干煤粉氣化煤粉制備系統(tǒng)運(yùn)行問題及對策

李 蓉，楊建榮，成富寧

(寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤制油分公司，寧夏 銀川 750041)

國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司(以下簡稱“寧煤公司”)400萬噸/年煤間接液化項(xiàng)目是目前世界石油化工及煤制油化工行業(yè)一次性投資建設(shè)規(guī)模最大的化工項(xiàng)目。該項(xiàng)目使用28臺自主研發(fā)的干煤粉寧煤爐，由42條煤粉制備生產(chǎn)線(含42臺稱重給煤機(jī)、42臺磨煤機(jī))提供合格煤粉[1]。自2016年10月氣化裝置試車以來，煤粉制備系統(tǒng)由于磨煤機(jī)內(nèi)件磨損嚴(yán)重、煤粉發(fā)送系統(tǒng)負(fù)荷低、管線磨損、稱重給煤機(jī)皮帶跑偏清掃鏈故障、熱風(fēng)爐出口管線超溫、循環(huán)風(fēng)放空氣氮氧化物排放超標(biāo)等，導(dǎo)致煤粉制備系統(tǒng)運(yùn)行周期短，開停車頻繁，無法給對應(yīng)氣化裝置持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)煤粉，影響氣化裝置平穩(wěn)運(yùn)行，且煤粉制備系統(tǒng)能耗高，排放氣環(huán)保不達(dá)標(biāo)。

1 煤粉制備系統(tǒng)工藝原理及流程簡述

煤粉制備裝置中原煤經(jīng)過研磨、干燥、分選后制成粒徑小于500 μm的煤粉，合格的煤粉利用氣流輸送系統(tǒng)輸送至氣化裝置煤粉倉，供氣化反應(yīng)用煤[1]。主要工序由三部分構(gòu)成：首先來自公用設(shè)施公司煤儲運(yùn)配好的原煤經(jīng)過備煤裝置帶式輸送機(jī)送至原煤倉，原煤倉的原煤通過磨機(jī)研磨、干燥、分離等工序，制得合格的煤粉。磨煤干燥采用的是中速輥盤式磨煤機(jī)(ZGM133G)，是集研磨、干燥、分選為一體工藝，首先稱重給煤機(jī)定量送來的碎煤由落煤管道進(jìn)入中速磨后，在磨盤旋轉(zhuǎn)引起的離心力作用下，進(jìn)入中速磨的碾磨部件之間，原煤受擠壓和碾磨而被粉碎成煤粉，來自熱風(fēng)爐的熱惰性氣體以一定速度通過風(fēng)環(huán)向上進(jìn)入干燥空間，對煤粉進(jìn)行干燥和分級，接著含有煤粉的熱氣體進(jìn)入煤粉收集器，經(jīng)煤粉收集器中的濾袋過濾后的煤粉進(jìn)入下游煤倉，與煤粉分離的熱氣體通過管道送到循環(huán)風(fēng)機(jī)，經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓，大部分返回?zé)犸L(fēng)爐，部分排入大氣，排入大氣中的熱氣體量根據(jù)煤的濕含量平衡調(diào)節(jié)控制，流程圖如圖1所示。

圖1 煤粉制備系統(tǒng)工藝流程簡圖Fig.1 Process flow diagram of coal powder preparation system

2 煤粉制備系統(tǒng)出現(xiàn)的問題、原因及對策

2.1 磨煤機(jī)非計(jì)劃停車頻次高

2.1.1 稱重給煤機(jī)設(shè)計(jì)有缺陷

問題描述：由于設(shè)計(jì)缺陷，稱重給煤機(jī)減速箱垂直安裝導(dǎo)致部分傳動齒輪無法潤滑，長期運(yùn)行導(dǎo)致減速箱內(nèi)齒輪磨損嚴(yán)重，減速箱損壞；稱重給煤機(jī)清掃鏈因鏈條孔方向設(shè)計(jì)，長期運(yùn)行清掃鏈容易變松，出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象，導(dǎo)致稱重給煤機(jī)內(nèi)部積煤，裝置被迫停車。

優(yōu)化措施：將稱重給煤機(jī)齒輪箱由垂直安裝調(diào)整為水平安裝，方便所有傳動齒輪的潤滑，解決了減速箱因潤滑不到位導(dǎo)致?lián)p壞的問題，同時(shí)將清掃鏈鏈條孔改為梯形設(shè)計(jì)，使清掃鏈運(yùn)行周期與裝置生產(chǎn)線運(yùn)行周期持平，很好的規(guī)避了因清掃鏈故障導(dǎo)致裝置被迫停車的問題。

