干煤粉加压输送系统性能提升技改小结

王子修

(河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司，河南 鹤壁 458000)

0 引 言

河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司(简称鹤壁煤化)600 kt/a甲醇项目气化装置采用壳牌粉煤加压气化工艺(SCGP)，设置1台Shell气化炉，设计投煤量2 850 t/d，配套65 000 m3/h(制氧量)空分装置。气化装置简要工艺流程为，原料煤经磨煤单元磨制成粒径、水分合格的煤粉进入气化炉内反应生成粗合成气，粗合成气经干法除灰、湿洗单元洗涤后送往变换系统，炉渣、飞灰经除渣、飞灰脱除单元后装车送走，产生的废水经初步水处理后大部分循环利用，少部分送污水处理站深度处理。其中，干煤粉加压输送系统主要工艺流程为，来自制粉单元的煤粉先进入常压煤粉贮仓，后进入变压煤粉贮仓粉煤锁斗，经加压后送入煤粉给料仓(开车初期载气为氮气，二氧化碳压缩机启用后，载气切换为二氧化碳)，粉煤锁斗和煤粉给料仓的排放气进入煤粉仓装料袋滤器，收集的煤粉向下排入煤粉贮仓。

鹤壁煤化甲醇装置经过不断的运行总结与改造，2016年6月2日实现满负荷生产(日产甲醇1 800 t)，之后通过充分挖掘甲醇装置的潜能，逐渐增产至1 900 t/d，其后通过产能提升改造，甲醇产量突破2 200 t/d。在实现高产的过程中，干煤粉加压输送系统出现了一系列的问题，如堵料导致跳烧嘴事故、锁斗泄压阀故障导致停2个烧嘴(鹤壁煤化Shell气化炉设2组共4个对喷式烧嘴，紧急情况下可短时间停运1组烧嘴)、煤粉给料仓内件磨损等，后经过不断地总结、研究及优化，干煤粉加压输送系统的性能得到了较大提升，保障了气化装置的长周期稳定运行。以下对有关情况作一总结。

1 煤粉仓装料袋滤器的优化改进

煤粉仓装料袋滤器(S1201A/B)通过带有反吹(反吹气为0.3 MPa氮气)的滤袋(V1201/V1204/V1205)收集放空气携带的煤粉，收集到的煤粉通过其底锥下面不间断运行的旋转给料阀及螺旋输送机送往常压煤粉贮仓，过滤后的放空气(主要成分为氮气或二氧化碳)通过煤粉仓装料袋滤器顶部放空口排入大气，粉尘收集系统间歇运行。

1.1 煤粉仓装料袋滤器滤袋漏粉问题及改进

煤粉仓装料袋滤器滤袋漏粉(使用寿命短)是干煤粉加压输送系统的一个主要问题。鹤壁煤化气化装置长时间运行后，煤粉仓装料袋滤器滤袋会发生破损漏粉，直接造成放空口排放气带粉，出现黑烟现象，在环保形势日益严峻的背景下，影响极其恶劣；如果泄漏时间长，滤袋内积存的煤粉过多，会导致滤袋脱落，此种情况下需要气化炉降负荷进行在线处理，处理过程耗时较长且危险性大。

通过对漏粉的滤袋及现场实际情况进行研究，发现主要问题为，袋口位置出现磨损，滤袋粘贴在龙骨上，袋底上方20 cm处出现磨损，龙骨存在腐蚀磨损问题。针对这些问题，经研究并与滤袋厂家进行交流，对滤袋质量进行提升，在口部位置增设百叶窗对袋口进行保护，对龙骨进行重新设计并更换为不锈钢材质。2018年9月本项技改完成后，滤袋损耗明显减轻，龙骨锈蚀问题得到彻底解决。

1.2 煤粉仓装料袋滤器反吹管脱落问题及改进

原始设计中，煤粉仓装料袋滤器的反吹管一端直接与反吹箱体的分布管相连(承插式连接)，另一端反吹管上的固定铁片与槽钢用螺丝相连，但槽钢与箱体壁间隙较大，且中间焊的支撑较少，系统长时间运行后，每次检修均发现反吹管有脱落现象，起不到良好的反吹作用,缺乏反吹的滤袋长时间粘粉后煤粉很容易脱落而酿成事故。经排查，发现主要问题是槽钢与箱体壁固定不牢，反吹管吹扫时的反作用力作用在相连的槽钢上，固定不牢的槽钢发生形变且来回晃动，导致反吹管承插式连接一侧脱落；此外，反吹管固定方式不佳也易导致脱落。

鹤壁煤化气化分厂结合现场的实际情况，利用检修机会对槽钢与箱体壁固定部位进行加固，同时改进反吹管固定方式——在反吹管与反吹分布管连接处分别焊1根螺栓，反吹管与总管对接好后，再加1个金属连接片，并用螺母+弹性垫片拧紧。2018年10月本项技改完成后，再未出现过反吹管脱落的现象。

