Shell煤氣化用撈渣機常見問題分析及技術改造

張海蘭

(同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037001)

Shell煤氣化用撈渣機常見問題分析及技術改造

張海蘭

(同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037001)

Shell煤氣化中刮板式撈渣機是一種常見的除渣設備，針對運行中撈渣機故障頻發(fā)的現(xiàn)象，同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司對撈渣機進行了多處改造，改造結果表明：撈渣機不僅提高了鏈條、刮板等部件的抗磨損能力，降低了設備故障率，同時保證了撈渣機長期穩(wěn)定、安全運行。

Shell煤氣化；刮板式撈渣機；故障；技術改造

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.014

同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司煤氣化裝置的撈渣機，是煤氣化工藝14單元中最重要的設備之一。撈渣機主要作用是將由氣化爐內(nèi)部產(chǎn)生的渣撈出運走。渣鎖斗定期排渣，時間間隔短，撈渣機要在水中相對較短的時間內(nèi)接受從鎖斗集中排出的大量灰渣和黑水，且撈渣機必須在鎖斗排渣間隔時間段內(nèi)將鎖斗排出的灰渣及夾帶的灰水從渣脫水槽中撈走。撈渣過程中大部分水要流回渣脫水槽內(nèi)，最后裝車的粗渣含水率約15%～25%。由撈渣機撈出的粗渣經(jīng)過渣皮帶送往臨時渣倉，再由臨時渣倉裝入汽車，撈渣機為連續(xù)出料，汽車裝滿后關閉渣斗出料插板閥，汽車將渣運出。

該公司采用的撈渣機是刮板式撈渣機，主要由殼體、驅(qū)動裝置、張緊裝置、鏈條、刮板、內(nèi)導輪等幾部分組成。

2015年1月，該公司完成了對撈渣機刮板、拖動鏈輪、托軌、張緊裝置等的一系列改造后，大大降低了撈渣機的故障率，同時撈渣量得到了很大的提升，并在設備內(nèi)部增加耐磨材料，大大提高了撈渣機的使用壽命和撈渣效率。

1 渣的形成

殼牌煤氣化技術采用熔渣式膜式壁氣化爐，氣化爐燃燒室燃燒后產(chǎn)生的熔渣和灰沿膜式壁經(jīng)渣口掉進渣池內(nèi)部，熔渣在渣池水的激冷下碎裂成密實的小塊，經(jīng)沉降后進入破渣機進行破碎，當破碎程序達到使用客戶的要求后，進入渣收集器V-1402進行收集，在規(guī)定時間內(nèi)將收集之后的渣排放到排渣罐中，在排渣罐內(nèi)完成由高壓到低壓的轉變，最后粗渣由排渣罐進入撈渣機，被撈渣機撈起送往輸送皮帶。細渣漿則由細渣漿排出泵后被送到1700單元做進一步處理。每次下渣的具體約量值見表1。

表1 下渣的具體約量值

2 撈渣機經(jīng)常出現(xiàn)的故障

2014年1月初，煤氣化裝置開始試生產(chǎn)，撈渣機的運行一直很不穩(wěn)定，無法滿足生產(chǎn)要求，主要存在以下幾項問題：①電機經(jīng)常因為過流的原因跳車；②撈渣機負荷一直無法達到正常運行時所需要的負荷；③回鏈時撈渣機上部托輪因進渣不轉、長時間運行導致刮板鉸叉位置被磨薄，托輪與鏈條接觸處被磨平；④內(nèi)導輪長時間浸泡在渣水中，因其設計的原因，內(nèi)導輪在撈渣機內(nèi)部，在巡檢過程中無法判斷是否正常運轉，無法進行內(nèi)導輪的保養(yǎng)，長時間不保養(yǎng)，就會造成內(nèi)導輪卡澀，嚴重時直接造成軸承損壞，無法正常運轉；⑤經(jīng)常發(fā)生夾鏈、脫鏈、斷鏈、跳鏈等現(xiàn)象，并且撈渣機內(nèi)部經(jīng)常伴隨發(fā)生異響；每當撈渣機不能正常運行時，需切換到現(xiàn)場事故渣池進行排渣，清理較費勁，不但浪費了大量的人力、物力，同時渣水還對水系統(tǒng)造成了很大的影響。所以該公司決定對撈渣機進行技術改造。

3 撈渣機改造方案

3.1 運算步驟

針對撈渣機存在的這些問題，初步考慮的是電機功率是否能滿足生產(chǎn)負荷要求，但是經(jīng)過計算，發(fā)現(xiàn)電機完全可以滿足撈渣機的正常運行，以下是運算步驟。

