Shell煤气化给煤系统运行瓶颈的研究与改造

2019-08-30

化肥设计 2019年4期

(河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司，河南鹤壁 458000)

河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司(以下简称鹤壁煤化工)60万t/a甲醇项目煤气化是采用当今国际先进的第二代Shell干煤粉气化工艺，其中，磨煤系统在Shell煤气化工艺中占极其重要的地位。根据气化炉设计煤种和生产能力的需要，磨煤干燥系统设置两台磨煤机，正常生产时两套系统均运行，满足气化炉满负荷设计需要，磨煤机给煤系统是保证磨煤机安全运行和满负荷生产的关键因素。

气化装置磨煤系统自安装以来，落煤管存在斜度，经常出现落煤管堵煤现象，导致磨煤系列停运，而且落煤管存在的斜度还造成落煤管冲刷磨损严重，磨煤机内部中心管易磨穿，如果检查不及时，煤粉会进入旋转分离器齿轮箱内，污染润滑油、破坏旋转分离器密封组件，进而影响旋转分离器的正常运行，成为煤气化装置安全、稳定、长周期运行的瓶颈，笔者针对磨煤系统落煤管存在的偏差，对其进行研究和改造，有效地解决了落煤管堵煤问题。

1 给煤和磨煤干燥系统

1.1 给煤系统

从煤储运系统来的原煤由输煤皮带送至气化装置的2个独立原煤仓内储存，原煤由重力式称重给煤机称重，经落煤管进入磨煤机内，在磨煤机内被干燥和研磨后，送到煤粉袋式过滤器进行气粉分离，经煤粉旋转给料机及煤粉螺旋输送机进入煤粉储罐。煤粉再靠重力从粉煤储罐流入粉煤放料罐，通过充入高压N2加压使煤粉放料罐与煤粉给料罐压力相同，当料位低至一定程度时，打开放料罐底部阀门又一次加煤，煤粉流入粉煤给料罐，最终送往气化炉的4个煤烧嘴。为维持煤粉给料罐与气化炉之间的压差，粉煤给料罐需不断注入氮气，以保证气化炉的稳定运行。

在煤粉输送过程中，任何一个环节出现问题，都将影响到气化炉煤烧嘴的稳定运行，从而影响气化装置的负荷及后系统的生产，为此必须保证干煤粉的安全输送和储存。

1.2 磨煤干燥系统

磨煤干燥系统的关键设备是磨煤机，原煤仓来的碎煤在磨煤机内通过碾压被送往下游气粉分离，为气化炉提供粒径、湿度适宜的原料。煤粉粒度的变化与旋转分离器转子转速、磨辊加载力、循环风量等因素有关。在磨煤机运行过程中，如果旋风分离器转子磨损严重或挂有异物，会影响煤粉分离，应经常检查、维护。磨煤机给煤量和循环风量调节要按一定的比例，循环风量可以在标准风量上下适当变动，但最终要确保风煤比合适。磨煤机的给煤量随着给煤机负荷的波动而调整，给定的给煤量不能超过磨煤机的允许出力。循环风量主要是通过循环风机液力耦合器的开度调节来实现，以最低开度开启风机，液力耦合器的开度随着给煤负荷的提高而加大。建立正常的风煤比非常重要，如果标定不准确，不仅影响气化炉负荷，还会影响磨煤机的运行，所以运行期间应定期校对测量装置，防止测量装置出现质量问题。

由人工定期打开排渣门，清理排渣箱内的煤矸石，清理的时间间隔应根据实际情况来决定，每次启动磨煤机时必须检查和清理排渣箱，以保证安全运行。正常生产时应1～2 h排一次渣，磨煤机在操作过程中必须严格遵守各项规程和说明，不允许金属块、石块、木块和其他粗硬异物进入磨煤机，以延长磨煤机使用寿命。

1.3 给煤机系统

原煤经称重、给煤机计量后，与石灰石一同从磨煤机上部加入进行研磨，每台称重给煤机由现场控制柜实现瞬时给煤量测量和控制、腔内温度报警、堵煤、跑偏、断链监测报警以及清扫链电机控制等控制、联锁保护功能。

2 给煤系统运行的瓶颈

气化装置磨煤系统在安装时，上部称重给煤机出煤口与下部磨煤机入煤口存在一定的偏差，两中心南北偏差约为700 mm，造成落煤管有一定的斜度，落煤管经常出现堵煤现象，从而导致磨煤系列停运。清理落煤管给装置稳定运行造成很大的影响，而且落煤管存在的斜度还造成落煤管冲刷磨损严重，磨煤机内部中心管易磨穿，如果检查不及时，煤粉会进入旋转分离器齿轮箱内，污染润滑油、破坏旋转分离器密封组件，进而影响旋转分离器的正常运行，成为系统稳定生产的瓶颈。

3 给煤系统改造方案

3.1 改造前基本情况

在此次磨煤机给煤系统技改之前，落煤管经常出现堵煤情况，若来煤湿度较大、气温较低，则堵煤更为频繁，一个运行班(8 h)会堵煤2～3次，造成两个系列运行一段时间就要停下，人工检查清理落煤管堵煤，不但耗时耗力，而且频繁启停磨煤系统设备，尤其对中速磨煤机有很大影响，更为关键的是给装置稳定运行造成了很大影响，有时直接影响到装置的负荷。针对这一问题，曾对落煤管进行多次改造，效果均不佳。改造情况如下：①对落煤管弯曲型式进行改动，主要是解决磨煤机中心管磨损问题，效果不是很好，而且没有解决堵煤问题；②在落煤管上安装空气炮，通过空气炮的喷射吹扫解决堵煤问题，也没有什么效果；③对原来落煤管进行改动，在管道间增加一个偏心锥体，效果也不大；④在落煤管上增加振打器设备，通过振打解决堵煤问题，效果也不好。尽管实施多项技改，堵煤问题仍然没有解决。

3.2 改造方案

此次改造，利用装置停车检修对称重给煤机方位进行调整，使给煤机出口与落煤管和磨煤机入口尽量在一条中心线上，改造前后对比见图1。

图1 给煤机方位改造注：1—称重给煤机上插板阀；2—称重给煤机；3—称重给煤机下插板阀；4—称重给煤机出煤口；5—落煤管；6—磨煤机入煤口

4 改造效果及效益

4.1 改造创新点

通过对给煤机进行移位，即以称重给煤机尾部入煤口法兰为中心移动给煤机头部，使给煤机头部出煤口与下部磨煤机入煤口尽量保持同心，从而有效地解决了落煤管堵煤问题，而且此技改方案施工难度相对不大，施工费用相对较低。

4.2 改造实施后运行效果及效益情况

自2017年11月11日改造后，磨煤系统运行至今，A系列未发现一次堵煤情况，改造效果良好；B系列由于原磨煤机中心管磨穿后对其内部进行贴补焊接处理，贴补钢板较厚，与落煤管形成了一定错边量，效果没有A系列好，通过检查只发现3次部分堵煤情况，也有很大的改善，下一步是将磨煤机中心管内贴补钢板问题解决，效果将更为明显。

按一个运行班(8 h)堵煤2次，清理一次需要2 h计算，需要8个人工时，若1个人工时按10元计，则每年节省人工费用17.52万元。频繁开停磨煤机，易造成磨辊。衬瓦、磨盘等损坏，更换一次备件需要20万元，若每年少更换2次，可节省成本40万元。检修一次磨煤机需要3～5 d，单系列长期运行，会影响装置满负荷运行，若按85%负荷运行4 d，每天少生产甲醇200 t，甲醇价格按3 000元/t，每年少检修2次，可创造效益480万元。