氣化裝置中撈渣機(jī)故障分析及設(shè)備優(yōu)化研究

孔光躍

（神華鄂爾多斯煤制油公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

撈渣機(jī)的主要用途是把在一定粒度范圍的固體物質(zhì)從固體與液體的混合物中分離出來(lái)。包括：河流挖取沙系統(tǒng)，鍋爐排渣系統(tǒng)等等。該設(shè)備通常在固液分離或分選時(shí)使用，屬于一種高效、連續(xù)的機(jī)械式除渣方式。本文通過(guò)探究和分析煤氣化裝置在排渣時(shí)對(duì)工藝的要求及在運(yùn)行過(guò)程中容易發(fā)生的故障和問(wèn)題，找到了故障發(fā)生的原因并對(duì)應(yīng)地提出了解決辦法，在這個(gè)基礎(chǔ)上優(yōu)化了設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式，并改進(jìn)了撈渣機(jī)的設(shè)計(jì)選型，從而有利于生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和穩(wěn)定，提高了煤氣化設(shè)備使用過(guò)程中的安全性。

1 撈渣機(jī)組成

撈渣機(jī)本體是由斜升段槽體、水平段槽體、張緊裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、行走裝置、刮板鏈條總成、電控系統(tǒng)及導(dǎo)向輪系幾部分組成。水平段槽體分成上下兩層，由型材和鋼板焊接而成。上槽體通常連接著關(guān)斷門，使得爐底被密封，從而增加鍋爐的熱效率，上層需要裝滿冷卻水，底部需要鋪設(shè)耐磨鋼板，用來(lái)粒化和冷卻熱渣。下槽體鋪設(shè)耐磨鑄石板，內(nèi)含有輝綠巖，刮板鏈條刮出灰渣之后，由斜升段槽體進(jìn)行瀝水，使得灰渣的含水率降低，含水率要確保不高于25%，斜升段的上下槽體都用耐磨的鑄石板鋪設(shè)，其使用年限至少達(dá)到30年。

撈渣機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置有兩種，包括液壓驅(qū)動(dòng)裝置和電機(jī)結(jié)合減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，前者大多在300MW以上機(jī)組的撈渣機(jī)中使用，后者大多在300MW以下的機(jī)組使用。撈渣機(jī)內(nèi)部的主要運(yùn)動(dòng)組件是刮板鏈條總成，它不斷運(yùn)轉(zhuǎn)將氣化爐灰渣持續(xù)地輸出到出渣口，達(dá)到了一個(gè)除渣效果。刮板依據(jù)實(shí)際工藝條件及機(jī)組規(guī)格采用矩形或三角形結(jié)構(gòu)，鏈條通常使用圓環(huán)鏈，刮板和鏈條采用無(wú)螺栓的鉸鏈來(lái)連接，這樣有利于更換刮板。

撈渣機(jī)通常在機(jī)體上裝備行走輪系，分為電動(dòng)式和手動(dòng)式。在撈渣機(jī)檢修時(shí)，行走輪系將它移開(kāi)，遠(yuǎn)離過(guò)路中心線下方，以防不停爐檢修時(shí)下泄的熱渣或高空墜物導(dǎo)致安全事故。

