關(guān)于GE水煤漿氣化爐燒嘴壓差低的探討

徐銀橋

( 中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100 )

燒嘴壓差也被稱為煤漿壓差，具體是指煤漿管線爐頭壓力與氣化爐燃燒室取壓管線壓力之差，它能反映出燒嘴磨損量及煤漿的噴射霧化效果。當(dāng)燒嘴壓差出現(xiàn)大幅降低、頻繁波動(dòng)時(shí)，它會(huì)嚴(yán)重影響氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)?dǎo)致后系統(tǒng)大幅度減負(fù)荷，嚴(yán)重影響生產(chǎn)連續(xù)性。

1 燒嘴壓差低的現(xiàn)象與危害

1.1 燒嘴壓差波動(dòng)的現(xiàn)象

氣化爐在正常運(yùn)行期間，煤漿投放量、氧氣量、氣化爐操作壓力、溫度均沒(méi)有出現(xiàn)明顯變化的情況下，燒嘴壓差出現(xiàn)頻繁、大幅度的波動(dòng)。具體的現(xiàn)象為燒嘴壓差在運(yùn)行趨勢(shì)上呈大幅度波動(dòng)，最低時(shí)降至0，后又突然恢復(fù)（恢復(fù)到正常值的情況較少，多為反復(fù)波動(dòng)），如此反復(fù)。并且沒(méi)有規(guī)律性，即使換上新的燒嘴，也經(jīng)常是幾天內(nèi)就再次出現(xiàn)上述情況，大部分情況下，則是待燒嘴使用至半個(gè)運(yùn)行周期時(shí)才出現(xiàn)這種現(xiàn)象（燒嘴運(yùn)行周期為90天）。另外，因燒嘴壓差波動(dòng)嚴(yán)重且無(wú)法自行恢復(fù)的情況而停車的次數(shù)達(dá)到13次，如圖1。

圖1 燒嘴壓差波動(dòng)時(shí)的趨勢(shì)圖

1.2 燒嘴壓差低帶來(lái)的危害

氣化裝置以磨機(jī)制出的煤漿為原料，以空分提供的高純度氧氣為氣化劑，兩者在氣化爐內(nèi)充分燃燒產(chǎn)出粗煤氣。當(dāng)燒嘴壓差降低時(shí)，被燒嘴噴頭噴出的煤漿流速就會(huì)降低，同時(shí)，外環(huán)氧的噴射角度也隨之改變，導(dǎo)致煤漿的霧化效果差。燒嘴壓差頻繁波動(dòng)會(huì)引起連鎖反應(yīng)，煤漿顆粒燃燒不完全，渣中殘?zhí)己可撸褂行獬煞纸档停祭寐氏陆?；燒嘴噴射的?dòng)能低，導(dǎo)致氣化爐燃燒室內(nèi)火焰長(zhǎng)度縮短，火焰距離燒嘴過(guò)近，造成燒嘴大法蘭溫度過(guò)高，且燃燒不完全的灰渣也會(huì)對(duì)拱頂磚直接沖刷，大大縮短了耐火磚的使用壽命；同時(shí)，燒嘴壓差低時(shí)，發(fā)生回火的概率也大大增加，使燒嘴端面和冷卻水盤(pán)管燒穿的概率增加。

2 造成燒嘴壓差低的可能性原因探討

2.1 工藝燒嘴本身質(zhì)量

華鶴公司GE水煤漿氣化技術(shù)采用的工藝燒嘴為三流道外混式燒嘴，中心管與外環(huán)隙流道介質(zhì)為高壓氧氣，內(nèi)環(huán)隙介質(zhì)為煤漿。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，煤漿對(duì)工藝燒嘴內(nèi)流道的磨損日益嚴(yán)重，流道壁厚逐步變薄、環(huán)隙擴(kuò)大、燒嘴霧化效果變差，表現(xiàn)現(xiàn)象為燒嘴壓差逐漸降低，并出現(xiàn)頻繁波動(dòng)。

在頻繁出現(xiàn)因燒嘴壓差問(wèn)題停車的情況后，工藝和保運(yùn)部門(mén)展開(kāi)了專題研究會(huì)，對(duì)燒嘴環(huán)隙、噴頭磨損等情況進(jìn)行全面檢查和論證，并未發(fā)現(xiàn)明顯的問(wèn)題。隨后，在2018年11月8日B#氣化爐更換新燒嘴后，僅使用了13天，就再次因燒嘴壓差低導(dǎo)致停車，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)與氣化爐運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，判斷出并非工藝燒嘴原因造成此次停車，在未更換燒嘴的情況下，B#氣化爐做聯(lián)投處理，投料后燒嘴壓差又趨于穩(wěn)定，這也證明了工藝燒嘴本身的質(zhì)量并不是引起的燒嘴壓差低的直接原因。

