粉煤鎖斗運行架橋問題的探討與分析

劉 星, 尹 興

(黔希煤化工投資有限責任公司, 貴州畢節 551500)

粉煤鎖斗(V1602)為交變壓罐，連接高低壓設備,通過高低壓切換進行粉煤鎖斗進料、充壓、下料、泄壓循環操作,從而保證粉煤給料罐(V1603)內有足夠的粉煤輸送至氣化爐滿足生產要求。煤粉鎖斗在下料過程中頻繁出現架橋導致下料不暢，若判斷和處理不及時將導致裝置運行過程中煤線煤量的波動、氣化爐降低負荷，嚴重時可能導致粉煤給料罐料位無煤粉，氣化爐跳車的風險。

1 操作工藝流程

利用粉煤鎖斗的間歇性操作來實現粉煤的連續加壓輸送。將粉煤從常壓粉煤貯罐(V1601)送入粉煤鎖斗，粉煤鎖斗升壓后又將粉煤送入高壓的粉煤給料罐。粉煤鎖斗交替進行降壓進煤、升壓送煤，從而保證粉煤給料罐在壓力約4.7 MPa下連續不斷地將粉煤供應至粉煤燒嘴。

在一次加料過程中，常壓粉煤貯罐內的粉煤通過重力作用進入粉煤鎖斗。粉煤鎖斗內充滿粉煤后，即與粉煤貯罐及所有低壓設備隔離。通過高壓氮氣(HN)或高壓二氧化碳(HNC)對粉煤鎖斗進行加壓，當壓力升至與粉煤給料罐壓力相同，且粉煤給料罐內的料位降低到足以接收一批粉煤時，打開粉煤鎖斗與粉煤給料罐之間的平衡閥(16XV1126、16XV1127)進行壓力平衡，然后依次打開粉煤鎖斗和粉煤給料罐之間的2個切斷閥(16XV1131、16XV1132)，粉煤通過重力作用進入粉煤給料罐。粉煤鎖斗卸料完成后，通過2次泄壓，將氣體排放至粉煤貯罐過濾器(S1601)，泄壓完成后重新與粉煤貯罐壓力平衡后連通；此時，一次加料完成，系統具備下一周期加料條件(見圖1)。

粉煤鎖斗加壓是通過充入HNC(開車時為HN)完成的，HNC經充氣錐、充氣笛管、管道充氣器和鎖斗高壓過濾器(S1602)直接進入粉煤鎖斗。為了保證到燒嘴的粉煤流量的穩定，在粉煤給料罐和氣化爐之間通過控制粉煤給料罐的壓力保持一個恒定的壓差(0.7～0.8 MPa),該壓差的設定值取決于氣化爐的負荷。

2 架橋原因

(1) 粉煤鎖斗是交變壓設備，其內部材質的選型對粉煤是否容易掛壁等起關鍵作用，在考慮國家標準的基礎上還考慮耐磨且光滑不易使顆粒物掛壁的材質，碳鋼的摩擦因數最大，其次是不銹鋼，鋁合金的摩擦因數最小(內壁涂富環氧樹脂漆增加光滑度)。

(2) 粉煤鎖斗充氣笛管、管道充氣器、充氣錐(外Q345R、內件S31603)安裝不牢固脫落，或充壓速率過快，內外壓差高導致變形，以及粉煤鎖斗錐度、笛管安裝位置的角度均勻性差均會引起堵塞架橋。