2 撈渣機(jī)在煤氣化裝置中的工況分析

在高溫高壓的條件下，粉煤經(jīng)過(guò)加壓輸送，和氣化劑（蒸汽稀釋的氧）在氣化爐內(nèi)發(fā)生部分氧化反應(yīng)，生成液態(tài)渣（熔渣）與合成氣（主要是CO和H2）。氣爐中的壓力是4.0MPa，燃燒溫度是1520℃。經(jīng)過(guò)下降管和激冷環(huán)后，又經(jīng)過(guò)了冷水冷卻和激化，熔渣在下降過(guò)程中受冷迅速發(fā)生了固態(tài)轉(zhuǎn)化，過(guò)程中產(chǎn)生的氣體由水吸收。此時(shí)的熔渣形態(tài)轉(zhuǎn)化，形成狀似玻璃的顆粒，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行沉淀，渣鎖斗和破渣機(jī)此時(shí)同時(shí)運(yùn)作，共同輔助緩沖罐中的水流運(yùn)動(dòng)，將已經(jīng)變成固態(tài)的熔渣排出機(jī)械之外。每隔30min，渣鎖斗內(nèi)的渣水會(huì)排到撈渣機(jī)渣池一次，大約每次持續(xù)2min。所以在短時(shí)間內(nèi)，渣池前倉(cāng)將儲(chǔ)存大量的渣水和爐渣。在熔融狀態(tài)下，少量未燃盡碳和煤中灰分經(jīng)水激冷從而產(chǎn)生的固體顆粒就是爐渣。灰渣水經(jīng)過(guò)過(guò)濾就是循環(huán)使用的激冷水，水中溶解了在此過(guò)程中產(chǎn)生的主要?dú)怏w，包括CO2、CO等主要?dú)怏w，同時(shí)還含有碳酸鹽、硫化物等化學(xué)物質(zhì)，以及一些金屬離子，整體pH值在6.5～9.0。由于灰渣水中含有大量具有強(qiáng)酸性的粒子，爐渣也增添了水的腐蝕性，所以水在流動(dòng)中其磨損能力會(huì)大大提高，必須對(duì)任何與渣水及其蒸汽有接觸的構(gòu)件采取耐腐蝕措施，在撈渣機(jī)的渣池前倉(cāng)進(jìn)口采取耐沖刷措施，在渣倉(cāng)底部采取耐磨蝕措施。撈渣機(jī)撈出排入渣池的爐渣至多用25min。由于一些煤中的灰含量較高，所以撈渣機(jī)的選型設(shè)計(jì)就尤為重要。此時(shí)水中的廢渣和灰渣水共同流出，排入撈渣機(jī)后設(shè)置的水倉(cāng)內(nèi)，為了環(huán)境的保護(hù)而進(jìn)行最終步驟的凈化和排放。

3 檢修撈渣機(jī)故障的方法

首先，停止機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，打開(kāi)檢修口，清掃爐中的殘?jiān)乐蛊湔趽跻暰€，然后依次監(jiān)視設(shè)備的軌道、使用板、內(nèi)導(dǎo)輪、減速機(jī)等故障多發(fā)的部分，減少故障復(fù)發(fā)。

如果檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)少數(shù)故障區(qū)域，那么單獨(dú)將出現(xiàn)故障的零件進(jìn)行更換，同時(shí)需要注意的是，鏈條出現(xiàn)故障更換應(yīng)當(dāng)均勻替換，防止兩條鏈條安裝之后不平衡，或是磨損程度不同，增強(qiáng)機(jī)械使用安全性。如果在使用中刮板沒(méi)有嚴(yán)重的磨損，那么就可以重復(fù)使用2～3次；不過(guò)，整個(gè)機(jī)械鏈條發(fā)生故障，更換的范圍就要擴(kuò)大，有時(shí)候甚至需要將所有鏈條進(jìn)行更換。同時(shí)還需要重視的一點(diǎn)就是鏈條的張力，有的鏈條雖然看起來(lái)堅(jiān)韌，但是張力不夠，很容易超過(guò)一定拉伸程度而形成磨損斷裂。更換鏈條時(shí)，要注意機(jī)械斜升段與水平段交叉地點(diǎn)的高度，作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)輥的調(diào)節(jié)，保持高度一致。除了鏈條，軌道也是機(jī)械多發(fā)故障區(qū)域，需要進(jìn)行修復(fù)焊接，保持新舊軌道高度相同，使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)平緩。

進(jìn)行維修調(diào)整后需要對(duì)新機(jī)械進(jìn)行測(cè)試，再次檢查鏈條接口、軌道、中間段等重點(diǎn)故障區(qū)域，檢修與測(cè)試人員互相實(shí)時(shí)溝通。

如果機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了異常，不要拖延，及時(shí)停止機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查異聲產(chǎn)生原因以及發(fā)聲位置，重點(diǎn)檢查齒輪交叉位置、軌道接口、鏈條連接處等故障多發(fā)處，同時(shí)對(duì)當(dāng)時(shí)電流進(jìn)行記錄，及時(shí)調(diào)整以便重新啟動(dòng)時(shí)能夠再次回到正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。測(cè)試以30分鐘為限，如果半小時(shí)之內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)異常情況表明機(jī)械可以投入正常使用，再次使用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意對(duì)機(jī)械進(jìn)行再一次的檢修和測(cè)試，同時(shí)把最大負(fù)荷電流記錄下來(lái)。

