針對殼牌氣化裝置煤粉鎖斗易架橋的技改措施

欒月秋，馬穎韜

（河南煤化集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽 457004）

0 引 言

河南煤化集團(tuán)中原大化年產(chǎn)500kt甲醇項(xiàng)目煤氣化裝置采用殼牌煤氣化工藝，設(shè)計(jì)能力為日處理設(shè)計(jì)煤種2 000t，于2008年5月試車成功。殼牌干煤粉氣化工藝是殼牌公司開發(fā)的煤粉氣化工藝，具有鮮明的技術(shù)特色，也是當(dāng)前先進(jìn)的第二代煤氣化工藝，工藝相對成熟。氣化裝置加壓輸煤系統(tǒng)12單元煤粉鎖斗（V－1204）在下料過程中易出現(xiàn)架橋現(xiàn)象及煤粉結(jié)塊造成煤粉給料倉（V－1205）后煤閥易堵塞，造成輸煤能力下降。系統(tǒng)在90%負(fù)荷時(shí)，12單元輸煤能力已經(jīng)非常緊張；V－1204架橋較嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)被迫減負(fù)荷，煤閥卡塞時(shí)可能造成單燒嘴跳車，嚴(yán)重影響系統(tǒng)高負(fù)荷穩(wěn)定生產(chǎn)及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。通過分析，經(jīng)多方技術(shù)交流討論，最后對煤粉鎖斗氮?dú)庀到y(tǒng)進(jìn)行改造。

1 工藝流程簡介

由輸煤皮帶從煤儲(chǔ)運(yùn)圓頂煤倉送來的原煤，被分別儲(chǔ)存在氣化界區(qū)2個(gè)獨(dú)立的原煤倉（V－1101A／B）內(nèi)，原煤由重力式稱重給煤機(jī)（X－1101A／B）經(jīng)落煤管進(jìn)入磨煤機(jī)（A－1101A／B）內(nèi)［石灰石粉作為助劑，按照與煤一定的重量比通過旋轉(zhuǎn)給料機(jī)（X－1107A／B）和石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)和石灰石噴射器（X－1109A／B）進(jìn)入落煤管，與原煤一起進(jìn)入磨煤機(jī)］。在磨煤機(jī)中，原煤在微負(fù)壓和惰性氣體環(huán)境中被干燥和研磨，磨制后的煤粉和氣體混合物被輸送到粉煤袋式過濾器（S－1103A／B）進(jìn)行氣、粉分離，分離出的煤粉儲(chǔ)存于粉煤袋式過濾器的粉斗內(nèi)，經(jīng)粉煤旋轉(zhuǎn)給料機(jī)（X－1105A／B／C／D／E／F／G／H）進(jìn)入煤粉螺旋輸送機(jī)（X－1102A／B／C／D、X－1104A／B）向煤加壓及進(jìn)料單元（U－1200）的兩個(gè)粉煤儲(chǔ)罐（V－1201A／B）。由粉煤過濾器（S1201A／B）過濾下來的粉煤也將通過旋轉(zhuǎn)給料機(jī)（X－1206A／B）及螺旋輸送機(jī)（X－1205A／B）進(jìn)入粉煤儲(chǔ)罐（V－1201A／B）。一旦粉煤儲(chǔ)罐達(dá)到允許的最高料位時(shí)，將聯(lián)鎖停運(yùn)U－1100單元粉煤螺旋輸送機(jī)（磨煤及干燥單元將停止運(yùn)行）。開停車時(shí)粉煤通過煤燒嘴前的循環(huán)管線回到粉煤儲(chǔ)罐中。粉煤儲(chǔ)罐的操作壓力為0.02MPa（G），操作溫度為80℃。