(3) 粉煤貯罐過濾器反吹運行不正常和伴熱溫度過低導致粉煤粘糊濾袋或掛壁成團，等粉煤鎖斗再次泄壓時將成團粉煤吹落進入粉煤鎖斗內引起堵塞架橋。

(4) HNC氣體中含油、含水、含硫量高，進入粉煤鎖斗充壓時浸濕煤粉被壓實成團成塊或硫析出堵塞燒結金屬孔隙導致充壓不均。

16XV1125—粉煤鎖斗頂部加壓閥；16LT1105—粉煤給料罐料位計；16XV1124—粉煤鎖斗微調壓力切斷閥；16TT1103—溫度計；16LS1103—粉煤鎖斗低料位計；16PV1116—粉煤鎖斗壓力微調閥；S1605—二氧化碳過濾器；16PDC1104—管道充氣器內外壓差；16PDC1117—溫度計；16XV1122—粉煤鎖斗第Ⅰ階段泄壓閥；16XV1128—管道充氣器煤粉疏松閥；16XV1130—粉煤鎖斗充氣錐煤粉疏松閥；16XV1129—粉煤鎖斗充氣笛管充壓閥；16PV1102—粉煤鎖斗充氣笛管調節閥。

(5) HNC節流冷凝，正常生產過程中高壓二氧化碳儲罐(V1901)壓力>6.0 MPa、溫度為88 ℃左右，經高壓二氧化碳調節閥(19PV-X002AB和19PV-X003AB)減壓至4.9 MPa給煤粉鎖斗充壓。煤粉鎖斗在高壓狀態時壓力為4.7 MPa，在泄壓至常壓狀態過程中，HNC氣體易制冷，使空氣中的水汽凝結，與泄壓過程中帶出的煤粉混合致使煤粉變得潮濕，黏結成塊。

(6) 粉煤鎖斗充壓完畢后等待下料的時間過長，造成粉煤堆積壓實。

(7) 粉煤粒度過細或過粗都會導致鎖斗下料不暢。若粒度大于90 μm的粉煤顆粒在粉煤中占比較大，粉煤會在粉煤鎖斗出料口相互支撐架橋，導致粉煤鎖斗下料不暢。而若小于10 μm的粉煤顆粒在粉煤中占比較大，粉煤的比表面積增大，大量的粉煤黏附在粉煤鎖斗器壁上，導致粉煤鎖斗下料不暢[1-2]。

(8) 根據順控設計、設備結構及抗壓強度不同，開閥充壓順序為粉煤鎖斗頂部、上部、錐部、下部；同時，也根據粉煤給料罐料位變化情況來決定充壓的速率，按充壓速率[2]可分為低速、正常、快速，粉煤鎖斗充壓的位置與速率不同會導致含水量和細粉濃度不同程度地增加，粉煤架橋的概率顯著升高。

(9) 粉煤鎖斗與粉煤給料罐壓差不平衡，阻力大于煤粉的重力；粉煤鎖斗下料不徹底，反復堆積壓實；粉煤含水量過高易壓實成團成塊。

3 粉煤鎖斗架橋判斷

粉煤鎖斗架橋即下料不暢或堵塞，提前研判出粉煤鎖斗架橋是贏得除橋最關鍵的時間節點。

(1) 粉煤鎖斗下料正常情況下，粉煤給料罐料位計、溫度計(16TT1103、16PDT1117)曲線出現波峰拐點(每次下料用時約12 min)和管道充氣器內外壓差大于零及粉煤鎖斗低料位計波動頻繁后逐漸降低其值小于2%，在等待操作人員判斷下料完(等待2 min)，點擊粉煤鎖斗下料結束，開始泄壓。一次泄壓從最高壓力泄至2.0 MPa大約需要3 min,二次泄壓從2.0 MPa泄至0.2 MPa大約需要4 min，平衡粉煤鎖斗進料結束大約需要2 min，粉煤鎖斗隔離正常充壓大約需要27 min；快速泄壓大約需要7 min(開粉煤鎖斗壓力微調閥和泄壓閥同時泄壓)，快速充壓大約需要8 min(粉煤鎖斗所有充壓閥全開)；則粉煤鎖斗正常循環時間約36 min，最短循環時間約17 min。在粉煤鎖斗下料結束，粉煤給料罐料位、溫度升至最高曲線平衡保持時間約35 min后曲線開始降低至正常下料料位顯示值65%左右。

