Shell煤氣化煤粉鎖斗泄壓方式創(chuàng)新型優(yōu)化

張家秋

(河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工公司， 河南鶴壁 458000)

河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工公司(簡(jiǎn)稱鶴壁煤化工)采用Shell煤氣化裝置。自2013年3月裝置投入運(yùn)行以來(lái)，粉煤鎖斗長(zhǎng)期在惡劣工況下運(yùn)行。泄壓過(guò)程中，放空氣體中夾帶大量煤粉，且鎖斗閥動(dòng)作頻繁，對(duì)泄壓閥運(yùn)行壽命影響較大[1]，最終導(dǎo)致高壓煤粉給料倉(cāng)斷料、煤燒嘴跳車，影響裝置高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。

1 粉煤鎖斗的作用

Shell氣化爐屬于干法進(jìn)料氣流床氣化，采用高壓粉煤進(jìn)料氣化工藝。自煤粉制備單元的煤粉先進(jìn)入常壓粉煤儲(chǔ)倉(cāng)(V1201)保存，當(dāng)工藝需要時(shí)，在重力的作用下，進(jìn)入變壓儲(chǔ)倉(cāng)粉煤鎖斗(V1204)，加壓至4.7 MPa后送入高壓煤粉給料倉(cāng)(V1205)，通過(guò)加壓的煤粉和氧氣并流進(jìn)入氣化爐時(shí)瞬間爆燃，發(fā)生一系列氣化反應(yīng)，所有反應(yīng)在數(shù)秒內(nèi)完成，溫度高達(dá)1 600 ℃。

當(dāng)V1204內(nèi)煤粉全部進(jìn)入V1205后，通過(guò)閥門與之?dāng)嚅_，開始泄壓。泄壓時(shí)，排放氣攜帶大量殘留煤粉經(jīng)粉煤袋濾器(S1201)，氣相過(guò)濾后排放至大氣，固相進(jìn)入V1201，泄壓過(guò)程分為三步。第一步是通過(guò)一次泄壓閥(12XV0X22)、限流孔板(12RO0X02)(孔徑為74.68 mm)，泄壓至2.55 MPa；第二步是通過(guò)二次泄壓閥(12XV0X18)、限流孔板(12RO0X01)(孔徑為94.7 mm)，泄壓至0.15 MPa；打開平衡管線上串聯(lián)的兩道平衡閥閥門(12XV0X21和12XV0X20)進(jìn)入第三步泄壓，鎖斗壓力降至常壓時(shí)泄壓步驟完成，與V1201連通，進(jìn)行下一輪煤粉輸送(見(jiàn)圖1)。

裝置連續(xù)運(yùn)行期間，V1204需要不斷進(jìn)行充泄壓操作，與V1201和V1205連通，實(shí)現(xiàn)粉煤由低壓至高壓的輸送，為氣化爐提供足夠的煤粉，維持裝置的正常運(yùn)行，為裝置效益最大化夯實(shí)基礎(chǔ)。

2 主要問(wèn)題

本裝置運(yùn)行多年，鎖斗放空系統(tǒng)出現(xiàn)多次問(wèn)題。

2.1 鎖斗泄壓閥不能正常打開

煤粉鎖斗泄壓閥運(yùn)行期間受惡劣工況的影響，隨著在線運(yùn)行時(shí)間的增加，閥門出現(xiàn)不能正常打開的情況，影響V1205料位，最終因斷料煤燒嘴被迫停運(yùn)。本裝置中12XV0X22多次不能正常打開，只能通過(guò)平衡均壓管線緩慢泄壓，極大延長(zhǎng)了泄壓時(shí)間。為了裝置順利運(yùn)行，只能手動(dòng)停運(yùn)煤燒嘴，在線更換12XV0X22。更換需要6～8 h才能完成，其間，氣化爐只能以較低負(fù)荷運(yùn)行。

2.2 鎖斗泄壓閥內(nèi)漏

V1204泄壓期間，載氣攜帶大量煤粉，不斷沖刷閥體，影響閥門密封性，易出現(xiàn)內(nèi)漏、關(guān)不到位的現(xiàn)象，導(dǎo)致V1204充壓時(shí)間延長(zhǎng)或充不上壓，最終V1205因煤粉供應(yīng)不及時(shí)，煤燒嘴跳車。如12XV0X18內(nèi)漏，在工具齊全的情況下，選擇好時(shí)機(jī)，主動(dòng)停運(yùn)對(duì)應(yīng)系列的煤燒嘴，為內(nèi)漏閥門增加盲板。增加盲板約需2～3 h，之后維持下料程序繼續(xù)進(jìn)行；如12XV0X22內(nèi)漏，由于其材質(zhì)及閥后限流孔板的原因，不能替代一次泄壓，同樣需要更換泄壓閥門，導(dǎo)致系統(tǒng)波動(dòng)嚴(yán)重[2]。

