淺析煤氣化工藝中粉煤放料罐架橋原因及解決辦法

華能(天津)煤氣化發電有限公司 天津 300000

1 引言

華能爐煤氣化工藝作為天津IGCC機組的核心技術，其工藝流程是將來自空分裝置的純氧和來自粉煤加壓輸送系統的粉煤一起通過水平對稱布置的四個粉煤燒嘴噴入氣化爐內，在3.0MPa(G)的壓力下進行部分氧化反應，反應后的高溫合成氣在氣化爐頂部出口被來自循環氣壓縮機的冷合成氣激冷至約900℃，然后經合成氣冷卻器冷卻后進入干法除灰單元，濕洗單元，凈化單元，最后進入燃機燃燒發電。氣化裝置加壓輸煤系統3200單元粉煤放料罐V3202在下料過程中易出現架橋現象造成粉煤給料罐V3203料位和壓力的波動，造成煤線的不穩定性。

2 工藝流程簡介

根據我廠氣化單元的生產要求，共設三個系列磨煤、干燥及相關的輔助系統。由輸煤皮帶來的原煤被分別儲存在三個獨立的煤倉(V-3101A/B/C)內，經重力式給煤機(X-3101A/B/C)計量稱重后通過落煤管進入磨煤機(A-3101A/B/C)。經過磨煤機磨過的煤粉從粉煤袋式過濾器(S-3103A/B/C)過濾下來首先進入常壓粉煤儲罐(V-3201A/B、V-3204)儲存。為保持粉煤儲罐惰性化，連續通入0.5MPa的低壓氮氣。粉煤儲罐中的煤粉，通過重力作用進入粉煤放料罐(V-3202A/B、V-3205)，粉煤放料罐充滿后，將上部兩道開關閥關閉，壓力平衡閥關閉，使其與所有的低壓設備隔離。然后充入4.5MPa高壓氮氣加壓，使其壓力與粉煤給料罐(V-3203A/B、V-3206)平衡，再打開粉煤放料罐與粉煤給料罐之間的平衡管線，一旦粉煤給料罐達到低料位，則打開鎖斗排料閥卸料。卸料完畢后將粉煤放料罐與粉煤給料罐隔離，將壓力分三次卸至接近常壓，然后打開粉煤放料罐上部的進料閥，接受粉煤儲罐的煤粉，粉煤放料罐充裝完畢后，再次充壓，等待下一次的卸料信號。

3 影響粉煤放料罐架橋的主要因素

粉煤加壓輸送系統最大特點是輸送細小的固體顆粒煤粉。固體顆粒在設備內主要有質量流和漏斗流兩種流動形式。質量流是指當儲存固體顆粒的設備出口放料閥打開后，罐內固體顆粒即以一個整體的形式向下移動，直至罐內物料放完為止。漏斗流是指當儲存固體顆粒的設備出口放料閥打開后，罐內固體顆粒大部分沿設備中心流下，但有部分物料滯留在設備內。顯然，煤氣化裝置中質量流是煤粉理想流動形式。

3.1 粉煤中水分含量的影響 煤的游離水分又分為外在水分和內在水分。外在水分，是指附著在煤顆粒表面的水分，有時俗稱外水。內在水分，是指在一定條件下(105～110℃)煤樣達到空氣干燥狀態時所保持的水分。粉煤加壓輸送系統本身沒有辦法控制煤粉水分含量，是通過控制磨煤系統的溫度來達到控制煤粉水分的目的。經過長期的機組運行經驗驗證，當煤粉水分含量控制在5%以內時，對于煤粉的輸送影響較小，反之則在粉煤放料罐中容易產生架橋。

3.2 粉煤粒度大小對架橋的影響 若粉煤粒度過大，則在輸送過程中，粉煤容易產生分層及沉降，影響粉煤與氮氣形成較為均勻的混合物，增加了粉煤在管道的流動阻力，降低了粉煤的流速，還有可能影響燒嘴的燃燒穩定性。若粉煤粒度過小，又會造成粉煤流動性差而引起管道堵塞，還會對煤線的速度和密度等產生影響。經過多年的機組運行經驗，粉煤粒度在大于90μm所占比例小于30%，粒度小于10μm所占比例小于10%的狀態下對于粉煤輸送較為有利，且在粉煤放料罐中不容易產生架橋。

3.3 設備設計對架橋的影響

3.3.1 燒結金屬在粉煤輸送系統中的應用 燒結金屬是用金屬粉末為原料，經篩分、壓制、燒結等工藝制成的一種多空金屬材料。

3.3.2 通氣錐 在粉煤放料罐的底部配備了通氣錐，通氣錐整體采用不銹鋼制造，其功能部件(內襯)采用燒結金屬。燒結金屬與不銹鋼殼體組成環形空間，氮氣先進入環形空間，再通過燒結金屬進入罐內。粉煤放料罐通氣錐通入高壓氮氣，既用于放料罐底部粉煤的流化防止架橋，又用于放料罐的充壓。

3.3.3 笛管 為加大粉煤放料罐的充壓速度，減少放料罐的充壓時間，并防止粉煤在罐體中部架橋，在放料罐的中部，對稱安裝了四支通氣的笛管。之所以稱之為笛管，是因為其形狀酷似笛子。笛管采用不銹鋼制作，“笛膜”采用燒結金屬制作。高壓氮氣先進入笛管，再通過“笛膜”進入罐內。

4 消除架橋的方法

4.1 粉煤給料破橋程序 粉煤放料罐低料位信號出現之前給料充裝計時器已走完則自動執行拆橋程序兩次。如果兩次拆橋后粉煤放料罐低料位仍不出現，停止程序并發出報警，順控進入拆橋程序，拆橋兩次后如果粉煤放料罐低料位仍不出現，則順控在拆橋程序中等待，可以點擊“超馳”使順控繼續走下去，或點擊“重新拆橋”，再運行拆橋程序兩次。

破橋程序：粉煤放料罐與粉煤給料罐完全隔離后，用充氣錐、笛管和管道吹掃器的高壓氮氣進行充壓，充壓50s后打開下料閥門，然后打開平衡閥，利用兩個罐子的差壓進行破橋。如果粉煤放料罐低料位信號出現，則下料順控進入下一步。

4.2 手動破橋 在破橋程序無法成功破橋時必須采用手動破橋來解決，可以手動充壓粉煤放料罐，使之與粉煤給料罐的壓差增至0.3mpa-0.4mpa。如果判斷為兩罐平衡管線堵塞，還可以在充壓后先聯通平衡管線以達到破除平衡管的目的。

5 粉煤放料罐架橋原因總結及發生架橋時的處理方法

5.1 粉煤給料罐架橋發生的原因主要有以下幾點

a)粉煤中水分含量過高，應該將水分控制在5%以內。

b)粉煤粒度大小的影響，粉煤粒度應該在大于90μm所占比例小于30%，粒度小于10μm所占比例小于10%。

c)在設備應用上避免架橋的產生：采用燒結金屬材料的通氣錐、管道吹掃器、笛管。

5.2 產生架橋時的解決方法

a)啟動破橋程序，利用對粉煤放料罐充壓產生對粉煤給料罐的壓差來消除破橋。

b)手動干預的方式對粉煤放料罐進行充壓，使之與粉煤給料罐的壓差增至0.3mpa-0.4mpa。如果為兩罐平衡管線堵塞則優先聯通平衡管線。