1.3 煤粉仓装料袋滤器放空口进水问题及解决

鹤壁煤化气化装置位于海拔较高山区的半山腰，同时煤粉仓装料袋滤器(S1201)放空口位置较高，大概在地面以上120 m处，放空口的上面及周围没有遮挡物，在粉煤锁斗及煤粉给料仓放空时有大量气体流出，其他时间则几乎没有正压气体流出，当夏天雷暴大风天气时，水汽很容易通过放空口进入S1201，造成S1201滤袋通透性变差、压差报警，影响煤粉加压输送单元的正常下料。

经研究，结合现场实际，鹤壁煤化气化分厂在S1201A/B放空口上下左右位置增设了挡板，迫使放空口方向向下偏，以防雨水通过放空口进入而影响系统的稳定运行。2018年11月本项技改完成后，从系统运行情况来看，主控室再也没有出现过S1201A/B压差报警，表明雨水不再进入放空口，保证了滤袋的通透性良好。

1.4 煤粉仓装料袋滤器底锥堵料问题及改进

煤粉仓装料袋滤器(S1201)作为气化炉磨煤单元重要的泄压设备，其稳定运行对于气化炉的长周期运行有着至关重要的作用。若S1201内煤粉架桥或底锥煤粉板结，会导致煤粉无法进入滤袋(V1201)，S1201料位越来越高，不得不打开S1201底部捅煤阀或底锥法兰处理，如此一来会有大量煤粉流出，且煤粉很细温度又高，存在很大的安全环保隐患。河南龙宇煤化工有限公司Shell气化装置运行中曾多次发生S1201底锥堵料的情况，严重影响系统的安全运行[1]。

通过研究及现场查看，发现S1201底锥的空气炮出口位置较高，在底锥积料时，空气炮瞬时喷出的氮气难以到达底部，不能起到良好的疏通效果。2018年11月利用检修机会，鹤壁煤化气化分厂对S1201底锥的空气炮氮气管线进行改造——向下延伸40 cm，如此一来，可保证氮气能够吹到S1201底锥最底部，有效减少底锥煤粉板结，减少因检修造成的煤粉外漏，保障系统的安全、稳定运行。

2 煤粉贮仓的优化改进

2.1 煤粉贮仓闷燃问题及改进

气化装置常压煤粉贮仓(V1201)在非计划停车状态下有时会存有大量煤粉，在长时间无氮气保护的情况下极易发生闷燃现象。鹤壁煤化气化分厂于2016年11月在V1201底锥增设一路临时氮气，用于停车后对煤粉贮仓进行氮气保护——临时氮气分为界区外0.4 MPa低压氮气管网气源和界区外6.1 MPa液氮泵管网气源，分别设有双截止阀，阀后共用1根管线，据界区外管网情况选择使用不同的气源；煤粉贮仓为低压设备，去其底锥的临时管线上设有限流孔板，用来保护底锥内件。经过几次使用后，在无6.1 MPa氮气而选择使用0.4 MPa氮气作为气源时，受限流孔板的影响，氮气气量不足，V1201温度上涨明显，不能有效地对V1201内煤粉进行惰性保护。

针对上述情况，2020年4月鹤壁煤化在V1201临时氮气管线限流孔板处增设旁路，在非计划停车状态下，使用双管线控制氮气流量：当气源为6.1 MPa氮气时，使用有限流孔板的一路；当气源为0.4 MPa氮气时，使用无限流孔板的一路。实际使用情况表明，在非计划停车状态下，双管线氮气流量控制能够有效保证常压煤粉贮仓的安全。

2.2 煤粉贮仓防爆板起爆问题及解决

煤粉贮仓作为常压储罐，防爆板设计压力为40 kPa，正常运行期间出现过防爆板爆破的问题。事后经分析与研究，发现导致防爆板爆破的原因主要有：煤粉含水量偏高，使得防爆板使用时间较长后边缘存在腐蚀现象，腐蚀后的防爆板起爆压力降低；煤粉贮仓至煤粉仓装料袋滤器平衡管线存在局部堵塞，过气不畅而存在憋压；实验测得煤粉贮仓内煤粉密度约550～700 kg/m3，明显低于理论值，主控的料位是依据煤粉重量控制的，导致实际控制的料位偏高，在粉煤锁斗泄压时，大量气体不能及时排出，导致超压；底锥流化氮气孔板磨损，气量变大，仪表导压管堵塞等问题导致压力仪表示数失准，均会造成锁斗泄压时煤粉贮仓超压。

为解决防爆板起爆压力低的问题，鹤壁煤化气化分厂要求及时检查防爆板的使用情况，并利用检修机会每年更换1次；每次检修时需检查氮气孔板，有问题则及时更换，并联系仪表人员及时疏通导压管，确保仪表工作正常；原料煤煤种不同，磨制而得的煤粉密度有差别，平时多检测煤粉的密度，及时依据煤粉密度确定合适的煤粉贮仓煤粉重量控制范围，以控制煤粉贮仓料位在适宜范围。