粉煤靠重力從粉煤儲(chǔ)罐流入粉煤放料罐（V－1204A／B）。粉煤放料罐達(dá)到要求的料位后，接著隔離所有低壓設(shè)備，然后充入高壓氮?dú)饧訅褐敝僚c粉煤給料罐（V－1205A／B）的壓力相同，此時(shí)打開這兩個(gè)罐的壓力平衡閥（12XV0126／0226，12XV0127／0227）。一旦粉煤給料罐（V－1205A／B）料位低到需要加入另一批煤時(shí)，粉煤放料罐（V－1204A／B）底部的兩個(gè)閥門（12XV0131／0231，12XV0132／0232）打開，粉煤從粉煤放料罐（V－1204A／B）流入粉煤給料罐（V1205A／B）。

粉煤放料罐（V－1204A／B）是利用高壓氮?dú)鈦砑訅旱?，氮?dú)馔ㄟ^罐底部的通氣錐直接進(jìn)入罐中。為了保護(hù)通氣錐中的通氣板，氮?dú)饧訅汗芫€上設(shè)置了壓差控制閥以控制進(jìn)入通氣錐的氮?dú)饬髁?。粉煤靠重力由粉煤放料罐（V－1204A／B）流入粉煤給料罐（V－1205A／B），待粉煤放料罐中的粉煤全部進(jìn)入粉煤給料罐后，關(guān)閉粉煤放料罐底部的切斷閥，與高壓系統(tǒng)隔離。然后粉煤放料罐開始卸壓。

粉煤放料罐卸壓分三步，前兩部均通過限流孔板和切斷閥將氮?dú)饨?jīng)粉煤袋式過濾器排放到大氣中。第三步則通過粉煤放料罐和粉煤袋式過濾器間的壓力平衡管線來保證兩臺(tái)設(shè)備間壓力的平衡。粉煤放料罐的操作壓力為4.4～0.02MPa（G），操作溫度為80℃。

粉煤給料罐的粉煤由底部送往氣化爐的四個(gè)煤燒嘴系統(tǒng)。

為維持粉煤給料罐與氣化爐間的壓差，穩(wěn)定氣化爐的運(yùn)行，粉煤給料罐內(nèi)不斷地通入氮?dú)?，并通過粉煤袋式過濾器（S－1201A／B）排入大氣。同樣，為了保護(hù)罐底的通氣錐，氮?dú)夤芫€上設(shè)置了壓差控制閥。粉煤給料罐的操作壓力為4.4MPa（G），操作溫度80℃。

2 煤粉鎖斗（V－1204）介紹

煤粉鎖斗（V－1204A／B）2臺(tái)；單臺(tái)總重量62 200kg。其工藝參數(shù)如下。

物料名稱 氮?dú)?、煤?/p>

物料密度 550kg／m3

全容積 75m3

工作容積 57m3

設(shè)計(jì)溫度 150℃

工作溫度 110／80℃

設(shè)計(jì)壓力 5.72MPa

工作壓力 4.7MPa

3 煤粉鎖斗架橋的主要原因

（1）CO2管網(wǎng)能力緊張。當(dāng)V－1204充壓時(shí)，易造成管網(wǎng)壓力波動(dòng)，不能保證充壓壓力正常，同時(shí)CO2溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)的80℃（只能達(dá)到60℃），且V－1204充壓是個(gè)制冷過程，以上因素共同造成了V－1204內(nèi)煤粉流化狀態(tài)欠佳。

（2）V－1204向S－1201泄壓是顯著減壓制冷過程，造成S－1201內(nèi)出現(xiàn)煤粉結(jié)塊，小塊結(jié)塊煤粉易堵塞煤粉管線上煤閥，造成煤燒嘴工況大幅度波動(dòng)甚至跳車；大塊結(jié)塊煤粉造成S－1201底部堵塞，嚴(yán)重影響S－1201內(nèi)濾袋安全及裝置長周期運(yùn)行。

（3）V－1204充壓初期也是顯著減壓制冷過程，易導(dǎo)致煤粉架橋，嚴(yán)重影響系統(tǒng)高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行能力。