濕渣的堆積密度ρ=1.43t/m3；撈渣機斜升段的長度L1=9.7m；撈渣機渣倉水平段長度L2=9.7m；撈渣機斜升段角度35°；刮板高度H=0.232m；刮板有效寬度B=1.2m；刮板、鏈條運行速度V=4.4m/min；撈渣機輸送效率η=刮板充滿系數(shù)K；μ斜升=0.32(渣水分離狀態(tài))；μ水平=0.30(渣水分離狀態(tài))；λ濕渣=tan30°=0.577 3；單條刮板質(zhì)量W刮板=60kg；鏈條每米質(zhì)量W鏈條=18kg/m。

輸送過程中分布于斜升段的質(zhì)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鏈條質(zhì)量：

W斜升=L1×2×W鏈條+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斜鏈)×sin35°=2 071kg

水平摩擦力：

F平摩=(1-λ浮力)×(W平鏈+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，即水平段中貯留27.6t渣；

系統(tǒng)運行總阻力：

F=f斜摩+f斜重+f平摩

=947+2 071+14 712

=17 730kg

最大啟動扭矩：

Mq=F×D/2=52 303N·m

減速機最大輸出扭矩：

μ=95 509×15÷(1 460÷187)

=18 348N·m<22 000N·m

驅(qū)動輸出扭矩：

M=9 550P/n=9 550×15÷(1 460÷187÷3)

=55 403N·m

當電機轉速為1 460r/min時，55 403N·m>最大扭矩52 303N·m；

通過上述計算得出，電機功率足夠使用。因此需要考慮通過改造撈渣機本體的刮板、內(nèi)導輪、托軌等部位來達到目的。

3.2 撈渣機具體改造措施

3.2.1 將矩形刮板改造成三角形刮板

原設備采用矩形刮板(見圖1)，刮板本體選用20#槽鋼，在刮板的工作面(槽鋼的上、下兩邊)上鑲焊耐磨條，耐磨條寬 60mm，厚度 14mm，質(zhì)量約為78kg(見圖2)。此刮板在運行中易發(fā)生飄鏈。改造后設備采用三角形刮板(見圖3)，刮板本體采用優(yōu)質(zhì)成型碳鋼，減輕了刮板的自身質(zhì)量(比矩形刮板減輕約10kg)，強度未改變，但抗彎強度增加，使刮板不容易彎曲。刮板與環(huán)鏈的鏈接采用鉸叉型無螺栓鉸鏈式連接(見圖4)，此連接方式并未作出改造。通過改造刮板，可以減輕運行時的負荷，減少電機發(fā)生過載的情況，并且增加了刮渣量。將刮板兩端的堵板加長(見圖4)，加長后會與刮板帶渣面形成凹形渣槽，增加了刮板的輸渣能力及設備的出力，改造后設備增加出力20%～25%，能很好地解決設備出力不夠或刮板速度過快的問題。

圖1 矩形刮板側面圖

圖2 矩形刮板工作面

圖3 三角形刮板

圖4 凹形槽

3.2.2 改造內(nèi)置卡槽式結構壓導輪

原設備的壓導輪與小導輪采用的是內(nèi)置卡槽式結構(見圖5)，鎖斗下渣后渣水已溢過壓導輪與小導輪，長時間受氣體和渣水的腐蝕，軸承和密封件很容易浸入灰渣損壞，現(xiàn)場使用的 6 套托輪經(jīng)常抱死不轉，有的輪體和鏈條相磨已磨成“D”字形(見圖6)，并且此種結構在維護檢修時需將撈渣機內(nèi)部渣水全部放完，打開撈渣機孔蓋，增加維修難度和維修時間。

圖5 內(nèi)置卡槽式結構

圖6 磨損成“D”字形的輪體

現(xiàn)在改造后使用的是軸承外置通軸壓輪，壓輪與軸的連接形式采用平鍵連接，軸承座安裝在機殼外部(見圖7)，軸承、密封圈等不會因為長期腐蝕氣的腐蝕而損壞。

圖7 安裝在機殼外部的軸承座

3.2.3 增加挑鏈器

由于氣化爐撈渣機屬于上回鏈式，回鏈時拖動鏈輪與鏈條在脫開時，現(xiàn)場撈渣機會不時發(fā)出“嘎巴”響聲，可能發(fā)生夾鏈或者刮板與設備本體發(fā)生撞擊的現(xiàn)象，這時“挑鏈器”能夠及時使鏈輪與鏈條脫開，防止發(fā)生此事故。

3.2.4 將回鏈托輪托軌改造成“人”字形托軌

將水平段托輪取消，同時托軌改成人字形托軌(見圖8)。底部使用槽鋼支撐，槽鋼上部裝的耐磨鑄石板也呈“人”字形焊接在支撐槽鋼上。通過增加“人”字形托軌，可以減少鏈條的磨損。托輪采用非通軸卡槽式結構，托輪裝在上層底板上，且上蓋為活動蓋板，檢修、更換非常方便。在“人”字形托軌下部開若干方孔，以便刮板殘留渣更容易掉到撈渣機內(nèi)部。