4 撈渣機(jī)主要故障分析

撈渣機(jī)使用過(guò)程中進(jìn)行煤氣化，因?yàn)槊簹馊紵^(guò)程中發(fā)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、設(shè)備材料和尺寸等存在個(gè)體差異等原因，撈渣機(jī)經(jīng)常會(huì)發(fā)生傳動(dòng)裝置卡殼、殼體腐蝕、撈渣機(jī)可能不能完成預(yù)定的工作量，甚至發(fā)生損壞。

（1）撈渣機(jī)如果工作量很小，本身煤炭原料中含有的灰渣就會(huì)相應(yīng)占據(jù)更大位置，撈渣機(jī)排放的物質(zhì)反而增多，煤渣出現(xiàn)殘留較多，造成機(jī)械儲(chǔ)存?zhèn)}堵塞等問(wèn)題。

（2）煤渣含有的渣灰本身大小成分會(huì)對(duì)軸承、齒輪和鏈條產(chǎn)生比較嚴(yán)重的磨損，還可能改變鏈條長(zhǎng)度，隨著機(jī)械使用次數(shù)增多，時(shí)間加長(zhǎng)，機(jī)械排渣能力下降，刮板和鏈條發(fā)生不同程度的歪斜和松動(dòng)，檢修時(shí)應(yīng)當(dāng)換上強(qiáng)度更強(qiáng)、張力更大的鏈條零件，以使鏈條達(dá)到一定的張緊度。

（3）氣化爐使用過(guò)程中需要排放的灰渣較多，燃燒中出現(xiàn)化學(xué)變化，灰渣久集成塊，排放不暢，應(yīng)當(dāng)增加撈渣機(jī)的水量和沖擊力度，但是這樣一來(lái)又會(huì)加大機(jī)械工作的負(fù)荷，對(duì)鏈條等裝置的強(qiáng)度要求極大，工作一段時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)故障；另外，水量加大，儲(chǔ)水倉(cāng)中容量不夠，煤渣容易隨著廢水發(fā)生滿溢，進(jìn)一步對(duì)環(huán)境造成污染。

（4）撈渣機(jī)頂部和渣水罐連接，它的水溫大約是70℃，溫度較高導(dǎo)致水分發(fā)生蒸發(fā)，氣體久久不會(huì)凝結(jié)，發(fā)生外溢，從而造成廢氣污染，對(duì)環(huán)境影響較大。

（5）靠近出口位置，有機(jī)械工作所需的電動(dòng)閘門和暫存?zhèn)}，暫存?zhèn)}中存放撈渣水，配合運(yùn)渣車的來(lái)去進(jìn)行閘門開(kāi)閉和廢渣的運(yùn)輸。此時(shí)廢渣廢水的比例大致是1：1，但是水會(huì)隨著車輛的運(yùn)行運(yùn)輸發(fā)生潑濺使質(zhì)量減少。溫度較低，水蒸氣會(huì)發(fā)生凝結(jié)，對(duì)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響。

5 解決故障的辦法

（1）脫鏈。原因：通過(guò)查看現(xiàn)場(chǎng)并加以分析，脫鏈主要是由電鏈條張緊太松造成的。如果鏈條太松，它在經(jīng)過(guò)輪系時(shí)要掛到導(dǎo)輪的導(dǎo)向槽中會(huì)有一定難度，由此造成鏈條脫鏈。另一個(gè)脫鏈原因是大型廢渣塊造成的，廢水中無(wú)法排出較大廢渣。應(yīng)當(dāng)提高鏈條張力，調(diào)整廢渣篩選標(biāo)準(zhǔn)。

（2）刮板本身發(fā)生了較大磨損和消耗，刮板出現(xiàn)裂痕使得水進(jìn)入。原因：刮板在工作過(guò)程中一定會(huì)發(fā)生一定的磨損，此時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行及時(shí)檢修，如果沒(méi)有進(jìn)行檢修更換新的刮板，就有可能加重刮板的磨損，從而產(chǎn)生裂痕，運(yùn)行過(guò)程中水趁虛而入。對(duì)應(yīng)對(duì)策：及時(shí)檢修，換掉磨損刮板，同時(shí)把一層65Mn堆焊在刮板本體材料Q235A上。

