Shell煤气化用捞渣机常见问题分析及技术改造

张海兰

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037001)

Shell煤气化用捞渣机常见问题分析及技术改造

张海兰

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037001)

Shell煤气化中刮板式捞渣机是一种常见的除渣设备，针对运行中捞渣机故障频发的现象，同煤广发化学工业有限公司对捞渣机进行了多处改造，改造结果表明：捞渣机不仅提高了链条、刮板等部件的抗磨损能力，降低了设备故障率，同时保证了捞渣机长期稳定、安全运行。

Shell煤气化；刮板式捞渣机；故障；技术改造

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.014

同煤广发化学工业有限公司煤气化装置的捞渣机，是煤气化工艺14单元中最重要的设备之一。捞渣机主要作用是将由气化炉内部产生的渣捞出运走。渣锁斗定期排渣，时间间隔短，捞渣机要在水中相对较短的时间内接受从锁斗集中排出的大量灰渣和黑水，且捞渣机必须在锁斗排渣间隔时间段内将锁斗排出的灰渣及夹带的灰水从渣脱水槽中捞走。捞渣过程中大部分水要流回渣脱水槽内，最后装车的粗渣含水率约15%～25%。由捞渣机捞出的粗渣经过渣皮带送往临时渣仓，再由临时渣仓装入汽车，捞渣机为连续出料，汽车装满后关闭渣斗出料插板阀，汽车将渣运出。

该公司采用的捞渣机是刮板式捞渣机，主要由壳体、驱动装置、张紧装置、链条、刮板、内导轮等几部分组成。

2015年1月，该公司完成了对捞渣机刮板、拖动链轮、托轨、张紧装置等的一系列改造后，大大降低了捞渣机的故障率，同时捞渣量得到了很大的提升，并在设备内部增加耐磨材料，大大提高了捞渣机的使用寿命和捞渣效率。

1 渣的形成

壳牌煤气化技术采用熔渣式膜式壁气化炉，气化炉燃烧室燃烧后产生的熔渣和灰沿膜式壁经渣口掉进渣池内部，熔渣在渣池水的激冷下碎裂成密实的小块，经沉降后进入破渣机进行破碎，当破碎程序达到使用客户的要求后，进入渣收集器V-1402进行收集，在规定时间内将收集之后的渣排放到排渣罐中，在排渣罐内完成由高压到低压的转变，最后粗渣由排渣罐进入捞渣机，被捞渣机捞起送往输送皮带。细渣浆则由细渣浆排出泵后被送到1700单元做进一步处理。每次下渣的具体约量值见表1。

表1 下渣的具体约量值

2 捞渣机经常出现的故障

2014年1月初，煤气化装置开始试生产，捞渣机的运行一直很不稳定，无法满足生产要求，主要存在以下几项问题：①电机经常因为过流的原因跳车；②捞渣机负荷一直无法达到正常运行时所需要的负荷；③回链时捞渣机上部托轮因进渣不转、长时间运行导致刮板铰叉位置被磨薄，托轮与链条接触处被磨平；④内导轮长时间浸泡在渣水中，因其设计的原因，内导轮在捞渣机内部，在巡检过程中无法判断是否正常运转，无法进行内导轮的保养，长时间不保养，就会造成内导轮卡涩，严重时直接造成轴承损坏，无法正常运转；⑤经常发生夹链、脱链、断链、跳链等现象，并且捞渣机内部经常伴随发生异响；每当捞渣机不能正常运行时，需切换到现场事故渣池进行排渣，清理较费劲，不但浪费了大量的人力、物力，同时渣水还对水系统造成了很大的影响。所以该公司决定对捞渣机进行技术改造。

3 捞渣机改造方案

3.1 运算步骤

针对捞渣机存在的这些问题，初步考虑的是电机功率是否能满足生产负荷要求，但是经过计算，发现电机完全可以满足捞渣机的正常运行，以下是运算步骤。

湿渣的堆积密度ρ=1.43t/m3；捞渣机斜升段的长度L1=9.7m；捞渣机渣仓水平段长度L2=9.7m；捞渣机斜升段角度35°；刮板高度H=0.232m；刮板有效宽度B=1.2m；刮板、链条运行速度V=4.4m/min；捞渣机输送效率η=刮板充满系数K；μ斜升=0.32(渣水分离状态)；μ水平=0.30(渣水分离状态)；λ湿渣=tan30°=0.577 3；单条刮板质量W刮板=60kg；链条每米质量W链条=18kg/m。