3 解決方案

針對(duì)此類問(wèn)題，鶴壁煤化工經(jīng)與Shell公司、設(shè)備制造廠家以及兄弟單位交流、分析、探討后，對(duì)煤粉鎖斗放空系統(tǒng)做出相應(yīng)改造(見(jiàn)圖2)。

3.1 鎖斗泄壓閥不能正常打開的解決方案

當(dāng)V1204通過(guò)正常程序泄壓時(shí)，一次泄壓與二次泄壓共計(jì)需要10 min，而只使用一次泄壓管線進(jìn)行泄壓至0.15 MPa時(shí)，需要12 min。整個(gè)過(guò)程相差2 min，對(duì)于整個(gè)運(yùn)行周期的影響在可承受范圍內(nèi)，不影響氣化爐的煤粉供應(yīng)。

經(jīng)過(guò)分析討論，將12RO0X01更換成12RO0X02一致的孔徑，并升級(jí)12XV0X18材質(zhì)，選用與12XV0X22相同閥門。改變?nèi)叫箟?，使前兩步泄壓合為一步，通過(guò)任意選擇12XV0X18和12XV0X22，使壓力直接泄至0.15 MPa，讓12XV0X18和12XV0X22互為備用[3]。

修改邏輯順控，當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，只使用其中一路泄壓；當(dāng)閥門出現(xiàn)故障不能正常打開時(shí)，切換為備用閥門，故障的一路可以利用裝置短停時(shí)進(jìn)行處理[4]。如此，避免了泄壓閥門損壞后必須下線，導(dǎo)致氣化爐降負(fù)荷、停車；延長(zhǎng)泄壓時(shí)間，減緩了泄壓時(shí)對(duì)S1201、V1201的壓力影響，起到了低壓區(qū)防爆板的作用；增加鎖斗閥吹掃閥門，定期吹掃鎖斗閥閥體及閥腔，延長(zhǎng)其使用壽命，降低故障頻率。

3.2 鎖斗泄壓閥內(nèi)漏的解決方案

針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中閥門內(nèi)漏問(wèn)題，在鎖斗放空的原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，在12XV0X18、12XV0X22前增加截止閥(見(jiàn)圖3)，閥門采用與管徑同等直徑的耐磨球閥。改造完成后，正常工況下，放空截止球閥保持全開；事故狀況下，可及時(shí)關(guān)閉，切出內(nèi)漏閥門，不影響煤粉的加壓輸送。

圖3 鎖斗泄壓管線新增截止閥

4 改造效果

V1204泄壓過(guò)程改為二步法后，減少了12XV0X18、12XV0X22動(dòng)作頻率，閥門故障率大大降低。當(dāng)運(yùn)行閥門因各種原因不能正常打開時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)程序上的無(wú)縫切換。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中該方法得到了多次印證。

放空截止閥的增加，保障本系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。改造后，當(dāng)一路閥門出現(xiàn)內(nèi)漏問(wèn)題，切換為備閥同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)可以關(guān)閉手閥及時(shí)交出，交出時(shí)間大為減少。同時(shí)，不會(huì)因V1204泄壓閥門內(nèi)漏而影響氣化爐的負(fù)荷。

通過(guò)此次改造，整個(gè)制粉輸送系統(tǒng)的性能得到了較大提升，工況得到了極大優(yōu)化，對(duì)整個(gè)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行具有深遠(yuǎn)影響。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改造，有效避免了因系統(tǒng)供煤不及時(shí)出現(xiàn)減負(fù)荷、停車的問(wèn)題，相信經(jīng)過(guò)不斷努力，粉煤氣化爐會(huì)因其獨(dú)特的環(huán)保優(yōu)勢(shì)及高轉(zhuǎn)化率而有更廣闊的天地。各生產(chǎn)裝置應(yīng)加強(qiáng)交流、互通有無(wú)，攜手解決粉煤氣化運(yùn)行中出現(xiàn)的難題。