（3）鏈條兩側(cè)磨損程度不同，水隨斜板進(jìn)入。原因：轉(zhuǎn)動(dòng)鏈條是撈渣機(jī)運(yùn)行過(guò)程中必不可少的部分，鏈條選用的是環(huán)鏈，在表面進(jìn)行滲碳處理，使用壽命≥1.5×104h，表面熱處理硬度HV≥700。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后鏈條肯定會(huì)磨損。此外，鏈條制造過(guò)程中的工藝差異使得其具有了不同的強(qiáng)度和硬度，使用時(shí)存在偏差，造成鏈條在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行之后的磨損量及伸長(zhǎng)量不一致。另外，機(jī)械使用過(guò)程中使用不當(dāng)會(huì)造成鏈條受力不均，從而導(dǎo)致鏈條不同方向的磨損程度不同。考慮到這一問(wèn)題，通過(guò)進(jìn)行實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)撈渣機(jī)運(yùn)行時(shí)西側(cè)的煤渣較多，久而久之，西側(cè)鏈條受到的磨損也就更多。對(duì)應(yīng)對(duì)策：如果不是鏈條兩側(cè)長(zhǎng)度差異的問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)人工手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少長(zhǎng)側(cè)的張力，增加短側(cè)的張力，隨著時(shí)間流逝，再將兩邊同時(shí)張緊，如果還是不一樣，再次進(jìn)行調(diào)節(jié)，循環(huán)往復(fù)。張緊裝置使用結(jié)構(gòu)為液壓自動(dòng)調(diào)整，但是同時(shí)也可以支持人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，通過(guò)人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，將調(diào)整方式修改為單項(xiàng)單輪張緊，實(shí)際操作效果較好。如果鏈條本身長(zhǎng)度差異過(guò)大，需要進(jìn)行鏈條檢查和更換。

6 設(shè)備選型及工藝優(yōu)化

（1）在編制設(shè)備采購(gòu)數(shù)據(jù)表的過(guò)程中，設(shè)計(jì)和計(jì)算撈渣機(jī)的前倉(cāng)容積時(shí)，需要把灰含量大的校核煤種的工況考慮進(jìn)去，應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大前側(cè)儲(chǔ)存?zhèn)}的大小，調(diào)整之后，刮板強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)適當(dāng)進(jìn)行提高，通過(guò)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整和驅(qū)動(dòng)，防止廢渣過(guò)多超過(guò)機(jī)械運(yùn)行最高限度，減少?gòu)U渣淤積。

（2）為了避免固渣由鎖斗直接掉落到前倉(cāng)底部，會(huì)磨損設(shè)備底部，降低撈渣機(jī)的使用壽命，有必要把防磨蝕和沖蝕的耐磨襯板安裝在設(shè)備內(nèi)部。采購(gòu)中要求撈渣機(jī)廠家應(yīng)當(dāng)慎重對(duì)待機(jī)械使用材料，注重對(duì)材料表面進(jìn)行處理，提高拖動(dòng)和傳動(dòng)兩種鏈條的強(qiáng)度，進(jìn)行滲碳處理，進(jìn)一步加強(qiáng)受力能力，提高機(jī)械的使用耐用性。在沖洗撈渣機(jī)導(dǎo)輪和鏈條時(shí)，一定要保證到位，這樣有利于保持鏈條干凈。清洗過(guò)程中應(yīng)當(dāng)選用純凈水，確保鏈條沒(méi)有殘留殘?jiān)黾記_水入口，減少二次污染的可能性。重視撈渣機(jī)鏈條和下部?jī)?chǔ)存?zhèn)}槽的沖洗清潔，有利于機(jī)械使用效率，降低磨損。

（3）撈渣機(jī)頂部往往存在黑水，而且溫度較高，故可以設(shè)置放空管道在斜交段上，通過(guò)放氣減少水蒸氣的殘留，減少空氣污染，提高廢物利用率。

（4）撈渣機(jī)暫存?zhèn)}下方架設(shè)過(guò)濾篩，通過(guò)震動(dòng)方式甩走廢渣中大量的水分，將廢渣和水的比例由1:1提高到7:3，以免車輛運(yùn)輸過(guò)程中水的滲漏導(dǎo)致運(yùn)輸困難。過(guò)濾篩篩除的水分能夠再次進(jìn)入撈渣機(jī)前倉(cāng)。考慮到渣鎖斗存在的震動(dòng)和過(guò)濾篩的震動(dòng)篩水，有必要在結(jié)構(gòu)方面設(shè)置對(duì)應(yīng)的軟連接，從而降低設(shè)備間的相互影響和作用。

