神寧爐煤粉輸送系統(tǒng)運行優(yōu)化

(神華寧夏煤業(yè)集團煤制油氣化廠，寧夏 銀川 750411)

煤粉加壓輸送是利用載氣壓差來實現(xiàn)煤粉在密閉管道內(nèi)輸運的一種輸送方式，其具有密閉、安全、易于實現(xiàn)自動化和連續(xù)操作等優(yōu)點[1]，是大規(guī)模煤粉氣化中的關(guān)鍵技術(shù)之一[2]，現(xiàn)已得到廣泛運用。

神華寧煤煤制油項目應(yīng)用“神寧爐”氣化技術(shù)，自試車運行以來，各項參數(shù)指標都達到設(shè)計值，取得了良好的經(jīng)濟效益。氣化裝置煤粉輸送系統(tǒng)采用給料罐側(cè)出料型式，取得了較好的運行效果和經(jīng)濟效益，同時也暴露了一些小問題，制約著裝置的長周期運行，筆者介紹了煤粉輸送系統(tǒng)的主要工藝流程，通過對生產(chǎn)過程中煤粉輸送系統(tǒng)存在的問題進行了分析及研究，并探討了相應(yīng)優(yōu)化方案。

1 工藝流程

圖1 煤粉輸送單元工藝流程

煤粉輸送系統(tǒng)的主要設(shè)備包括煤倉、煤倉過濾器、鎖斗、減壓過濾器、給料罐、緩沖罐和輸送到氣化爐組合燒嘴的4根煤粉管線，其工藝流程見圖1。其主要的工藝目的是通過2個鎖斗的順控循環(huán)，把煤倉里常壓的煤粉升壓至給料罐的操作壓力，由給料罐通過4根煤粉輸送管線，送至氣化爐的組合燒嘴進行氣化反應(yīng)，同時根據(jù)工藝需要調(diào)整煤粉的流量，并由安全儀表系統(tǒng)進行安全監(jiān)控。

備煤單元制出合格煤粉后，通過氣力輸送系統(tǒng)的2根輸煤管線，以切線的角度輸送進入煤倉頂部中央的圓形進口，均勻分配至2個隔室，每個隔室下層設(shè)置4個煤粉疏松元件，由經(jīng)過預(yù)熱的低壓氮氣保持連續(xù)吹掃，以控制煤倉內(nèi)部的氧含量和松動煤粉。從煤倉隔室出口下來的煤粉，分別進入相應(yīng)的鎖斗后進行加壓，把煤倉下來的常壓煤粉升壓到給料罐生產(chǎn)所要求的操作壓力，通過鎖斗順控來實現(xiàn)這一過程，保證給料罐向氣化爐的連續(xù)供粉。

鎖斗順控泄壓至減壓過濾裝置，減壓過濾器放在煤粉倉頂部，通過垂直管道與煤粉倉直連，同時由旋轉(zhuǎn)給料閥提供輔助動力，保證減壓過濾器濾袋收集的煤粉靠重力進入煤粉倉，排放氣過濾后送往下游工段。

2 煤粉輸送單元運行中存在的問題

神寧爐自試車運行以來，因煤粉系統(tǒng)參數(shù)波動，聯(lián)鎖氣化爐停車較為頻繁，嚴重制約了裝置的長周期運行。煤粉加壓輸送系統(tǒng)運行中的問題主要有兩個方面。

(1)煤粉鎖斗下料不暢導(dǎo)致氣化爐被迫降低負荷，不能滿足生產(chǎn)負荷要求；鎖斗順控自動化程度低，順控運行中時而需要人為干預(yù)；鎖斗升壓完畢后大氣量退出，緩沖罐出口壓力調(diào)整不及時，出口安全閥超壓起跳，影響鎖斗升壓。針對這類問題，主要采取調(diào)整聯(lián)鎖、順控的方式實現(xiàn)優(yōu)化控制。

(2)給料罐內(nèi)部架橋現(xiàn)象嚴重，導(dǎo)致煤粉管線煤量跟不上，影響氣化爐實際運行負荷；煤粉管線異物堵塞導(dǎo)致煤粉密度、煤粉輸送速度波動聯(lián)鎖氣化爐跳車。針對這類問題，加大源頭煤質(zhì)的管理力度，對煤粉制備單元纖維分離器進行技改，增強纖維分離效果，防止出現(xiàn)煤粉管線堵塞、波動等現(xiàn)象。

3 優(yōu)化措施

3.1 煤質(zhì)方面

跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由配煤中心輸送過來的原煤煤質(zhì)差，煤中經(jīng)常夾帶塑料瓶、雜草、纖維等雜質(zhì)，將從備煤磨機排渣箱、纖維分離器清理出的雜物與氣化裝置煤粉角閥清理出的雜物進行對比，發(fā)現(xiàn)種類相同。制定針對性的管理措施，以現(xiàn)場煤質(zhì)管控為重點，通過建立原煤煤質(zhì)臺賬，不定期組織召開質(zhì)量分析會，加強生產(chǎn)工藝過程的精細化管理，加大巡檢力度，確保塊煤、煤矸石中的雜質(zhì)在源頭消除。