圖8 人字形托軌

3.2.5 改造普通外置導流式內(nèi)導輪

內(nèi)導輪是刮板撈渣機的關鍵部件之一，因其所處的位置特殊和工作環(huán)境的惡劣，內(nèi)導輪的運行狀況直接影響撈渣機的運轉。

現(xiàn)場原始采用普通外置導流式內(nèi)導輪，軸、輪體同時轉動，在外面根本無法判斷機殼內(nèi)的內(nèi)導輪是否正常運轉，無法確定檢修時間，增加了檢修難度，同時也對設備有很大的負面影響。

新式組合式軸承外置內(nèi)導輪結構合理，具有可側翻出機殼的功能、良好的密封效果，同時具備在線監(jiān)測、在線維修(即在不排放撈渣機殼體內(nèi)冷卻水的情況下進行檢修)的功能，檢修時只需打開導輪軸外側端蓋，松掉外部的鎖緊螺母，然后將內(nèi)導輪法蘭外側的軸承和軸承腔外殼整體拆卸下來，即可輕松更換內(nèi)部的各種密封部件。導輪和導輪軸之間用平鍵連接，僅當需要更換內(nèi)導輪輪體時才需將機殼內(nèi)部的灰水排空，打開外翻式內(nèi)導輪門體，進行更換。內(nèi)導輪采用組合式軸承外置式內(nèi)導輪，新型結構的密封形式采用機械多槽迷宮+水封+填料環(huán)+密封脂密封+雙骨架油封的結構；密封件與軸之間采用高耐磨套，防止因密封件損壞導致導輪軸損壞的情況發(fā)生；選用機械多槽式迷宮環(huán)作為第一級的密封方式，增大了灰水進入密封回路的困難性；同時在導輪外側涂有紅、黑兩種顏色的標識(見圖9)，巡檢人員通過目測便可很直觀地觀察到內(nèi)導輪是否轉動，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并維修。

圖9 紅、黑標識

3.2.6 張緊機構的改造

近幾年撈渣機較多采用的是尾部液壓張緊，包括自動和手動液壓張緊兩種形式。該公司原張緊機構為自動液壓型，自動液壓張緊系統(tǒng)通過一個小型手動油泵為油缸和蓄能器提供一定壓力的液壓油，兩個油缸安裝在張緊鏈輪上，控制鏈條的松緊。蓄能器中存有一定的壓力油，能夠補充系統(tǒng)的泄漏，使系統(tǒng)能長時間保壓，當系統(tǒng)壓力低于設定的工作壓力時，通過油泵為系統(tǒng)加壓。自動液壓張緊為整個系統(tǒng)按設定好的參數(shù)自動控制調(diào)整。手動液壓張緊則要求7～10d左右查看系統(tǒng)壓力表，手動張緊調(diào)節(jié)1次，這種張緊的缺點是：腐蝕性蒸汽環(huán)境的存在，液壓張緊裝置使用半年就會出現(xiàn)很多故障，甚至無法繼續(xù)使用。

改造后張緊機構同樣是設在機殼尾部，采用蝸輪蝸桿箱+螺桿+彈簧結構(見圖10)，當負載波動及鏈條伸長時，張緊彈簧可根據(jù)現(xiàn)場情況自動對張緊輪的高度進行調(diào)節(jié)，保證鏈條始終處于張緊狀態(tài)；張緊輪在運行過程中僅為從動受力，受力較小且兩側受力均勻，尾部張緊機構輕巧靈活、結構簡單，更便于鏈條張緊且對頭部拖動機構不產(chǎn)生任何干涉；張緊鏈輪輪轂為鍛造合金鋼(20CrMnTi)，滲碳淬火，HRC≥55，耐磨性好；軸承潤滑的加油位置為在軸端鉆的2個長孔，1個為注油孔，1個為出氣孔，注油簡單方便。該半自動張緊機構結構簡單靈活、實用，維修方便，成本低廉。

圖10 張緊機構

4 結語

通過對撈渣機拖動鏈條、刮板、拖動機構總成、托軌、壓輪、軸承外置式內(nèi)導輪、張緊機構的技術改造，提高了鏈條、刮板等部件的抗磨損能力，同時該廠加大了撈渣機日常維護與保養(yǎng)工作力度，降低了設備的故障率，保證了撈渣機長期、穩(wěn)定、安全運行。目前，撈渣機運行良好。

[1]GB/T1572—2001，煤的結渣性測定方法[S].

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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

張海蘭(1988年—)，女，黑龍江齊齊哈爾人，2011年畢業(yè)于東北石油大學過程裝備與控制工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事設備管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.014

TQ545

B

1004-8901(2017)02-0049-04