魯奇氣化爐灰箱、煤箱下閥泄漏的原因分析及技術改造

周學東

(云南解化清潔能源開發有限公司解化化工分公司，云南開遠 661600)

云南解化清潔能源開發有限公司解化化工分公司使用的魯奇氣化爐是20世紀30年代的第一代爐型，于1965年開始建設，1971年后整個系統先后陸續試車，1974年正式投產，隨后又陸續安裝氣化爐共16臺，后來化學工業第二設計院對其進行過一次較大的技術改造，但運行過程中仍有一些不合理的地方有待改進。其中，閥芯和閥座的密封性能直接影響到氣化爐長周期穩定運行。

單臺氣化爐原設計粗煤氣生產體積流量為7 500 m3/h，原始開車采用火把點火、空氣升溫操作技術，煤箱下閥閥座原采用4塊壓塊固定，而灰箱下閥座原采用橡皮圈密封。1995年，氣化爐點火方式改用蒸汽升溫、氧氣點火，優化了點火升溫操作工藝，并提高工作效率。

2015年和2019年，分別對煤箱下閥閥座和灰箱下閥閥座進行改造，有效提高了氣化爐運行周期和安全性能，并完成了夾套蒸汽回收改造工作，蒸汽流量、氧氣流量、汽包液位操作實現自動控制，加煤程序實現了自動化。完成氣化爐蒸汽流量低聯鎖、超壓聯鎖、灰頸溫度高聯鎖、夾套與爐內壓差高聯鎖、急停聯鎖等多項安全控制措施，有效保障了氣化爐的安全生產。在利用二氧化碳代替部分水蒸氣的氣化技術中，有了較大提升，單爐加燒二氧化碳體積流量為600～800 m3/h，總體積流量最高達到10 000 m3/h，粗煤氣一氧化碳體積分數由11%～15%上升到18%～19%，運行工況正常，不但節省部分水蒸氣，而且減少了污水處理量和生產成本。

通過對魯奇氣化爐的灰箱和煤箱下閥使用情況進行了分析和總結，以及針對如何提高裝置的長周期運行，提出改進措施。

1 灰箱

1.1 工作原理

灰箱是一個壓力容器，氣化爐正常運行時，在關閉灰箱充/卸壓閥、灰箱下閥、下灰自動閥的情況下，煤氣化產生的煤灰渣由爐條機帶動氣化爐灰盤排入灰箱，此時灰箱壓力為2.4 MPa，溫度為400 ℃左右，2 h后灰箱裝滿，停氣化爐爐條機，關閉灰箱上閥，打開灰箱卸壓閥，灰箱卸壓至常壓時關閉卸壓閥，打開灰箱下閥、下灰高壓水自動閥,待爐灰排完后，關閉灰箱下閥、下灰高壓水自動閥，打開充壓閥用中壓蒸汽充壓，當壓力升至與爐內壓力平衡時，關閉充壓閥，打開灰箱上閥，啟動爐條機進入下一個循環工作。制造灰箱時廠家為了減少灰渣對灰箱內壁的磨損和腐蝕，在灰箱內壁加焊一層耐高溫、耐腐蝕的材料[1]。

1.2 灰箱下閥存在的問題

近幾年來，由于裝置的改造，使氣化爐的生產負荷增加；同時，原料煤質較差、灰分含量高、石塊較多，使得氣化爐的排灰等工藝操作時間縮短，閥芯動作頻繁，灰渣等磨損和沖刷加劇而導致內漏，造成灰箱下閥內漏導致停車。

灰箱下閥原設計小閥座材質為丁晴橡膠(橡皮圈)，設計工作溫度為400 ℃，灰箱工作壓力為2.3 MPa,介質為灰渣和蒸汽，原閥芯材質為45#，灰箱下閥閥體與大閥座之間由法蘭連接，僅有4顆M36螺栓，若有1顆螺栓出現異常或檢修人員在更換橡皮圈過程中有1顆螺栓絲牙未帶滿，都會發生泄漏，易引起著火爆炸事故，且橡皮圈老化較快，如果遇到橡皮圈突然損壞，就會有大量灰渣和蒸汽噴出，容易引起著火事故。改造前灰箱下閥結構見圖1。

1—閥桿；2—閥芯；3—橡皮圈；4—螺母。

1.3 改造措施

對原來灰箱下閥經常被沖刷、易損壞的部位進行改造，將原來的橡皮圈改為硬質合金材料，閥芯和閥座材質都選用20MnMo堆焊。硬質合金耐磨、耐沖刷性能好，抗沖擊力強,具有高的熱強度和良好的高溫性能，無熱脆性，可在600 ℃以下使用[2]。用不銹鋼壓環連接在閥體和閥座中間，上面與閥體焊接在一起，下面壓緊閥座。采用R412焊條，焊前預熱溫度為200～250 ℃，焊接過程中溫度不得低于預熱溫度，并盡可能一次焊完，焊后采取保溫措施緩冷[3]。閥體與大閥座法蘭連接螺栓由原設計的4顆增加至12顆，運行周期及密封安全性能得到明顯提高，還消除了容易著火泄漏的風險，提高了使用周期。改造后灰箱下閥結構見圖2。