為保證裝置高負(fù)荷長周期運(yùn)行，提升CO2溫度，改變進(jìn)入V－1204氣體組分，在其中加入部分N2，并提高氣體溫度，減弱V－1204充／泄壓時(shí)的制冷強(qiáng)度，改善V－1204內(nèi)煤粉流化狀態(tài)，從而保障氣化系統(tǒng)可以高負(fù)荷、長周期、穩(wěn)定運(yùn)行——此即為技改目標(biāo)。

4 技改可行性分析

在30PV－0003A與30PV－0003B后增加緩沖罐（08E－0001），從V－3054入口管線超高壓純氮?dú)庖还傻獨(dú)鉁p壓至51bar后與30PV－0003B來料匯合，再與30PV－0003A來料匯合后，部分進(jìn)入E－3053加熱，使進(jìn)入08E－0001的混合氣溫度達(dá)到80℃。經(jīng)08E－0001的緩沖后，可明顯減少V－1204充壓時(shí)對二氧化碳管網(wǎng)造成的波動(dòng)，保證充壓壓力，同時(shí)二氧化碳溫度得以提高，明顯改善流化效果。

V－1204充壓過程中配入一定量的氮?dú)猓筕－1204內(nèi)的流化氣體為二氧化碳與氮?dú)獾幕旌衔?，這種混合氣體與純二氧化碳相比，充／泄壓時(shí)的制冷能力將明顯減弱，減小煤粉結(jié)塊的可能。

E－3053為超高壓二氧化碳預(yù)熱器，08E－ 0001為天然氣合成氨裝置廢棄廢熱鍋爐，壓力等級及材質(zhì)符合技改工藝條件要求。

改造后對主控操作影響不大，僅增加一處溫度調(diào)控。

5 技改措施

對煤粉鎖斗氮?dú)庀到y(tǒng)的改造主要有兩個(gè)方面：一是單獨(dú)引一股純氮?dú)獾矫悍坻i斗的氮?dú)猓趸枷到y(tǒng)；二是利用現(xiàn)有設(shè)備超高壓二氧化碳預(yù)熱器（E－3053）和廢棄廢熱鍋爐（08E－0001）加熱和緩沖氮?dú)猓趸脊芫W(wǎng)，確保煤粉在減壓過程中不結(jié)塊。具體改造（初步）方案如下。

（1）從空分液氮泵出口引一路純氮?dú)庵脸邏旱獨(dú)猓趸季彌_罐（V－3051）出口。

（2）在超高壓氮?dú)猓趸紲p壓閥（30PV－0003A／B）下游至煤粉鎖斗（V－1204）管線上加一道截止閥，并增加一加熱副線（設(shè)換熱器E－3053）；熱源用1.6MPa蒸汽，帶溫度控制，控制E－3053主副線匯合下游溫度為80℃。

（3）在測溫點(diǎn)下游增加一緩沖罐V－3055（舊08E－0001）。

流程示意如圖1。

（4）技改總結(jié)

技改后可避免因袋式過濾器（S－1201）堵煤而造成悶燒燒壞濾袋。

每條濾袋按600元計(jì)（共1 188條），則

更換一次濾袋費(fèi)用600×1 188＝712 800元

更換一次濾袋時(shí)間10d。

圖1 改造后煤粉鎖斗系統(tǒng)流程簡圖

2010年3月15日至2010年5月25日，運(yùn)行71d，共計(jì)單燒嘴跳車43次。改造后，按能避免單燒嘴跳車，每次可避免20%負(fù)荷下降4h計(jì)算（每小時(shí)影響甲醇產(chǎn)量5t），可避免負(fù)荷下降后影響每t甲醇成本上升100元，共計(jì)：

35×0.01×4×43＝60.2萬

改造后按能提升10%負(fù)荷，每小時(shí)增產(chǎn)甲醇4.5t，按每噸盈利400元計(jì)算，共計(jì)：

4.5 ×0.04×24×71＝306.72萬

此外，改造后可避免燒嘴跳車對燒嘴壽命的影響，以及3支燒嘴運(yùn)行對氣化爐本體壽命的影響，其經(jīng)濟(jì)效益因無具體數(shù)據(jù)暫無法估算，但肯定是巨大的。