碎煤加壓氣化裝置灰鎖部件改造及優化

張昕光(遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司，遼寧 阜新 123000)

1 概述

碎煤加壓氣化工藝最為重要是設備就是氣化爐，灰鎖是氣化爐配套的帶壓排灰設備，其主要的組成結構就是上閥、下閥，關閉的條件之下達到嚴密性標準，不會出現滲漏的問題，從而可以使得氣化爐完成正常排灰操作。但是因為上、下閥的密封面和灰渣直接接觸，溫度比較高，工作環境比較差，同時還會出現間歇性作業的情況，導致持續性撞擊密封面部分，導致上、下閥的結構損壞較為嚴重，容易導致碎煤加壓氣化部分失穩，影響整個系統的正常運行和工作[1]。

2 灰鎖及上下閥設計結構

2.1 灰鎖

灰鎖的主要作用是把氣化爐爐篦刮下的煤灰直接排出到壓力容器中，上部與氣化爐連接，下部和灰斗連接。灰鎖外徑2 800 mm，總高4 716 mm，容積13.2 m3的壓力容器(有效容積60%～70%)。主要以圓柱形筒體的形式存在，上部和蝶形封頭連接，下部以錐形的形式存在，上下進出口部位上設置有灰鎖上下閥的結構，側面的中心管道直接連接膨脹冷凝器裝置。利用液壓系統可以控制灰鎖的運行，完成各種動作，結構如圖1所示。灰鎖技術條件及數據如表1所示。

圖1 灰鎖結構

表1 灰鎖技術條件及數據

2.2 灰鎖上閥

灰鎖上閥閥座固定直接安裝到氣化爐下部灰口和灰鎖進灰口法蘭的位置上。閥頭與閥桿使用銷子進行連接，二者有可以調節的空間，保證閥座的對中設置合格。閥桿在灰鎖導向套內進行滑動，各個支點包含四個導向塊，同時固定到導向套上。導向套通過三個支撐架直接固定到灰鎖內壁表面，利用容器之外的液壓系統進行搖臂轉動，然后帶動閥桿上下活動，可以促進閥門的啟閉。閥的接觸面采取硬密封的形式，即閥頭與閥座接觸的部位設置硬質合金密封。

2.3 灰鎖下閥

灰鎖下閥閥座法蘭的連接應用螺栓進行，和下灰口進行固定。閥頭與閥桿通過螺栓剛性連接。閥頭與閥座的連接需要采取硬密封的方式，保證密封效果合格。

3 灰鎖基本操作及注意事項

3.1 灰鎖上、下閥嚴密性試驗

(1)當灰鎖壓力泄至3.0 MPa時停止泄壓，檢測上閥是否達到嚴密性的要求，同時還要看灰鎖壓力是否會升高。如果在5 s時間內上升到0.1 MPa則說明上閥泄漏，要再次充壓、關閉操作。反之，沒有達到0.1 MPa的壓力就表示嚴密度合格；

(2)當灰鎖壓力充至1.0 MPa，停止充壓，然后檢查嚴密性，與上閥的操作方法相同。

灰鎖檢查嚴密度可以及時發現是否存在問題，需要保證在規定壓差內進行，及時檢查確定是否存在泄漏問題，如果有，及時處理可以延長使用壽命。

3.2 灰鎖膨脹冷凝器的沖洗與充水

對于灰鎖有膨脹冷凝器裝置的氣化爐，其冷凝器的充水和沖洗的方式尤為關鍵，保持正確操作才能達到應有的效果。灰鎖泄壓完畢后，按照要求及時沖洗處理，避免灰塵進入到內部造成堵塞、摩擦等損壞。沖洗結束后，把冷凝器內加水達到充滿的狀態，水量嚴格控制，這是確保灰鎖可以正常動作的關鍵操作步驟。

3.3 拉灰

如果氣化爐出口溫度超出正常范圍，灰鎖溫度不高的情況下，表示灰層厚度較大、火層上移嚴重，中控操作時應該將爐篦轉速提升，并且下拉灰層，這就是拉灰。灰鎖溫度主要是受到煤質變化所產生影響，灰鎖溫度低必然會造成灰床厚度增加。如果灰鎖長期存在低溫的情況，會出現灰鎖膨料的情況，所以要及時拉灰處理。

4 灰鎖上下閥原設計結構運行情況

碎煤加壓氣化爐，自從化工投料之后，導致氣化爐無法正常工作的因素比較大，但是最為嚴重且難以處理的就是灰鎖使用壽命短的問題，這是影響生產、經濟效益的重要因素。氣化爐事故停車的發生，多數都是因為灰鎖上下閥泄漏，造成無法排灰而出現嚴重問題，系統運行負荷增加、工作強度高、檢修工作量，產生非常嚴重的后果。

5 灰鎖及上下閥設計結構存在的問題及原因分析

(1)更換灰鎖上閥檢修工作量大，工人勞動強度高，檢修周期長、安全隱患大。

①由于灰鎖與氣化爐直接相連，上下錐閥和傳動機構在灰鎖內部，更換時必須將龐大、笨重灰鎖移除氣化爐中軸線，吊裝到另一安全位置。要拆除灰鎖周圍的鋼格板、鋼梁及與灰鎖連接所有的管件。搭腳手架、安全網、護欄等工作。