2.1.2 稱重給煤機(jī)下料口卡異物

問題描述：煤粉制備系統(tǒng)稱重給煤機(jī)共計(jì)42臺，均為帶式給料機(jī)(如圖2所示)，由皮帶秤、清掃裝置、進(jìn)料溜管、擋板、插板閥及其配套的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，由于稱重給煤機(jī)下料口擋板為硬性鋼板，導(dǎo)致原煤中矸石等異物通過性差，易堵塞，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年寧煤煤制油備煤裝置磨煤機(jī)因稱重給煤機(jī)卡矸石導(dǎo)致非計(jì)劃停車比例高達(dá)50%，給煤機(jī)跳車后必須由人工在氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行清理，同時(shí)矸石及異物會造成給煤機(jī)電機(jī)過載、減速機(jī)齒輪加劇磨損和環(huán)形膠帶刺穿或撕裂。

圖2 稱重給煤機(jī)現(xiàn)場圖Fig.2 Weighing coal feeder site diagram

優(yōu)化措施：針對稱重給煤機(jī)下料口卡矸石現(xiàn)象，分析下料口結(jié)構(gòu)，通過以下措施逐步優(yōu)化：

(1)將稱重給煤機(jī)下料口整形鋼制閘門拆除；

(2)將稱重給煤機(jī)下料口擋板割除一部分(約100 mm)，并對割口進(jìn)行打磨平整處理；

(3)根據(jù)下料口原擋板設(shè)計(jì)樣式，使用軟性材質(zhì)(如聚氨酯板)制作擋板，底部弧度與原擋板保持一致并縱向切3道70 mm切口，使用寬夾條將擋板固定在下料口擋板上整流，實(shí)現(xiàn)擋板具備良好的延展性，增大原煤粒徑的篩選量，矸石等異物通過時(shí)軟性擋板可以受力延展，防止異物卡死。

2.1.3 稱重給煤機(jī)皮帶頻繁跑偏

問題描述：稱重給煤機(jī)的皮帶材質(zhì)通常為橡膠，長周期運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)老化、磨損等問題，導(dǎo)致皮帶損壞程度較大，需要經(jīng)常更換皮帶。運(yùn)行中通常由于煤流偏析或皮帶張緊裝置的松弛導(dǎo)致皮帶兩側(cè)受力不均勻而頻繁出現(xiàn)皮帶跑偏現(xiàn)象，此時(shí)如若現(xiàn)場巡檢不及時(shí)則會導(dǎo)致皮帶跑偏嚴(yán)重而觸發(fā)糾偏開關(guān)使得生產(chǎn)線跳車。同時(shí)，頻繁的跑偏也會大大增加現(xiàn)場巡檢及皮帶調(diào)整的工作量。而由于皮帶的跑偏使得原煤容易從皮帶兩側(cè)灑落，導(dǎo)致稱重給煤機(jī)的皮帶出現(xiàn)卷煤、散煤的問題，在原煤灑落堆積較多時(shí)會使清掃鏈因負(fù)荷過大使得清掃鏈壽命降低，造成清掃鏈發(fā)生脫軌、斷鏈的問題。

優(yōu)化措施：稱重給煤機(jī)皮帶設(shè)置防跑偏裝置[2]。在稱重給煤機(jī)皮帶兩側(cè)增加防跑偏擋板(圖3)，增加具有弧形面的止擋單元，直接安裝在托輥架或皮帶架上，在皮帶跑偏的過程中皮帶能夠與止擋單元相接觸，因皮帶與弧形面之間的受力為切向受力，弧形面能夠?qū)σ雅芷钠в凶詣诱{(diào)偏作用，可以在一定程度上將皮帶調(diào)至初始正位，解決了皮帶運(yùn)行過程中因受力不均而跑偏的問題，同時(shí)止擋單元的弧形面可在最大程度上減少因皮帶與止擋單元之間的摩擦所造成的皮帶損傷。

圖3 防跑偏擋板示意圖Fig.3 Schematic diagram of anti deviation baffle

2.1.4 磨煤機(jī)內(nèi)件使用周期短

問題描述：中速輥盤式磨煤機(jī)內(nèi)部空間布置三個(gè)相對的磨輥均勻地分布在磨盤滾道上，其輥套繞著固定輥軸在磨盤上滾動(見圖4、圖5)，使原煤通過碾磨間隙，受到碾壓作用而破碎[3]，碾磨過程受煤質(zhì)、煤層厚度、給煤量、加載力、一次風(fēng)量等共同影響。原煤中大量塊狀雜質(zhì)，會加大磨輥研磨強(qiáng)度，同時(shí)這些硬物會導(dǎo)致三個(gè)磨輥出力不均勻；給煤量的不穩(wěn)定，會使磨煤機(jī)煤層厚度發(fā)生變化，導(dǎo)致磨輥與磨盤受力不均，同時(shí)工藝上操作不規(guī)范，也會間接造成磨煤機(jī)內(nèi)件沖刷磨損。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)偏吹導(dǎo)致內(nèi)部筒壁不均勻、磨輥熱偶防護(hù)罩、磨輥輥架、磨輥密封氣環(huán)管等部位易磨損，使用壽命短，頻繁停機(jī)檢修，嚴(yán)重制約磨煤機(jī)長周期運(yùn)行。