(2) 粉煤鎖斗下料不暢的判斷依據：粉煤給料罐料位、粉煤給料罐溫度無明顯上升趨勢，粉煤鎖斗低料位無明顯波動后逐漸降低，粉煤給料罐在進料過程中溫度計(16TT1103、16PDC1117)曲線未出現波峰拐點，以及管道充氣器內外壓差小于零且波動頻繁，粉煤給料罐進料約3 min就可以判斷出粉煤鎖斗下料情況；如果下料不暢，則啟動除橋。

4 除橋方法

(1) 崗位操作人判斷出架橋后第一時間啟動程序除橋一次，若程序除橋無效果則啟動手動除橋。

(2) 手動除橋方法。

① 當鎖斗架橋時，通過關閉粉煤鎖斗與粉煤給料罐平衡閥16XV1127與粉煤鎖斗卸料閥16XV1131，打開粉煤鎖斗充氣錐煤粉疏松閥與管道充氣器煤粉疏松閥加大氣量對粉煤鎖斗進行疏松除橋，除橋20 s后，打開粉煤鎖斗與粉煤給料罐平衡閥16XV1127與粉煤鎖斗卸料閥16XV1131，關管道充氣器煤粉疏松閥，判斷鎖斗下煤情況。如果下煤還是不暢，也可在上述操作中，再打開粉煤鎖斗充氣笛管充壓閥與粉煤鎖斗充氣笛管調節閥，粉煤鎖斗充氣笛管調節閥手動將閥位開至20%，進行除橋。

② 粉煤鎖斗微泄壓再充壓除橋下料，將粉煤鎖斗安全隔離后，手動開粉煤鎖斗第Ⅰ階段泄壓閥泄壓，將粉煤鎖斗壓力降低0.5 MPa左右關閉粉煤鎖斗第Ⅰ階段泄壓閥后充壓再次下料；或在粉煤鎖斗第Ⅰ階段泄壓閥關閉后開粉煤鎖斗微調壓力切斷閥、粉煤鎖斗壓力微調閥再開管道充氣器煤粉疏松閥、粉煤鎖斗充氣錐煤粉疏松閥、粉煤鎖斗充氣笛管充壓閥疏松，當粉煤鎖斗壓力與粉煤給料罐壓力相近時關充壓閥開連通閥、下料閥,觀察下料情況，若還未除橋成功應及時聯系值班人員和調度氣化爐準備減負荷。

③ 應急壓差除橋[1]由于風險高，建議在領導指揮下操作。粉煤鎖斗架橋下煤不暢除橋后，仍下煤不暢,粉煤給料罐料位低出現時，可用此方法。第一種是粉煤給料罐壓力高于粉煤鎖斗壓力：將粉煤鎖斗和粉煤給料罐隔離，將分程控制器壓差設定在0.8 MPa，達到設定值后開粉煤鎖斗卸料閥16XV1131、粉煤鎖斗與粉煤給料罐之間的平衡閥16XV1126或打開粉煤鎖斗第Ⅰ階段泄壓閥，粉煤鎖斗泄壓，待粉煤鎖斗與粉煤給料罐壓差(16PDT1119)到0.18 MPa時關閉粉煤鎖斗第Ⅰ階段泄壓閥，依次打開粉煤鎖斗與粉煤給料罐之間的平衡閥16XV1126、粉煤鎖斗卸料閥16XV1132、粉煤鎖斗卸料閥16XV1131，用粉煤給料罐高出的壓力頂粉煤鎖斗架橋的粉煤。第二種是粉煤給料罐壓力低于粉煤鎖斗壓力：將粉煤鎖斗和粉煤給料罐隔離，關粉煤鎖斗卸料閥16XV1131、粉煤鎖斗與粉煤給料罐之間的平衡閥16XV1126，開管道充氣器煤粉疏松閥、粉煤鎖斗充氣錐煤粉疏松閥，將粉煤鎖斗充壓，當粉煤鎖斗壓力高于粉煤給料罐壓力0.15 MPa左右時關充壓閥開粉煤鎖斗卸料閥16XV1131、粉煤鎖斗與粉煤給料罐之間的平衡閥16XV1126下料，再開粉煤鎖斗頂部加壓閥加壓下料。