②檢修灰鎖時需要拆卸的零部件繁多，工人需要進入灰鎖內部進行拆檢零部件，由于灰鎖內部空間狹小，加之零部件多，內部環境惡劣，更換部件難度大。

③灰鎖錐閥裝配精度要求高，需要經過反復調試。

④檢修時間長，涉及高空作業、受限空間作業，經常在運行氣化爐周圍。檢修安全隱患大。

(2)灰鎖內安裝導向套的支撐架、導向套、內擺桿、傳動軸等部件的存在極易導致灰鎖彭料掛壁現象，導致灰鎖有效容積大大減小，排灰次數增加，不得已點動錐閥進行排料。加速了錐閥的磨損。

(3)灰鎖上下閥頭與高溫灰渣直接接觸未能進行有效隔離，加之灰渣中存在一定的F、CI、S、等元素存在，加速了錐閥密封面高溫氧化及熱腐蝕。

(4)由于氣化爐連續排灰，灰渣直接落地閥門上，閥門關閉時閥座與閥頭密封面之間夾雜灰渣，使閥門無法保證密封性。

氣化爐和灰鎖內4.1 MPa的蒸汽降到接近常壓的灰鎖和豎灰管過程中，速度驟然升高，原來的飽和水蒸氣因壓力降到液體臨界壓力以下而使部分液體轉換為氣體，另一部分液滴在氣體裹帶下連同一些灰分固體顆粒一道以高速度沖擊上下閥密封面，由于密封面之間存在微小灰渣，密封面上吹出1～2處很深的溝槽和一些散布的小坑導致泄漏，散布的小坑一般直徑為5 mm左右。閥座表面有類似噴砂樣的光滑表面。

導致閥頭出現損傷的主要因素是由于密封線不均勻出現的問題，所以在灰縮上會導致強度受到影響，在一定周期內給會閥門質量造成影響。由于上閥門位置特殊，在灰縮卸壓力以后，會出現化劑倒流的情況，在一定的范圍中給上閥密封座造成很大的影響。同時該過程也是上、下閥失效的一個階段。通過歸納以上問題可知，引起灰鎖閥門失效的主要因素為：高溫灰渣與錐閥長時間直接接觸引起的，導致閥門使用壽命下降。

6 解決上述問題有效措施

在灰鎖上法蘭與氣化爐下法蘭之間和在灰鎖下法蘭正下方分別加裝完全一樣一對閥門組，如圖2所示，灰鎖上下閥門組：均由一個翻版閥和一個錐閥組成。翻板閥直接與實心軸相連，實心軸另一端伸出閥組外側與由液壓缸驅動外擺桿相連。錐閥直接與閥組內擺桿相連，再通過實心軸、外擺桿與液壓缸連接。翻板閥和錐閥均由液壓驅動，可實現自動控制。在閥組兩側分別開有手孔，便于翻板閥與錐閥更換。翻板閥主要作用擋住高溫灰渣，不與錐閥密封面接觸。錐閥主要密封作用。

圖2 改造后的灰鎖

6.1 將灰鎖上下錐閥密封面與高溫灰渣進行有效隔離。

如圖2所示，灰鎖正常接灰時，灰鎖上翻板閥與上錐閥處于開位，灰鎖下翻板閥與下錐閥處于關位 ，灰鎖接灰。當灰鎖發出滿料位信號時，先關閉上翻板閥，再關閉上錐閥，灰鎖開始泄壓。氣化爐內高溫的灰渣直接落入上翻板閥上面，與上錐閥密封面進行有效隔離，防止錐閥密封面夾渣和高溫灰渣閥熱腐蝕。(同理)當灰鎖發出空料位信號時，關閉下翻板閥，再關閉下錐閥。對灰鎖進行充壓，待灰鎖壓力與氣化爐壓力平衡時，先打開上錐閥，再打開上翻板閥，灰鎖開始接灰。高溫的灰渣直接落入下翻板閥上面，與下錐閥密封面進行有效隔離，保護下錐閥密封面。有效改善錐閥工作條件，延長錐閥使用壽命。

6.2 將灰鎖內部構件全部移出灰鎖外面

將灰鎖內部導向套、閥桿、錐閥、內擺桿、實心軸及支撐裝置全部移出灰鎖，增加灰鎖有效空間，減小灰鎖彭料次數。

6.3 有效改善檢修工作環境

更換灰鎖上、下錐閥、上、下翻板閥及傳動部件只需打開手孔即可隨時更換。

6.4 更換灰鎖上、下閥大大減小檢修工作量，縮短檢修工作時間

改造前更換灰鎖上錐閥，必須移動龐大灰鎖，拆除灰鎖周圍工藝管線，進入灰鎖灰鎖內部(受限空間)進行檢修，涉及大件吊裝及受限空間作業。改造后，不用移動灰鎖及進入灰鎖內部，只需打開手孔即可隨時更換。

7 結語

通過對設備改造、設備維護兩者之間關系的分析，我們不難看出設備改造確實是一種非常有效的技術手段，而且在企業安全生產中占據非常重要的位置，因而在企業中獲得非常重要的位置，所以我們需要正確認識兩者之間的關系，改善企業設備的技術狀態。