2.2 高壓煤漿泵進(jìn)口蓄能器、出口緩沖罐

華鶴公司的高壓煤漿泵選型為三缸單作用往復(fù)泵，其中煤漿泵的出口緩沖罐是為了彌補(bǔ)缸體往復(fù)沖程產(chǎn)生的出口脈沖壓力波動(dòng)，其每次開(kāi)車前需將蓄能器壓力充至高壓煤漿泵正常工況運(yùn)行壓力的80%。每當(dāng)因燒嘴壓差低的原因停車后，安排對(duì)出口緩沖罐進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)入口蓄能器、出口緩沖罐壓力均正常、軟管無(wú)泄漏，證明高壓煤漿泵本體配件不是造成燒嘴壓差低的直接原因。

2.3 煤漿管線沉積

隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，煤漿沉積也在不斷增加。尤其是高壓煤漿泵進(jìn)口管線的水平段出現(xiàn)煤漿硬沉積的可能性最大。當(dāng)煤漿硬沉積占據(jù)管線內(nèi)部空間達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使煤漿在管道內(nèi)的流動(dòng)受到影響，從而影響高壓煤漿泵的泵送量（見(jiàn)圖2）。

圖2 煤漿管線沉積

在出現(xiàn)燒嘴壓差波動(dòng)時(shí)，最常用的處理方法是現(xiàn)場(chǎng)員工對(duì)水平段煤漿管線進(jìn)行連續(xù)性敲擊，此時(shí)，可以起到一定效果。此時(shí)，將煤漿泵入口管線上的導(dǎo)淋閥打開(kāi)排漿，發(fā)現(xiàn)煤漿的流動(dòng)性極差，非常不易排出，管線底部的煤漿硬度較高，從而判斷煤漿泵入口管線的沉積現(xiàn)象是間接影響因素。

2.4 高壓煤漿泵單向閥卡塞

煤漿中的沉積、結(jié)塊、絮團(tuán)、大顆粒以及鐵片，這些都會(huì)造成高壓煤漿泵單向閥回座時(shí)間長(zhǎng)或卡塞，進(jìn)出口單向閥卡塞嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致單缸不打量，煤漿流量計(jì)會(huì)明顯下降，如不及時(shí)調(diào)節(jié)氧煤比，會(huì)造成爐溫激劇升高設(shè)備損壞。在燒嘴壓差波動(dòng)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)高壓煤漿泵每個(gè)缸測(cè)溫、測(cè)振以及利用聽(tīng)針聽(tīng)缸體有無(wú)異響，并對(duì)單向閥進(jìn)行敲擊，燒嘴壓差有時(shí)會(huì)恢復(fù)正常，但仍避免不了停車。由此證明，大顆粒積累致使單向閥卡塞導(dǎo)致密封不嚴(yán)、產(chǎn)生回流也是引發(fā)燒嘴壓差低的間接原因。

2.5 煤漿槽攪拌器攪拌效果

華鶴公司煤漿槽基本參數(shù)：內(nèi)部容積402m3，總高度11.7 m，寬6.8m，最上層槳葉高度5.8m，直徑4.2m，下層槳葉高度2m，直徑2.9m，每層槳葉均有3個(gè)葉片，內(nèi)壁有三塊擋板，呈120°均布，其作用為將煤漿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改為垂直翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，切向流受到抑制或阻礙，槽內(nèi)產(chǎn)生上下翻動(dòng)的大幅度運(yùn)動(dòng)，消除旋渦，同時(shí)，改善所施加功率的有效利用率，加強(qiáng)混合效果。但是，從頂部人孔觀察內(nèi)部混合情況，發(fā)現(xiàn)效果并不理想。后期在清理煤漿槽時(shí)發(fā)現(xiàn)，煤漿槽內(nèi)壁和底部結(jié)構(gòu)層較多。此前，氣化裝置曾出現(xiàn)過(guò)因煤漿槽內(nèi)壁硬沉積脫落，堵塞高壓煤漿泵入口管線與煤漿槽連接的進(jìn)料柱塞閥造成停車，從而證明煤漿槽攪拌器的攪拌效果不佳也是一個(gè)間接因素。

2.6 煤漿質(zhì)量

從上面的5個(gè)問(wèn)題也可以看出，不論是燒嘴系統(tǒng)本身，或者是高壓煤漿泵系統(tǒng)，亦或者煤漿槽及煤漿管線，最終指向均是煤漿質(zhì)量問(wèn)題，若要從根本上解決燒嘴壓差波動(dòng)的問(wèn)題，就要緊抓煤漿質(zhì)量問(wèn)題不放。

