Shell煤氣化給煤系統運行瓶頸的研究與改造

(河南能源化工集團鶴壁煤化工有限公司，河南 鶴壁 458000)

河南能源化工集團鶴壁煤化工有限公司(以下簡稱鶴壁煤化工)60萬t/a甲醇項目煤氣化是采用當今國際先進的第二代Shell干煤粉氣化工藝，其中，磨煤系統在Shell煤氣化工藝中占極其重要的地位。根據氣化爐設計煤種和生產能力的需要，磨煤干燥系統設置兩臺磨煤機，正常生產時兩套系統均運行，滿足氣化爐滿負荷設計需要，磨煤機給煤系統是保證磨煤機安全運行和滿負荷生產的關鍵因素。

氣化裝置磨煤系統自安裝以來，落煤管存在斜度，經常出現落煤管堵煤現象，導致磨煤系列停運，而且落煤管存在的斜度還造成落煤管沖刷磨損嚴重，磨煤機內部中心管易磨穿，如果檢查不及時，煤粉會進入旋轉分離器齒輪箱內，污染潤滑油、破壞旋轉分離器密封組件，進而影響旋轉分離器的正常運行，成為煤氣化裝置安全、穩定、長周期運行的瓶頸，筆者針對磨煤系統落煤管存在的偏差，對其進行研究和改造，有效地解決了落煤管堵煤問題。

1 給煤和磨煤干燥系統

1.1 給煤系統

從煤儲運系統來的原煤由輸煤皮帶送至氣化裝置的2個獨立原煤倉內儲存，原煤由重力式稱重給煤機稱重，經落煤管進入磨煤機內，在磨煤機內被干燥和研磨后，送到煤粉袋式過濾器進行氣粉分離，經煤粉旋轉給料機及煤粉螺旋輸送機進入煤粉儲罐。煤粉再靠重力從粉煤儲罐流入粉煤放料罐，通過充入高壓N2加壓使煤粉放料罐與煤粉給料罐壓力相同，當料位低至一定程度時，打開放料罐底部閥門又一次加煤，煤粉流入粉煤給料罐，最終送往氣化爐的4個煤燒嘴。為維持煤粉給料罐與氣化爐之間的壓差，粉煤給料罐需不斷注入氮氣，以保證氣化爐的穩定運行。

在煤粉輸送過程中，任何一個環節出現問題，都將影響到氣化爐煤燒嘴的穩定運行，從而影響氣化裝置的負荷及后系統的生產，為此必須保證干煤粉的安全輸送和儲存。

1.2 磨煤干燥系統

磨煤干燥系統的關鍵設備是磨煤機，原煤倉來的碎煤在磨煤機內通過碾壓被送往下游氣粉分離，為氣化爐提供粒徑、濕度適宜的原料。煤粉粒度的變化與旋轉分離器轉子轉速、磨輥加載力、循環風量等因素有關。在磨煤機運行過程中，如果旋風分離器轉子磨損嚴重或掛有異物，會影響煤粉分離，應經常檢查、維護。磨煤機給煤量和循環風量調節要按一定的比例，循環風量可以在標準風量上下適當變動，但最終要確保風煤比合適。磨煤機的給煤量隨著給煤機負荷的波動而調整，給定的給煤量不能超過磨煤機的允許出力。循環風量主要是通過循環風機液力耦合器的開度調節來實現，以最低開度開啟風機，液力耦合器的開度隨著給煤負荷的提高而加大。建立正常的風煤比非常重要，如果標定不準確，不僅影響氣化爐負荷，還會影響磨煤機的運行，所以運行期間應定期校對測量裝置，防止測量裝置出現質量問題。

由人工定期打開排渣門，清理排渣箱內的煤矸石，清理的時間間隔應根據實際情況來決定，每次啟動磨煤機時必須檢查和清理排渣箱，以保證安全運行。正常生產時應1～2 h排一次渣，磨煤機在操作過程中必須嚴格遵守各項規程和說明，不允許金屬塊、石塊、木塊和其他粗硬異物進入磨煤機，以延長磨煤機使用壽命。