備煤裝置纖維分離器設(shè)計存在缺陷，纖維分離器篩網(wǎng)間隙過大，煤粉過濾效果差，經(jīng)常在煤粉角閥、減壓管等煤粉輸送狹窄處造成堵塞，氣化爐被迫停車。經(jīng)歷優(yōu)化改造，最終將原設(shè)計分體式斗狀過濾結(jié)構(gòu)改造為斗狀凈化轉(zhuǎn)盤全覆蓋結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有無間隙、大容量、易清理的優(yōu)點(見圖2、圖3)，有效地降低了雜物進入煤粉系統(tǒng)的風(fēng)險。

圖2 煤粉纖維分離器技改前照片

圖3 煤粉纖維分離器技改后照片

3.2 工藝聯(lián)鎖優(yōu)化

針對運行中出現(xiàn)的問題，采取以下優(yōu)化措施。變更緩沖罐1入口設(shè)定值，將緩沖罐1入口壓力設(shè)定由6.5 MPa降為5.7 MPa，降低緩沖罐1的運行壓力，如此一來，鎖斗升壓時可以開大緩沖罐1出口調(diào)節(jié)閥，縮短升壓時間，保證運行負荷，同時不會造成緩沖罐1出口安全閥起跳。

為避免鎖斗升壓結(jié)束后，煤粉反竄氮氣管線，導(dǎo)致鎖斗升壓氣管線或笛管堵塞，鎖斗通氣錐、管道充氣器內(nèi)部燒結(jié)、金屬損壞，增加鎖斗升壓總管壓力與鎖斗壓差的二級聯(lián)鎖，壓差聯(lián)鎖設(shè)定值為0.2 MPa，當鎖斗的壓力低于鎖斗升壓總管的壓力時，聯(lián)鎖關(guān)閉鎖斗升壓總閥。升壓氣管線增加1寸旁路，旁路閥常開，保持對鎖斗內(nèi)部的連續(xù)吹掃，可有效避免管線堵塞。

重新優(yōu)化鎖斗順控，將鎖斗破拱程序從鎖斗順控中摘出，不再自動調(diào)用，減少順控下煤時間，設(shè)置破拱按鈕，只在工況有需要時手動啟動破拱程序，輔助下料；同時根據(jù)鎖斗運行情況，設(shè)置上下路升壓氣比值，調(diào)節(jié)范圍在0.4～0.6之間。通過優(yōu)化鎖斗順控，有效解決了鎖斗升壓、下料慢等問題，提高了鎖斗自動化程度，維護了裝置的穩(wěn)定運行。

3.3 設(shè)備內(nèi)件優(yōu)化

停爐后對鎖斗、給料罐內(nèi)部進行檢查，發(fā)現(xiàn)鎖斗笛管支架不牢固、通氣錐內(nèi)部燒結(jié)、金屬破損、給料罐煤粉管線與流化盤間距過小等內(nèi)件問題，針對該類問題制定了優(yōu)化措施。

采用高強度不銹鋼材料對鎖斗笛管支撐實施密封焊(見圖4)，延長運行周期。更換通氣錐內(nèi)件，并在笛管外側(cè)等間距開孔(見圖5)，保證吹掃流化氣量的基礎(chǔ)上降低通氣錐內(nèi)外壓差，降低了笛管堵塞、通氣錐燒結(jié)、金屬破裂風(fēng)險。聯(lián)系設(shè)計院進行模擬，調(diào)整給料罐流化盤與煤粉管線間距，增加錐部煤粉流化效果，增強輸送的穩(wěn)定性；煤粉管線支撐采用1 mm厚角鋼，焊接時設(shè)置70°傾角，避免給料罐內(nèi)部架橋。

圖4 鎖斗笛管支撐密封焊

圖5 鎖斗笛管外側(cè)開孔

3.4 操作優(yōu)化

給料罐壓力與氣化爐壓差要控制平穩(wěn)，一般壓差大于0.6 MPa時煤粉管線角閥會相應(yīng)關(guān)小，反之角閥會開大。運行中，如果角閥開大，煤粉密度波動大，煤粉輸送速度高，則煤量相對也高，煤粉偏差會大，不利于爐內(nèi)的均勻燃燒，可以通過提高給料罐的壓力、穩(wěn)定氣化爐壓力來達到關(guān)小角閥和穩(wěn)定煤粉密度、煤粉輸送速度的目的。

出現(xiàn)單根煤粉管線小幅波動時，優(yōu)先通過調(diào)整煤粉管線注射氣體量進行調(diào)整，若煤粉管線輸送速度高，煤粉密度低，則關(guān)小注射氣體及角閥吹掃氣，觀察調(diào)整情況。如果單根煤粉管線波動較大或幾根煤粉管線同時波動，判斷是流化盤附近煤粉流化問題，需要調(diào)整給料罐點式流化氣量，通過快速活動點式流化氣量改善給料罐錐部煤粉流化情況，使煤粉能夠在給料罐內(nèi)均勻分布，保證良好供給。

4 結(jié)語

煤質(zhì)對煤粉輸送單元的影響較大，加強輸煤、煤粉制備源頭管理，可提升系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。在煤質(zhì)滿足生產(chǎn)的條件下，經(jīng)過工藝聯(lián)鎖、設(shè)備內(nèi)件的技改優(yōu)化，煤粉輸送穩(wěn)定性進一步提高，實現(xiàn)了平均煤粉流量波動幅度小于3%，維護了裝置的長周期運行，進一步提高了經(jīng)濟效益。