针对壳牌气化装置煤粉锁斗易架桥的技改措施

2011-03-05栾月秋马颖韬

化工设计通讯 2011年6期

栾月秋，马颖韬

（河南煤化集团中原大化公司，河南濮阳 457004）

0 引言

河南煤化集团中原大化年产500kt甲醇项目煤气化装置采用壳牌煤气化工艺，设计能力为日处理设计煤种2 000t，于2008年5月试车成功。壳牌干煤粉气化工艺是壳牌公司开发的煤粉气化工艺，具有鲜明的技术特色，也是当前先进的第二代煤气化工艺，工艺相对成熟。气化装置加压输煤系统12单元煤粉锁斗（V－1204）在下料过程中易出现架桥现象及煤粉结块造成煤粉给料仓（V－1205）后煤阀易堵塞，造成输煤能力下降。系统在90%负荷时，12单元输煤能力已经非常紧张；V－1204架桥较严重时系统被迫减负荷，煤阀卡塞时可能造成单烧嘴跳车，严重影响系统高负荷稳定生产及运行经济效益。通过分析，经多方技术交流讨论，最后对煤粉锁斗氮气系统进行改造。

1 工艺流程简介

由输煤皮带从煤储运圆顶煤仓送来的原煤，被分别储存在气化界区2个独立的原煤仓（V－1101A／B）内，原煤由重力式称重给煤机（X－1101A／B）经落煤管进入磨煤机（A－1101A／B）内［石灰石粉作为助剂，按照与煤一定的重量比通过旋转给料机（X－1107A／B）和石灰石旋转给料机和石灰石喷射器（X－1109A／B）进入落煤管，与原煤一起进入磨煤机］。在磨煤机中，原煤在微负压和惰性气体环境中被干燥和研磨，磨制后的煤粉和气体混合物被输送到粉煤袋式过滤器（S－1103A／B）进行气、粉分离，分离出的煤粉储存于粉煤袋式过滤器的粉斗内，经粉煤旋转给料机（X－1105A／B／C／D／E／F／G／H）进入煤粉螺旋输送机（X－1102A／B／C／D、X－1104A／B）向煤加压及进料单元（U－1200）的两个粉煤储罐（V－1201A／B）。由粉煤过滤器（S1201A／B）过滤下来的粉煤也将通过旋转给料机（X－1206A／B）及螺旋输送机（X－1205A／B）进入粉煤储罐（V－1201A／B）。一旦粉煤储罐达到允许的最高料位时，将联锁停运U－1100单元粉煤螺旋输送机（磨煤及干燥单元将停止运行）。开停车时粉煤通过煤烧嘴前的循环管线回到粉煤储罐中。粉煤储罐的操作压力为0.02MPa（G），操作温度为80℃。

粉煤靠重力从粉煤储罐流入粉煤放料罐（V－1204A／B）。粉煤放料罐达到要求的料位后，接着隔离所有低压设备，然后充入高压氮气加压直至与粉煤给料罐（V－1205A／B）的压力相同，此时打开这两个罐的压力平衡阀（12XV0126／0226，12XV0127／0227）。一旦粉煤给料罐（V－1205A／B）料位低到需要加入另一批煤时，粉煤放料罐（V－1204A／B）底部的两个阀门（12XV0131／0231，12XV0132／0232）打开，粉煤从粉煤放料罐（V－1204A／B）流入粉煤给料罐（V1205A／B）。

粉煤放料罐（V－1204A／B）是利用高压氮气来加压的，氮气通过罐底部的通气锥直接进入罐中。为了保护通气锥中的通气板，氮气加压管线上设置了压差控制阀以控制进入通气锥的氮气流量。粉煤靠重力由粉煤放料罐（V－1204A／B）流入粉煤给料罐（V－1205A／B），待粉煤放料罐中的粉煤全部进入粉煤给料罐后，关闭粉煤放料罐底部的切断阀，与高压系统隔离。然后粉煤放料罐开始卸压。

粉煤放料罐卸压分三步，前两部均通过限流孔板和切断阀将氮气经粉煤袋式过滤器排放到大气中。第三步则通过粉煤放料罐和粉煤袋式过滤器间的压力平衡管线来保证两台设备间压力的平衡。粉煤放料罐的操作压力为4.4～0.02MPa（G），操作温度为80℃。

粉煤给料罐的粉煤由底部送往气化炉的四个煤烧嘴系统。

为维持粉煤给料罐与气化炉间的压差，稳定气化炉的运行，粉煤给料罐内不断地通入氮气，并通过粉煤袋式过滤器（S－1201A／B）排入大气。同样，为了保护罐底的通气锥，氮气管线上设置了压差控制阀。粉煤给料罐的操作压力为4.4MPa（G），操作温度80℃。

2 煤粉锁斗（V－1204）介绍

煤粉锁斗（V－1204A／B）2台；单台总重量62 200kg。其工艺参数如下。

物料名称氮气、煤粉

物料密度 550kg／m3

全容积 75m3

工作容积 57m3

设计温度 150℃

工作温度 110／80℃

设计压力 5.72MPa

工作压力 4.7MPa

3 煤粉锁斗架桥的主要原因

（1）CO2管网能力紧张。当V－1204充压时，易造成管网压力波动，不能保证充压压力正常，同时CO2温度达不到设计的80℃（只能达到60℃），且V－1204充压是个制冷过程，以上因素共同造成了V－1204内煤粉流化状态欠佳。

（2）V－1204向S－1201泄压是显著减压制冷过程，造成S－1201内出现煤粉结块，小块结块煤粉易堵塞煤粉管线上煤阀，造成煤烧嘴工况大幅度波动甚至跳车；大块结块煤粉造成S－1201底部堵塞，严重影响S－1201内滤袋安全及装置长周期运行。

（3）V－1204充压初期也是显著减压制冷过程，易导致煤粉架桥，严重影响系统高负荷稳定运行能力。

为保证装置高负荷长周期运行，提升CO2温度，改变进入V－1204气体组分，在其中加入部分N2，并提高气体温度，减弱V－1204充／泄压时的制冷强度，改善V－1204内煤粉流化状态，从而保障气化系统可以高负荷、长周期、稳定运行——此即为技改目标。

4 技改可行性分析

在30PV－0003A与30PV－0003B后增加缓冲罐（08E－0001），从V－3054入口管线超高压纯氮气引一股氮气减压至51bar后与30PV－0003B来料汇合，再与30PV－0003A来料汇合后，部分进入E－3053加热，使进入08E－0001的混合气温度达到80℃。经08E－0001的缓冲后，可明显减少V－1204充压时对二氧化碳管网造成的波动，保证充压压力，同时二氧化碳温度得以提高，明显改善流化效果。

V－1204充压过程中配入一定量的氮气，使V－1204内的流化气体为二氧化碳与氮气的混合物，这种混合气体与纯二氧化碳相比，充／泄压时的制冷能力将明显减弱，减小煤粉结块的可能。

E－3053为超高压二氧化碳预热器，08E－ 0001为天然气合成氨装置废弃废热锅炉，压力等级及材质符合技改工艺条件要求。

改造后对主控操作影响不大，仅增加一处温度调控。