1.3 給煤機系統

原煤經稱重、給煤機計量后，與石灰石一同從磨煤機上部加入進行研磨，每臺稱重給煤機由現場控制柜實現瞬時給煤量測量和控制、腔內溫度報警、堵煤、跑偏、斷鏈監測報警以及清掃鏈電機控制等控制、聯鎖保護功能。

2 給煤系統運行的瓶頸

氣化裝置磨煤系統在安裝時，上部稱重給煤機出煤口與下部磨煤機入煤口存在一定的偏差，兩中心南北偏差約為700 mm，造成落煤管有一定的斜度，落煤管經常出現堵煤現象，從而導致磨煤系列停運。清理落煤管給裝置穩定運行造成很大的影響，而且落煤管存在的斜度還造成落煤管沖刷磨損嚴重，磨煤機內部中心管易磨穿，如果檢查不及時，煤粉會進入旋轉分離器齒輪箱內，污染潤滑油、破壞旋轉分離器密封組件，進而影響旋轉分離器的正常運行，成為系統穩定生產的瓶頸。

3 給煤系統改造方案

3.1 改造前基本情況

在此次磨煤機給煤系統技改之前，落煤管經常出現堵煤情況，若來煤濕度較大、氣溫較低，則堵煤更為頻繁，一個運行班(8 h)會堵煤2～3次，造成兩個系列運行一段時間就要停下，人工檢查清理落煤管堵煤，不但耗時耗力，而且頻繁啟停磨煤系統設備，尤其對中速磨煤機有很大影響，更為關鍵的是給裝置穩定運行造成了很大影響，有時直接影響到裝置的負荷。針對這一問題，曾對落煤管進行多次改造，效果均不佳。改造情況如下：①對落煤管彎曲型式進行改動，主要是解決磨煤機中心管磨損問題，效果不是很好，而且沒有解決堵煤問題；②在落煤管上安裝空氣炮，通過空氣炮的噴射吹掃解決堵煤問題，也沒有什么效果；③對原來落煤管進行改動，在管道間增加一個偏心錐體，效果也不大；④在落煤管上增加振打器設備，通過振打解決堵煤問題，效果也不好。盡管實施多項技改，堵煤問題仍然沒有解決。

3.2 改造方案

此次改造，利用裝置停車檢修對稱重給煤機方位進行調整，使給煤機出口與落煤管和磨煤機入口盡量在一條中心線上，改造前后對比見圖1。

圖1 給煤機方位改造注：1—稱重給煤機上插板閥；2—稱重給煤機；3—稱重給煤機下插板閥；4—稱重給煤機出煤口；5—落煤管；6—磨煤機入煤口

4 改造效果及效益

4.1 改造創新點

通過對給煤機進行移位，即以稱重給煤機尾部入煤口法蘭為中心移動給煤機頭部，使給煤機頭部出煤口與下部磨煤機入煤口盡量保持同心，從而有效地解決了落煤管堵煤問題，而且此技改方案施工難度相對不大，施工費用相對較低。

4.2 改造實施后運行效果及效益情況

自2017年11月11日改造后，磨煤系統運行至今，A系列未發現一次堵煤情況，改造效果良好；B系列由于原磨煤機中心管磨穿后對其內部進行貼補焊接處理，貼補鋼板較厚，與落煤管形成了一定錯邊量，效果沒有A系列好，通過檢查只發現3次部分堵煤情況，也有很大的改善，下一步是將磨煤機中心管內貼補鋼板問題解決，效果將更為明顯。

按一個運行班(8 h)堵煤2次，清理一次需要2 h計算，需要8個人工時，若1個人工時按10元計，則每年節省人工費用17.52萬元。頻繁開停磨煤機，易造成磨輥。襯瓦、磨盤等損壞，更換一次備件需要20萬元，若每年少更換2次，可節省成本40萬元。檢修一次磨煤機需要3～5 d，單系列長期運行，會影響裝置滿負荷運行，若按85%負荷運行4 d，每天少生產甲醇200 t，甲醇價格按3 000元/t，每年少檢修2次，可創造效益480萬元。

5 結語

通過對稱重給煤機方位的改造，使給煤機出口與磨煤機入口盡量保持同心，進而解決落煤管堵煤問題，保證磨煤系統的安全穩定運行，維持裝置的高負荷穩定運行，為企業創造了較大的經濟效益。