神寧爐煤粉輸送系統運行優化

(神華寧夏煤業集團煤制油氣化廠，寧夏 銀川 750411)

煤粉加壓輸送是利用載氣壓差來實現煤粉在密閉管道內輸運的一種輸送方式，其具有密閉、安全、易于實現自動化和連續操作等優點[1]，是大規模煤粉氣化中的關鍵技術之一[2]，現已得到廣泛運用。

神華寧煤煤制油項目應用“神寧爐”氣化技術，自試車運行以來，各項參數指標都達到設計值，取得了良好的經濟效益。氣化裝置煤粉輸送系統采用給料罐側出料型式，取得了較好的運行效果和經濟效益，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的主要工藝流程，通過對生產過程中煤粉輸送系統存在的問題進行了分析及研究，并探討了相應優化方案。

1 工藝流程

圖1 煤粉輸送單元工藝流程

煤粉輸送系統的主要設備包括煤倉、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，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，同時根據工藝需要調整煤粉的流量，并由安全儀表系統進行安全監控。

備煤單元制出合格煤粉后，通過氣力輸送系統的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，每個隔室下層設置4個煤粉疏松元件，由經過預熱的低壓氮氣保持連續吹掃，以控制煤倉內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所要求的操作壓力，通過鎖斗順控來實現這一過程，保證給料罐向氣化爐的連續供粉。

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，因煤粉系統參數波動，聯鎖氣化爐停車較為頻繁，嚴重制約了裝置的長周期運行。煤粉加壓輸送系統運行中的問題主要有兩個方面。

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

(2)給料罐內部架橋現象嚴重，導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致煤粉密度、煤粉輸送速度波動聯鎖氣化爐跳車。針對這類問題，加大源頭煤質的管理力度，對煤粉制備單元纖維分離器進行技改，增強纖維分離效果，防止出現煤粉管線堵塞、波動等現象。

3 優化措施

3.1 煤質方面

跟蹤調查發現，由配煤中心輸送過來的原煤煤質差，煤中經常夾帶塑料瓶、雜草、纖維等雜質，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，發現種類相同。制定針對性的管理措施，以現場煤質管控為重點，通過建立原煤煤質臺賬，不定期組織召開質量分析會，加強生產工藝過程的精細化管理，加大巡檢力度，確保塊煤、煤矸石中的雜質在源頭消除。

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

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 工藝聯鎖優化

針對運行中出現的問題，采取以下優化措施。變更緩沖罐1入口設定值，將緩沖罐1入口壓力設定由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出口調節閥，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。

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

重新優化鎖斗順控，將鎖斗破拱程序從鎖斗順控中摘出，不再自動調用，減少順控下煤時間，設置破拱按鈕，只在工況有需要時手動啟動破拱程序，輔助下料；同時根據鎖斗運行情況，設置上下路升壓氣比值，調節范圍在0.4～0.6之間。通過優化鎖斗順控，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，維護了裝置的穩定運行。

3.3 設備內件優化

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

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。更換通氣錐內件，并在笛管外側等間距開孔(見圖5)，保證吹掃流化氣量的基礎上降低通氣錐內外壓差，降低了笛管堵塞、通氣錐燒結、金屬破裂風險。聯系設計院進行模擬，調整給料罐流化盤與煤粉管線間距，增加錐部煤粉流化效果，增強輸送的穩定性；煤粉管線支撐采用1 mm厚角鋼，焊接時設置70°傾角，避免給料罐內部架橋。

圖4 鎖斗笛管支撐密封焊

圖5 鎖斗笛管外側開孔

3.4 操作優化

給料罐壓力與氣化爐壓差要控制平穩，一般壓差大于0.6 MPa時煤粉管線角閥會相應關小，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，不利于爐內的均勻燃燒，可以通過提高給料罐的壓力、穩定氣化爐壓力來達到關小角閥和穩定煤粉密度、煤粉輸送速度的目的。

出現單根煤粉管線小幅波動時，優先通過調整煤粉管線注射氣體量進行調整，若煤粉管線輸送速度高，煤粉密度低，則關小注射氣體及角閥吹掃氣，觀察調整情況。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均勻分布，保證良好供給。

4 結語

煤質對煤粉輸送單元的影響較大，加強輸煤、煤粉制備源頭管理，可提升系統運行穩定性。在煤質滿足生產的條件下，經過工藝聯鎖、設備內件的技改優化，煤粉輸送穩定性進一步提高，實現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，進一步提高了經濟效益。