输送过程中分布于斜升段的质量：

W斜升=L1×B×H×η×ρ

=9.7×1.2×0.232×0.67×1 430

=2 588kg

分布于斜升段的刮板链条质量：

W斜升=L1×2×W链条+L1/(8×0.8) ×W刮板

=2×9.7×18+9.7÷0.864×60

=1 023kg

斜升段摩擦力：

F斜重=(W斜渣+W斜链)×sin35°=2 071kg

水平摩擦力：

F平摩=(1-λ浮力)×(W平链+W平渣)

×μ水平+W平渣×λ

=14 712kg

其中，W平渣取1次排泄渣量27.6t，即水平段中贮留27.6t渣；

系统运行总阻力：

F=f斜摩+f斜重+f平摩

=947+2 071+14 712

=17 730kg

最大启动扭矩：

Mq=F×D/2=52 303N·m

减速机最大输出扭矩：

μ=95 509×15÷(1 460÷187)

=18 348N·m<22 000N·m

驱动输出扭矩：

M=9 550P/n=9 550×15÷(1 460÷187÷3)

=55 403N·m

当电机转速为1 460r/min时，55 403N·m>最大扭矩52 303N·m；

通过上述计算得出，电机功率足够使用。因此需要考虑通过改造捞渣机本体的刮板、内导轮、托轨等部位来达到目的。

3.2 捞渣机具体改造措施

3.2.1 将矩形刮板改造成三角形刮板

原设备采用矩形刮板(见图1)，刮板本体选用20#槽钢，在刮板的工作面(槽钢的上、下两边)上镶焊耐磨条，耐磨条宽 60mm，厚度 14mm，质量约为78kg(见图2)。此刮板在运行中易发生飘链。改造后设备采用三角形刮板(见图3)，刮板本体采用优质成型碳钢，减轻了刮板的自身质量(比矩形刮板减轻约10kg)，强度未改变，但抗弯强度增加，使刮板不容易弯曲。刮板与环链的链接采用铰叉型无螺栓铰链式连接(见图4)，此连接方式并未作出改造。通过改造刮板，可以减轻运行时的负荷，减少电机发生过载的情况，并且增加了刮渣量。将刮板两端的堵板加长(见图4)，加长后会与刮板带渣面形成凹形渣槽，增加了刮板的输渣能力及设备的出力，改造后设备增加出力20%～25%，能很好地解决设备出力不够或刮板速度过快的问题。

图1 矩形刮板侧面图

图2 矩形刮板工作面

图3 三角形刮板

图4 凹形槽

3.2.2 改造内置卡槽式结构压导轮

原设备的压导轮与小导轮采用的是内置卡槽式结构(见图5)，锁斗下渣后渣水已溢过压导轮与小导轮，长时间受气体和渣水的腐蚀，轴承和密封件很容易浸入灰渣损坏，现场使用的 6 套托轮经常抱死不转，有的轮体和链条相磨已磨成“D”字形(见图6)，并且此种结构在维护检修时需将捞渣机内部渣水全部放完，打开捞渣机孔盖，增加维修难度和维修时间。

图5 内置卡槽式结构

图6 磨损成“D”字形的轮体

现在改造后使用的是轴承外置通轴压轮，压轮与轴的连接形式采用平键连接，轴承座安装在机壳外部(见图7)，轴承、密封圈等不会因为长期腐蚀气的腐蚀而损坏。

图7 安装在机壳外部的轴承座

3.2.3 增加挑链器

由于气化炉捞渣机属于上回链式，回链时拖动链轮与链条在脱开时，现场捞渣机会不时发出“嘎巴”响声，可能发生夹链或者刮板与设备本体发生撞击的现象，这时“挑链器”能够及时使链轮与链条脱开，防止发生此事故。

3.2.4 将回链托轮托轨改造成“人”字形托轨

将水平段托轮取消，同时托轨改成人字形托轨(见图8)。底部使用槽钢支撑，槽钢上部装的耐磨铸石板也呈“人”字形焊接在支撑槽钢上。通过增加“人”字形托轨，可以减少链条的磨损。托轮采用非通轴卡槽式结构，托轮装在上层底板上，且上盖为活动盖板，检修、更换非常方便。在“人”字形托轨下部开若干方孔，以便刮板残留渣更容易掉到捞渣机内部。

图8 人字形托轨

3.2.5 改造普通外置导流式内导轮

内导轮是刮板捞渣机的关键部件之一，因其所处的位置特殊和工作环境的恶劣，内导轮的运行状况直接影响捞渣机的运转。

现场原始采用普通外置导流式内导轮，轴、轮体同时转动，在外面根本无法判断机壳内的内导轮是否正常运转，无法确定检修时间，增加了检修难度，同时也对设备有很大的负面影响。