圖4 磨煤機(jī)主要結(jié)構(gòu)Fig.4 Main structure of coal mill

圖5 磨煤機(jī)研磨過程Fig.5 Grinding process of coal mill

優(yōu)化措施：根據(jù)磨煤機(jī)內(nèi)部磨損情況分析，通過現(xiàn)場測量和對磨煤機(jī)內(nèi)部一次風(fēng)流場的模擬實(shí)驗(yàn)，通過以下方式進(jìn)行優(yōu)化：

(1)實(shí)施技術(shù)改造。通過多次調(diào)整，在磨煤機(jī)入口管線增加一定數(shù)量的折流板，并對折流板的角度逐步調(diào)整，通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)折流板角度一般控制在25°左右為宜，同時(shí)嘗試在磨煤機(jī)排渣箱上部的一次風(fēng)室上沿處增加水平折流板，并在水平折流板處均勻鑿開4～6個(gè)圓孔，實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)量的均勻分散，減少一次風(fēng)對磨煤機(jī)筒體的沖涮磨損。

(2)提升內(nèi)件材質(zhì)升級。針對磨輥熱偶防護(hù)罩、磨輥輥架、磨輥密封氣環(huán)管等部位易磨損問題，通過提升內(nèi)件材質(zhì)，在易磨損部位增加耐磨護(hù)板(如錳鋼板、高鉻耐磨護(hù)板)或高硬度、高韌性材質(zhì)的陶瓷，同時(shí)進(jìn)一步嚴(yán)格內(nèi)件更換質(zhì)量驗(yàn)收及檢修作業(yè)過程的質(zhì)量驗(yàn)收，提高材質(zhì)升級后內(nèi)件的使用壽命。

(3)優(yōu)化工藝參數(shù)控制。在不影響煤粉粒度和水分的情況下通過降低循環(huán)風(fēng)量和磨機(jī)加載力也能很大程度上降低磨煤機(jī)內(nèi)件磨損，循環(huán)風(fēng)量由設(shè)計(jì)的165000 Nm3/h調(diào)整至130000 Nm3/h，磨機(jī)加載力由9 MPa調(diào)整至6.5 MPa；加強(qiáng)稱重給煤機(jī)運(yùn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)稱重給煤機(jī)打滑及時(shí)處理，檢修過程中注意調(diào)整稱重給煤機(jī)落煤管擋板高度，保證煤層厚度在15～20 cm[3]，運(yùn)行時(shí)盡量使用稱重給煤機(jī)主電機(jī)變頻調(diào)整稱重給煤機(jī)負(fù)荷。

2.2 煤粉發(fā)送系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計(jì)要求

問題描述：原設(shè)計(jì)發(fā)送系統(tǒng)正常負(fù)荷135 t/h，最大160 t/h，但實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)送系統(tǒng)負(fù)荷僅能達(dá)到80 t/h，無法滿足氣化爐煤粉消耗需求，影響氣化爐滿負(fù)荷運(yùn)行。后經(jīng)與廠商技術(shù)人員現(xiàn)場調(diào)節(jié)，通過拆除載氣自力式調(diào)節(jié)閥，擴(kuò)大載氣進(jìn)發(fā)送系統(tǒng)孔板以增加載氣量，達(dá)到設(shè)計(jì)發(fā)送能力，但經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行由于載氣量增加導(dǎo)致發(fā)送系統(tǒng)罐體、管線、閥門磨損嚴(yán)重，存在煤粉泄漏風(fēng)險(xiǎn)，且造成載氣(低壓氮?dú)?消耗量大。

優(yōu)化措施：

(1)在發(fā)送罐沖壓流化氣管線與罐體連接處增加燒結(jié)金屬濾片替代原有設(shè)計(jì)止逆閥防止煤粉反竄磨損載氣管線；

(2)調(diào)整發(fā)送罐各路載氣孔板大小。煤粉發(fā)送系統(tǒng)共有上、中、下、出口管線四路載氣，各路載氣上各有一個(gè)孔板，孔板大小為φ5 mm，為使煤粉在充分流化狀態(tài)下進(jìn)行發(fā)送，適當(dāng)加大孔板大小至φ8 mm，實(shí)現(xiàn)降低載氣消耗量和發(fā)送壓力，從而降低了發(fā)送系統(tǒng)的磨損且發(fā)送能力滿足氣化爐滿負(fù)荷運(yùn)行；