（5）撈渣機(jī)運(yùn)行周期短的問(wèn)題

煤氣化生產(chǎn)中心X1402撈渣機(jī)自運(yùn)行以來(lái)，存在諸多問(wèn)題，如斷鏈、積渣、出力不夠等，最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間為3個(gè)月，嚴(yán)重影響著裝置正常運(yùn)行。如圖1所示。

圖1 撈渣機(jī)板式鏈條

經(jīng)考察調(diào)研國(guó)內(nèi)相關(guān)裝置的運(yùn)行及改造情況，從鏈條、刮板、張緊機(jī)構(gòu)等方面實(shí)施改造。

原撈渣機(jī)的拖動(dòng)鏈條是板式鏈，但是隨著撈渣機(jī)行業(yè)的技術(shù)革新和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，當(dāng)前的廠家和行業(yè)內(nèi)經(jīng)常使用的工具已經(jīng)逐漸將板式鏈換成了圓環(huán)鏈，圓環(huán)鏈與板式鏈相比，使用的時(shí)候更加耐磨耐用，使用更方便，而且更換時(shí)也更加簡(jiǎn)便，現(xiàn)在已經(jīng)越來(lái)越成為撈渣機(jī)或刮板撈渣機(jī)等項(xiàng)目機(jī)械使用的重要材料。當(dāng)前我們使用改進(jìn)版的圓環(huán)鏈，規(guī)格為φ26×92，使用壽命更是提高到了25000h以上。當(dāng)前刮板形式的撈渣機(jī)通常形狀都為矩形，其材料則會(huì)使用槽鋼鋼材，為了增加鋼板的使用時(shí)間和壽命，特別在槽鋼的兩邊，也就是主要承接摩擦的接觸面上加入了65Mn耐磨板，通過(guò)一系列的鑲接和焊接處理，耐磨板能夠大大增強(qiáng)鋼材的強(qiáng)力，并且能夠降低其受損后的更換難度，再次進(jìn)一步提高了耐磨板的使用壽命和效率；另一方面，鋼材的使用面上還加入了焊腹板，這一個(gè)設(shè)計(jì)方便了材料渣滓掉落，提高了工作面的強(qiáng)度，壽命提高了25000h以上。目前設(shè)備還存在的一項(xiàng)缺陷在于機(jī)械調(diào)節(jié)主要依靠人工手動(dòng)，雖然一定程度上減少了機(jī)械自動(dòng)調(diào)節(jié)失靈的概率，但是人工調(diào)節(jié)對(duì)人工的使用過(guò)多，而且人工調(diào)節(jié)可能形成機(jī)械兩邊不平衡，導(dǎo)致磨損不同，從而使機(jī)械兩邊出現(xiàn)歪斜，乃至出現(xiàn)機(jī)械故障，影響裝置設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。鑒于這些頭部張緊形式造成的問(wèn)題，本文特將頭部張緊形式（見(jiàn)圖2）改為尾部張緊形式（見(jiàn)圖3），從而增強(qiáng)機(jī)械使用時(shí)的安全性能。設(shè)計(jì)時(shí)采用外置軸承座固定式結(jié)構(gòu)，軸承位于機(jī)械外殼上，機(jī)械尾部架設(shè)張緊裝置，這樣受力較為均勻，而且受力較小，鋼材強(qiáng)度能夠滿足。將張緊裝置放置在尾部有利于進(jìn)一步降低機(jī)械復(fù)雜度，提高使用效率，降低使用難度，同時(shí)也解決了頭部張緊裝置設(shè)計(jì)造成受力不均、人工調(diào)節(jié)復(fù)雜繁復(fù)的缺點(diǎn)，更有利于機(jī)械使用和運(yùn)行。改造之后的撈渣機(jī)運(yùn)行周期明顯延長(zhǎng)，有效解決了鏈條磨損、卡死等問(wèn)題。

圖2 頭部張緊機(jī)構(gòu)（改前）

7 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)煤氣化技術(shù)液態(tài)排渣的工藝要求以及運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障及問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，找出了故障出現(xiàn)的原因并提出了解決辦法，在此基礎(chǔ)上并對(duì)撈渣機(jī)的設(shè)計(jì)選型進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)，從而保證了工藝流程中上下游工藝的穩(wěn)定性，提高了煤氣化裝置的運(yùn)行可靠度。

圖3 尾部張緊機(jī)構(gòu)（改后）