新式组合式轴承外置内导轮结构合理，具有可侧翻出机壳的功能、良好的密封效果，同时具备在线监测、在线维修(即在不排放捞渣机壳体内冷却水的情况下进行检修)的功能，检修时只需打开导轮轴外侧端盖，松掉外部的锁紧螺母，然后将内导轮法兰外侧的轴承和轴承腔外壳整体拆卸下来，即可轻松更换内部的各种密封部件。导轮和导轮轴之间用平键连接，仅当需要更换内导轮轮体时才需将机壳内部的灰水排空，打开外翻式内导轮门体，进行更换。内导轮采用组合式轴承外置式内导轮，新型结构的密封形式采用机械多槽迷宫+水封+填料环+密封脂密封+双骨架油封的结构；密封件与轴之间采用高耐磨套，防止因密封件损坏导致导轮轴损坏的情况发生；选用机械多槽式迷宫环作为第一级的密封方式，增大了灰水进入密封回路的困难性；同时在导轮外侧涂有红、黑两种颜色的标识(见图9)，巡检人员通过目测便可很直观地观察到内导轮是否转动，以便及时发现问题并维修。

图9 红、黑标识

3.2.6 张紧机构的改造

近几年捞渣机较多采用的是尾部液压张紧，包括自动和手动液压张紧两种形式。该公司原张紧机构为自动液压型，自动液压张紧系统通过一个小型手动油泵为油缸和蓄能器提供一定压力的液压油，两个油缸安装在张紧链轮上，控制链条的松紧。蓄能器中存有一定的压力油，能够补充系统的泄漏，使系统能长时间保压，当系统压力低于设定的工作压力时，通过油泵为系统加压。自动液压张紧为整个系统按设定好的参数自动控制调整。手动液压张紧则要求7～10d左右查看系统压力表，手动张紧调节1次，这种张紧的缺点是：腐蚀性蒸汽环境的存在，液压张紧装置使用半年就会出现很多故障，甚至无法继续使用。

改造后张紧机构同样是设在机壳尾部，采用蜗轮蜗杆箱+螺杆+弹簧结构(见图10)，当负载波动及链条伸长时，张紧弹簧可根据现场情况自动对张紧轮的高度进行调节，保证链条始终处于张紧状态；张紧轮在运行过程中仅为从动受力，受力较小且两侧受力均匀，尾部张紧机构轻巧灵活、结构简单，更便于链条张紧且对头部拖动机构不产生任何干涉；张紧链轮轮毂为锻造合金钢(20CrMnTi)，渗碳淬火，HRC≥55，耐磨性好；轴承润滑的加油位置为在轴端钻的2个长孔，1个为注油孔，1个为出气孔，注油简单方便。该半自动张紧机构结构简单灵活、实用，维修方便，成本低廉。

图10 张紧机构

4 结语

通过对捞渣机拖动链条、刮板、拖动机构总成、托轨、压轮、轴承外置式内导轮、张紧机构的技术改造，提高了链条、刮板等部件的抗磨损能力，同时该厂加大了捞渣机日常维护与保养工作力度，降低了设备的故障率，保证了捞渣机长期、稳定、安全运行。目前，捞渣机运行良好。

[1]GB/T1572—2001，煤的结渣性测定方法[S].

[2]李东建，韩俊伟.壳牌气化炉捞渣机的技术改造[J].石油化工设备，2013(11):82-85.

[3]郭明波，代彩玲，马颖韬.Shell煤气化工艺特点及存在问题[J].河北化工，2011(2):9-10，78.

[4]吕大庆.刮板式捞渣机常见故障分析及处理[J].华中电力，2010(6):67-69.

[5]赵民.捞渣机综合治理及设备精细化管理应用[J].电力科学与工程，2008(7):1-7，16.

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[7]范晓程.刮板捞渣机链条针对磨损的维护与保养[J].技术与市场，2015(10)：88.

修改稿日期： 2017-03-13

Analysis and Technical Renovation of Slagging Machine of Shell’s Coal Gasification

ZHANG Hai-lan

(DatongGuangfaChemicalIndustryCo.，Ltd.，DatongShanxi037001，China)

The scraper-type slagging machine for Shell’s coal gasification is a common slag removal equipment.Datong Guangfa Chemical Industry Co.，Ltd.has made several changes and renovations for the slagging machine aimed at solving the problem of frequent malfunctions of the machine.The transformation results prove that the renovated slag machine can not only give better anti-fraying performance in components such as chains and scrappers，but also guarantee a longer time and more stable operation of the slagging machine.

Shell coal gasification；scraper-type slagging machine；failure；technological transformation

张海兰(1988年—)，女，黑龙江齐齐哈尔人，2011年毕业于东北石油大学过程装备与控制工程专业，助理工程师，现从事设备管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.014

TQ545

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1004-8901(2017)02-0049-04