1—閥桿；2—閥芯；3—不銹鋼壓環；4—閥座。

通過更換閥芯、閥座的材質，可以提高灰箱下閥的關閉速度，增大關閉時產生的沖擊力，可以將閥芯和閥座間存在的灰渣壓碎,進而關嚴灰箱下閥?；蚁湎麻y關閉時，應多次試關，并應聽到清脆的金屬撞擊聲[4]。改造后，延長了下閥的使用壽命，減少了因為下閥內漏造成氣化爐停車的被動局面；減少了計劃外檢修，也節約了成本，為生產帶來了良好的經濟效益。

2 煤箱

2.1 工作原理

煤箱是一個壓力容器，煤箱一個加煤循環約30 min，氣化爐正常運行時，在關閉煤箱充/卸壓閥、煤箱下閥的情況下，煤箱內壓力為常壓，煤經煤倉溜槽、插板閥、煤箱上閥進入煤箱，當往爐內加滿煤后，關閉煤箱上閥，打開煤箱充壓閥，利用氣化爐自產煤氣充壓，通過現場壓力表顯示煤箱壓力與爐內壓力平衡時(壓力為2.4 MPa、溫度為100 ℃)，打開煤箱下閥，煤靠重力加到爐膛內。當煤加完后關閉煤箱下閥，打開煤箱卸壓閥卸壓，當煤箱卸壓至常壓時，關閉卸壓閥，重新加煤進入下一個加煤循環[1]。

2.2 煤箱下閥存在的問題

(1)氣化爐煤箱下閥在加煤過程中經常出現卡塞現象，尤其是煤質發生變化、煤塊粒度加大時，卡塞現象更加突出，需要操作人員現場手動操作煤箱下閥加煤。因此，當多臺氣化爐同時卡塞時操作人員無法應對，卡塞嚴重時需要停爐處理，在加大了操作人員勞動強度的同時，開停爐增加蒸汽消耗量及煤氣放空量，造成經濟損失。

(2)目前，氣化爐所用煤塊粒度在10～90 mm，破碎機破碎時產生的粉煤較多，而大量粉煤進入氣化爐后容易導致氣化爐結塊、爐溫升高，需要停爐熄火清理，嚴重時直接導致爐內灰盤燒壞，需要進行大修更換灰盤等，增加檢修費用。

2.3 原因分析

煤箱下閥所用閥座內徑為300 mm，閥桿直徑為60 mm，加煤通道僅為120 mm，通常煤塊粒度控制在10～90 mm，2種粒度稍大的煤同時進入便會導致卡塞，還有固定小閥座上的壓塊容易脫落，導致停爐。

2.4 改進措施

為了減少煤粉，節約成本，需要加大煤塊粒度。針對上述問題及原因分析可對煤箱下閥進行改進：

煤箱下閥小閥座內徑由300 mm加大至340 mm，原設計的4件壓塊固定小閥座改為壓蓋，8顆螺栓固定壓蓋，使壓蓋不容易脫落，可以延長運行時間。

改造后煤箱下閥裝配圖見圖3。具體零部件見圖4～圖7。

1—閥芯；2—小閥座壓蓋；3—大閥座；4—小閥座。

圖4 煤箱下閥大閥座

圖5 煤箱下閥閥芯

圖6 煤箱下閥小閥座

圖7 煤箱下閥小閥座壓蓋

2.5 方案優點

煤箱下閥小閥座原設計采用4塊壓塊，加上4顆M24螺栓固定，壓塊壓緊小閥座，小閥座又壓緊大閥座，小閥座與大閥座之間用纏繞墊密封。螺栓、壓塊都容易掉落，無法起到密封作用，導致煤箱下閥泄漏。現將壓塊改為壓蓋，用8顆M20螺栓固定后，纏繞墊不容易散，壓蓋也不容易脫落，可以延長煤箱下閥的使用周期。改造前一般100多天更換1次煤箱下閥，改造后只需要1年更換1次;另外,煤箱下閥小閥座內徑由300 mm加大至340 mm也減小了堵塞概率。

3 經濟性分析

一般情況下，煤箱和灰箱下閥的檢修費用每次約9 000元，人工費約400元。改造前每年檢修3次；改造后每年檢修1次，按檢修費和人工費計算，每年每臺魯奇氣化爐可以節約18 800元。因此，云南解化清潔能源開發有限公司解化化工分公司16臺氣化爐1年共節約300 800元左右。

4 結語

2017年因煤箱下閥和灰箱下閥漏氣共停爐檢修10多次，造成經濟損失達220 000元。自2019年對10臺氣化爐的下閥進行改造后，沒有發生因漏氣而停爐檢修的情況。通過改造，延長了下閥的使用壽命，減少了因為下閥內漏造成生產停車的被動局面。氣化爐裝置實現了長周期、穩定運行，為以后裝置運行提供了良好的基礎，也帶來了良好的經濟效益。