從2016年開(kāi)始，受到黑龍江煤炭市場(chǎng)價(jià)格的影響，華鶴公司的氣化用煤主要來(lái)自金澤、隆鑫、鑫宏達(dá)等地方小礦。這些煤的共同特點(diǎn)是高灰分、高灰熔點(diǎn)、成漿性差，因燒嘴壓差低而停車的問(wèn)題自此開(kāi)始凸顯。因此，如何保證在現(xiàn)有煤質(zhì)的基礎(chǔ)上提高煤漿質(zhì)量，成為解決燒嘴壓差問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

3 工藝上的配合改進(jìn)與優(yōu)化

3.1 去除原料煤中的雜質(zhì)

氣化原料煤由煤礦拉入煤儲(chǔ)運(yùn)堆場(chǎng)，再送入預(yù)破碎工段進(jìn)行破碎，經(jīng)皮帶輸送至磨煤廠房煤倉(cāng)。原料煤進(jìn)入煤倉(cāng)前的皮帶裝有電磁除鐵器用于除去混入煤中的鐵質(zhì)品，但除鐵效果不理想，曾經(jīng)在磨煤機(jī)下料口發(fā)現(xiàn)過(guò)壓扁的鐵絲和螺母，同時(shí)，磨煤機(jī)鋼棒和耐磨鋼襯的損耗也是煤漿管道內(nèi)出現(xiàn)鐵片的重要原因之一。

為此，氣化裝置已對(duì)滾筒篩進(jìn)行了改造，在滾筒篩靠近磨煤機(jī)出口的出漿區(qū)域增加了16塊永磁，用于吸附從煤漿中的鐵屑，每周清理一次，能基本除去煤漿中的鐵屑（見(jiàn)圖3）。

3.2 磨煤機(jī)滾筒篩改造

根據(jù)日常對(duì)煤漿樣的檢查發(fā)現(xiàn)，在燒嘴壓差波動(dòng)時(shí)，時(shí)常能在煤漿中見(jiàn)到大顆粒，用水沖洗后測(cè)量，最大的粒徑為4mm顆粒，磨煤機(jī)滾筒篩的篩孔尺寸為4×20mm，煤漿從磨煤機(jī)溢流口溢出后，做受重力作用豎直下落，而滾筒篩隨磨煤機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)14.45r/min，所以篩孔長(zhǎng)度20mm不能減小。煤漿顆粒多呈不規(guī)則形狀，偶爾有部分片狀的顆?；虍愇镆部赏ㄟ^(guò)滾筒篩，造成大顆粒進(jìn)入煤漿泵，使煤漿泵單向閥卡閥或密封不嚴(yán)。為了解決煤漿中存在大顆粒的問(wèn)題，氣化裝置在不影響煤漿通過(guò)率的情況下，將滾筒篩篩孔尺寸改為2.5×20mm。

圖3 磨煤機(jī)出口煤漿鐵屑清理出的鐵屑

3.3 優(yōu)化磨煤機(jī)鋼棒裝填量以及保證磨煤機(jī)的連續(xù)運(yùn)行

華鶴公司氣化裝置采用的磨煤機(jī)為溢流式棒磨機(jī)，筒體規(guī)格φ3600×5800，最大產(chǎn)生能力45t/h（干基），鋼棒推薦填裝量90t，最大裝棒量110t。鋼棒分為三種規(guī)格φ75、φ65、φ50，原始配比為3:4:3（質(zhì)量比）。

在煤漿的制備過(guò)程中，如果粗顆粒較多，那么，煤漿黏度會(huì)下降，流動(dòng)性變好，但由于顆粒較重，顆粒重力就會(huì)超過(guò)粒子間的相互作用力，從而使煤漿的懸浮體系開(kāi)始分層、沉降，最終導(dǎo)致煤漿穩(wěn)定性變差，1個(gè)小時(shí)就會(huì)讓煤漿上下分層。反之，如果煤漿中的細(xì)顆粒較多，那么，粒子間的凝聚力增大，形成更多的粒子凝聚團(tuán)，穩(wěn)定性提高了，但煤漿的黏度會(huì)隨平均粒徑的減小而迅速增大，流動(dòng)性變差。因此，適當(dāng)?shù)牧６确植际侵迫「邼舛取⒘鲃?dòng)性好、穩(wěn)定性好的水煤漿的根本保證。磨煤機(jī)在高負(fù)荷運(yùn)行和鋼棒填裝量少的情況下都會(huì)造成煤漿粒度變粗。