3 粉煤锁斗的优化改进

粉煤锁斗是一种变压设备，其作用是将常压的煤粉加压至正常操作压力再输送到煤粉给料仓。经过长时间的运行后，粉煤锁斗出现过笛管磨损、脱落、断裂以及锁斗阀内漏、卡涩等问题，严重影响气化装置的稳定运行，导致需要停掉2个烧嘴进行处理。

笛管为粉煤锁斗充压的主要管线，氮气流量达3 000 m3/h，在大流量气流的冲刷及振动下，笛管会出现磨损断裂等问题[2]。为此，对粉煤锁斗充压笛管进行改造，由一体式改为分段式，两头用卡子进行固定，中间用方法兰进行固定、连接，固定点直接用满焊的方式予以固定，每次检修均进行检查消缺。2015年7月本项改造完成后，再未出现过笛管脱落的情况，每次检修只需对磨损部位进行补焊即可。

锁斗阀内漏是Shell气化装置的共性问题。粉煤锁斗泄压设计上分为三路三次泄压，前两次泄压将压力泄至低压，最后一次泄至常压，正常生产时1 h进行1次泄压操作。由于泄压气体中带有煤粉，在煤粉的冲刷及经常性开关操作下，前两路泄压锁斗阀经常出现内漏的情况，内漏量大时会导致粉煤锁斗充压困难，严重影响程序的正常运行。为此，2018年11月利用气化装置停车检修机会，对粉煤锁斗前两次泄压进行合并，泄压全程改为两次——对前两路泄压管线进行改造，孔板改为同样大小，在每一路锁斗阀前增设1个现场阀，两路互为备用，即在一路锁斗阀出现内漏等问题时，可以交付检修，由另一路进行泄压，此举虽会使泄压时间延长4 min左右，但不影响系统的正常运行，并彻底解决了锁斗阀出现问题时需降负荷运行乃至停用该系列对应2个烧嘴的问题。

对于锁斗阀卡涩问题，经分析，其原因在于：锁斗阀伴热效果达不到要求，锁斗阀本体与阀球膨胀系数相差太大，尤其是冬季；锁斗阀本体吹扫长时间不开，有异物卡涩；锁斗阀所在管线振动大，导致阀门受损。因此，冬季要及时排查阀门的伴热情况，确保伴热达标；仪表人员需定期打开吹扫阀对锁斗阀阀体进行吹扫，确保无异物卡涩；对锁斗阀所在管线支撑加强固定，减少管线振动，同时在锁斗阀检修下线时做好固定，防止错位。

4 煤粉给料仓的优化改进

煤粉给料仓(V1205)是给煤烧嘴稳定供料的高压设备，正常情况下，V1205内部的导向梭将从罐顶部下来的煤粉均匀地分散到2个锥体内，而导向梭与罐体之间的空间是充满氮气的，通过平衡管与罐顶部连通，用于平衡导向梭内外的压力。但由于煤粉冲刷等，V1205长时间运行后逐渐出现了破损，导致锥部内侧以及导向梭开裂。鹤壁煤化在一次检修时，利用1周时间把导向梭体底部的煤粉清理干净，之后对破损、开裂的部位进行了补焊，但经过1个运行周期后，发现补焊的地方又出现开裂、脱落，有明显的冲刷磨损痕迹。经与业内多家企业检修人员交流，同行一致认为，这种情况没有补焊的必要。鹤壁煤化气化分厂利用检修机会对V1205锥体进行加固，停车时注意检查消缺。

V1205内部的导向梭发生破损，煤粉会进入导向梭与罐体之间的气体空间继而积存，且在粉煤锁斗向煤粉给料仓下料时，V1205罐内气体流量的变化会通过导向梭的漏洞对底锥的煤流产生较大的影响，直接影响煤烧嘴的稳定运行。2019年12月，在平衡管上增设平衡阀，当导向梭存在破损而影响粉煤输送管线稳定运行时，关闭平衡阀，保障粉煤输送管线的稳定运行；在导向梭未发生破损或平衡管存在堵塞的情况下，打开平衡阀，可以稳定导向梭内外压力及疏通平衡管。

5 结束语

干煤粉加压输送系统为Shell气化炉的煤烧嘴提供稳定合格的煤粉，鹤壁煤化针对干煤粉加压输送系统生产运行中出现的一系列的问题，采取改进煤粉仓装料袋滤器滤袋、改进煤粉仓装料袋滤器反吹管固定方式、煤粉仓装料袋滤器放空口增设挡板、改造煤粉仓装料袋滤器底锥空气炮氮气管线、煤粉贮仓临时氮气管线限流孔板处增设旁路、煤粉贮仓防爆板改为不锈钢材质、粉煤锁斗充压笛管改为分段式、改进粉煤锁斗泄压管线、加固煤粉给料仓锥体、煤粉给料仓平衡管上增设平衡阀等优化技改措施后，实现了干煤粉加压输送系统的稳定运行，为Shell气化装置的安、稳、长、满、优运行奠定了基础。