5 預防措施

(1) 在開車前要求廠家和儀表工重新校對標定料位計，并對工藝人員進行培訓，同時加大員工對料位計準確性的判斷和風險辨識。

(2) 加強對煤粉的粒度、含水量[3]的監控，及時調整磨煤系統。水分質量分數要求<1.5%，取決于磨煤機的負荷及原煤中的含水量，可適當減負荷以滿足含水量要求；粉煤細度要符合指標，即5～90 μm的粉煤顆粒在粉煤中的質量分數大于78%，粒度分布應合理，不可太細，否則流動性差。必要時可以適當降低粉煤細度，以提高其流動性。

(3) HNC輸送需要考慮節流降溫效應，煤鎖斗充壓所用二氧化碳壓差過大則節流降溫明顯，導致煤鎖斗中的粉煤溫度較低從而架橋，適當提高二氧化碳溫度[3]，二氧化碳溫度應大于85 ℃，保證粉煤溫度大于90 ℃。

(4) 加強粉煤輸送系統及粉煤貯罐等的伴熱系統和磨煤機出口溫度控制(107～109 ℃)，保證粉煤溫度大于85 ℃。

(5) 降低HNC氣體中油、H2S含量，定期開高壓二氧化碳貯罐底部導淋排放。若堵塞嚴重，需要停車處理。

(6) 嚴格遵守充壓方式和充壓速率，不正確的充壓習慣也會導致粉煤壓實堵塞,2套粉煤鎖斗錯開充壓，在二氧化碳壓力允許的情況下快速充壓連通，為除橋爭取更多的處理時間。

(7) 嚴格遵守順控除橋方法，必要時可以用充氣錐吹掃，或稍降低粉煤鎖斗壓力后再次充壓下料，根據氣化爐負荷、上次接料質量計算下料時間及粉煤給料罐料位溫度等綜合判斷下料。

(8) 在粉煤鎖斗低料位出現時，程序結束下料，保持手動再下料2 min,保證粉煤鎖斗錐部無殘余粉煤。

6 優化措施

(1) 將二氧化碳壓縮機口管接至高壓氮氣預熱器(E1902)加熱二氧化碳后再使用，及至粉煤鎖斗和粉煤給料罐二氧化碳管線加伴熱[4]并保溫。

(2) 每次檢查需將充氣錐、管道充氣器燒結金屬取出檢查積粉及變形情況，下料連通時開粉煤鎖斗充氣錐煤粉疏松閥、粉煤鎖斗充氣笛管充壓閥短暫流化破壞粉煤的安息角預防下料時出現除橋。

(3) 粉煤鎖斗充壓使用的二氧化碳摻混氮氣或純氮氣，氮氣的制冷效果比二氧化碳差，加入氮氣后有效地降低了氣體減壓時水汽的凝結，減少煤粉的潮濕度和降低粉煤板結的可能性。

(4) 在粉煤鎖斗的內部設置環繞式笛管、笛管上均勻鉆孔、固定笛管元件光滑及笛管盡量靠壁固定減少接觸面，通過笛管內部的HNC吹掃，使鎖斗內部煤粉處于懸浮沸騰狀態，可有效避免煤粉的掛壁架橋、結塊等現象，從而保證粉煤鎖斗連續、穩定下料。

(5) 將粉煤鎖斗頂部加壓閥路充壓管線改接在高壓二氧化碳過濾器出口除去HNC中的雜物和在管道充氣器煤粉疏松閥加旁路管線，優化順控，即在粉煤鎖斗進料時旁路一直流化疏松防止粉煤鎖斗進料時及殘余煤粉的壓實。

7 結語

通過優化預防措施和嚴格控制粉煤的各項工藝參數，并嚴格遵守安全操作規程，確保粉煤鎖斗在循環下料時通暢，消除影響裝置安穩長滿優運行的不穩定因素，有助于裝置實現安全、效益的雙收益。