之前，氣化裝置磨煤機(jī)鋼棒填裝量已接近最大值110t，過(guò)多的填裝鋼棒造成磨煤機(jī)電機(jī)載荷大、耗電量多；同時(shí)，減少了磨煤機(jī)的有效研磨容積，影響磨煤機(jī)鋼棒的提升高度，使鋼棒不易被拋出，研磨力降低，反倒容易產(chǎn)生大顆粒。

磨煤機(jī)筒體內(nèi)部襯板采用耐磨鋼襯，襯板與筒體、端蓋之間設(shè)有耐酸堿橡膠墊，以降低噪音和振動(dòng)，襯板螺栓處均設(shè)有密封墊防止?jié)B漏。但隨著磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，部分密封墊螺母會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)，在多次緊固后出現(xiàn)密封墊失效現(xiàn)象，此時(shí)，只能停磨煤機(jī)更換新的密封墊。更換一個(gè)密封墊需要大約半小時(shí)時(shí)間。在此期間，磨煤機(jī)內(nèi)部煤漿缺乏鋼棒的研磨，大部分新進(jìn)的原料煤與水還沒(méi)有經(jīng)過(guò)充分的研磨、混合，并隨著時(shí)間的推移開(kāi)始在內(nèi)部產(chǎn)生分層。雖然這種現(xiàn)象會(huì)在磨煤機(jī)重新啟動(dòng)后開(kāi)始好轉(zhuǎn)，但是，確實(shí)會(huì)有大部分未經(jīng)充分研磨的煤漿被送入煤漿槽，久而久之，就會(huì)造成煤漿槽內(nèi)煤漿質(zhì)量下降。

目前，氣化裝置已經(jīng)對(duì)密封墊材質(zhì)進(jìn)行了優(yōu)化、緊固，螺母由原來(lái)的一顆改為兩顆，并借每年的小修機(jī)會(huì)，對(duì)密封墊、螺栓進(jìn)行部分更換。盡可能地減少磨煤機(jī)停車次數(shù)與時(shí)間，只有磨煤機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，才能保障制得均勻穩(wěn)定的煤漿。此后，煤漿參數(shù)開(kāi)始出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，詳見(jiàn)表1。

表1 煤漿參數(shù)優(yōu)化

3.4 煤漿槽攪拌器改造

氣化爐維持常規(guī)負(fù)荷時(shí)，若要將煤漿大槽內(nèi)的所有煤漿置換完成，需要至少10個(gè)小時(shí)的時(shí)間。為了改善煤漿在大槽內(nèi)的混合情況，使之在停留時(shí)間內(nèi)充分?jǐn)嚢杈鶆颍覀儗⒚簼{大槽液位控制在60%左右，盡量減少煤漿的停留時(shí)間，使煤漿分層和硬化沉積出現(xiàn)的可能性降低。同時(shí)，準(zhǔn)備對(duì)煤漿大槽的攪拌器進(jìn)行重點(diǎn)改造，計(jì)劃在主軸可允許的受力范圍內(nèi)增加一層槳葉，并增大葉片直徑，以提高對(duì)煤漿的攪拌效果。

3.5 煤漿管線防沉積改造

在煤漿泵入口管線的水平段和斜坡段各增加一個(gè)振打器，設(shè)定為每小時(shí)開(kāi)啟一次，單次開(kāi)啟時(shí)間持續(xù)2分鐘，利用振打器的高頻率敲擊，使管線內(nèi)的煤漿掛壁以及沉積情況大大改善；同時(shí)，在煤漿大槽底部增加一條排漿管線并引至地溝，定期開(kāi)關(guān)一次，將沉積在煤漿大槽底部的煤漿排出，以減小煤漿槽內(nèi)部沉積和形成垢片的概率；同時(shí)，在管道布置、管道尺寸上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與推算，以達(dá)到減小入口管線平直管的長(zhǎng)度和增加入口流速的目的（圖4）。

圖4 煤漿泵入口管線振打器

4 結(jié)語(yǔ)

GE水煤漿技術(shù)工藝燒嘴的穩(wěn)定運(yùn)行與使用是離不開(kāi)設(shè)備與工藝技術(shù)支持的。在摸索前行的同時(shí)，我們也在不斷地積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。2016～2017年的20余次停車中，我們也逐漸摸到了門(mén)路，雖然還未徹底解決此難題，但我們不斷地優(yōu)化和實(shí)踐改進(jìn)也確實(shí)取得了初步成果，煤漿的制漿質(zhì)量得到了提升，這也極大地降低了因燒嘴壓差低停車的可能性。接下來(lái)，華鶴公司會(huì)與業(yè)界同仁一同積極交流相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為使氣化技術(shù)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行而共同努力。