(3)優(yōu)化發(fā)送罐閥門動作順序。發(fā)送罐在發(fā)粉時(shí)先開出口閥再開沖壓閥，使發(fā)送罐出口圓頂閥在常壓狀態(tài)下動作，在圓頂閥氣囊沖壓氮?dú)夤芫€增加減壓閥將氣囊壓力由0.8 MPa降至0.6 MPa，最終使出口圓頂閥壽命延長至24個(gè)月以上，發(fā)送系統(tǒng)載氣使用量由最初的8000 Nm3/h降至6000 Nm3/h。

2.3 熱風(fēng)爐氮氧化物不符合排放要求

問題描述：因熱風(fēng)爐技術(shù)協(xié)議簽訂時(shí)未對熱風(fēng)爐氮氧化物排放指標(biāo)作出要求，僅參照GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》要求NOx小于420 mg/Nm3，后期環(huán)評變更后要求氮氧化物排放濃度小于37.129 mg/Nm3，而熱風(fēng)爐正常工況下運(yùn)行NOx排放量在40～50 mg/Nm3，屬于超標(biāo)排放，不能滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的排放要求。

優(yōu)化措施：采用煙氣再循環(huán)技術(shù)。在系統(tǒng)循環(huán)氣(循環(huán)回的熱惰性氣體)進(jìn)入熱風(fēng)爐外部夾套前，引出一支路進(jìn)入煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)，出口匯入助燃風(fēng)機(jī)出口，一起進(jìn)入熱風(fēng)爐燃燒器，循環(huán)的氣量通過調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此降低燃燒器火焰中心區(qū)域溫度，抑制氮氧化物的生成，實(shí)現(xiàn)降低熱風(fēng)爐排放氣中氮氧化物含量，達(dá)到環(huán)保要求指標(biāo)。

2.4 纖維分離器設(shè)計(jì)缺陷多

問題描述：纖維分離器是煤粉制備系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備之一，其運(yùn)行狀態(tài)及分離效果決定了送入氣化裝置的煤粉是否干凈[4]。因設(shè)計(jì)缺陷，纖維分離器篩網(wǎng)存在漏洞，過濾效果差，使煤粉中雜物帶入氣化爐煤粉輸送管線，導(dǎo)致氣化爐頻繁跳車；同時(shí)纖維分離器篩網(wǎng)過濾面積小不能滿足負(fù)荷要求，停車交出清理頻次高。

優(yōu)化措施：將纖維分離器篩網(wǎng)由原設(shè)計(jì)立面凈化轉(zhuǎn)盤非全覆蓋結(jié)構(gòu)分階段實(shí)施改造[5]，改為斗狀凈化轉(zhuǎn)盤全覆蓋結(jié)構(gòu)，在補(bǔ)齊纖維分離器篩網(wǎng)漏洞的同時(shí)，增加篩網(wǎng)與設(shè)備本體間隙隔檔，調(diào)整旋轉(zhuǎn)組件方鋼外側(cè)溢流堰高度，有效提高了雜物過濾效果。

3 結(jié) 論

通過以上措施的實(shí)施，煤粉制備系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性有效改善。稱重給煤機(jī)運(yùn)行周期延長，由原來平均6個(gè)月延長至12個(gè)月，備煤生產(chǎn)線啟停頻率也顯著下降，年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益預(yù)計(jì)174萬元；磨煤機(jī)使用壽命明顯延長，平均連續(xù)使用周期由原來的4000 h延長至7000 h，最長使用時(shí)間已超過9000 h，極大地減少了磨煤機(jī)因筒體磨穿所產(chǎn)生的工藝交出、設(shè)備檢修作業(yè)量，預(yù)計(jì)年節(jié)約備件費(fèi)、檢修人工費(fèi)1400萬元，同時(shí)也降低了作業(yè)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)；煤粉發(fā)送系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，載氣(低壓氮?dú)?用量由前期的8000 Nm3/h降至6000 Nm3/h，年節(jié)省費(fèi)用2800萬元；纖維分離器成功改造，篩網(wǎng)清理周期由168 h延長至500 h，降低了煤粉制備系統(tǒng)開停車頻次。煤粉制備系統(tǒng)熱風(fēng)爐排放氣實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放；低壓燃料氣緩沖罐排凝管線改造避免了就地排放低壓燃料氣凝液導(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故發(fā)生的重大風(fēng)險(xiǎn)，為企業(yè)安全、綠色、可持續(xù)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。