、接口松動等問題，確保指示準確；4) 碎煤倉內壁由聚四氟乙烯襯板更換為不銹鋼襯板，防止損壞皮帶或卡塞鏈條。

3.4 煤粉收集器布袋燒壞

煤粉收集器是一種高效的袋式除塵器，采用外濾方式。一旦濾袋燒壞，煤粉將從放空口進入大氣并污染環境。煤粉收集器布袋燒壞故障處理及技改措施為：1) 嚴密監控煤粉收集器入口溫度、氧含量，使之在工藝指標范圍內；2) 增加備用氮氣流程，經壓力調節閥減壓后作為反吹氣源，確保足夠的反吹壓力；3) 煤粉收集器錐部增加插板閥，便于隔離檢修；4) 增加伴熱密度和保溫厚度，防止煤粉板結；5) 對使用壽命到期的布袋及時更換；6) 增加1個與原緩沖罐串聯的氮氣緩沖罐，保證反吹壓力和氣量；7) 在煤粉收集器內增加折流板，促使煤粉沉降，降低布袋過濾負荷；8) 增大煤粉旋轉給料器和下料管直徑，加快煤粉輸送速度；9) 將收集器方形錐部改為圓形，防止煤粉沉積附著。

3.5 循環風機液力偶合器故障

循環風機是磨煤干燥系統最為關鍵的設備機組之一，屬于Shell粉煤氣化的特護機組。循環風機液力偶合器故障處理措施為：1) 更換合適的執行器和勺管殼體；2) 更換潤滑油或執行機構并在管路上加過濾網；3) 檢查松動部位進行加固；4) 檢查泵輪與渦輪斷面和配合尺寸進行調整或維修等。

3.6 磨煤機振動

磨煤機是磨煤干燥系統中的核心設備，其穩定運行非常重要。磨煤機振動振動故障處理為：1) 根據磨煤機磨盤煤層厚度，調整給煤機給煤量；2) 停磨煤機和液壓油站，充氣檢查蓄能器；3) 停機，消除異物，檢查磨內部件是否脫落；4) 更換碾磨件、導向塊或調整間隙。

3.7 碎煤倉自燃隱患

碎煤倉自燃嚴重的情況下會導致爆炸，進而造成重大事故，因此應予以重視。碎煤倉自燃的預防及處理措施為：1) 增加1個CO在線分析儀，有助于對煤粉自然現象發生的判斷；2) 系統停車時間較短時可充氮氣保護，較長時應耗完煤保持空倉；3) 加強碎煤倉溫度變化的監控；4) 碎煤倉袋濾器反吹氣源由空氣改為氮氣，使倉內的氣氛惰性化。

4 結語

通過對殼牌煤氣化磨煤干燥系統設備故障分析及研究可知，采用針對性措施如對拉桿密封開展技術改造；在拉桿位置做好氮氣管線的單獨設置；在碎煤的洗選時做好粒徑的控制等，可以確保磨煤干燥工段的順利運行。