馬 鐵 丁建平 鄭 帥 呂俊博 安 碩

（航天長征化學(xué)工程股份有限公司)

粉煤氣化裝置中撈渣機(jī)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行分析

馬 鐵*丁建平 鄭 帥 呂俊博 安 碩

（航天長征化學(xué)工程股份有限公司)

分析了粉煤氣化裝置中撈渣機(jī)的運(yùn)行情況，以及采用 “三高煤”為原料氣化時撈渣機(jī)的設(shè)計(jì)選型和優(yōu)化，并有針對性地提出了設(shè)計(jì)改進(jìn)建議。

粉煤 氣化 撈渣機(jī) 三高煤 氣化爐 爐渣

0 前言

航天長征化學(xué)工程股份有限公司的粉煤加壓氣化技術(shù)中采用的撈渣機(jī)，一般與電廠使用的撈渣機(jī)相類似。這種撈渣機(jī)主要由驅(qū)動裝置、刮板鏈條、殼體、貯水槽、疏水篩和控制系統(tǒng)組成[1]。本文針對航天粉煤氣化技術(shù)液態(tài)排渣的工藝要求，以及運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，對撈渣機(jī)的設(shè)計(jì)選型進(jìn)行優(yōu)化，對設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)，從而保證了工藝流程中上下游工藝的穩(wěn)定性，提高了粉煤氣化裝置的運(yùn)行可靠度。

1 粉煤氣化裝置中撈渣機(jī)的工況分析及設(shè)計(jì)要求

加壓輸送的粉煤在氣化爐內(nèi)與氣化劑 （蒸汽稀釋的氧）在高溫高壓下發(fā)生部分氧化反應(yīng)，生成合成氣 （主要為CO及 H2）和液態(tài)渣 （熔渣）。氣化爐內(nèi)的燃燒溫度為1520℃，壓力為4.0 MPa(G)。熔渣經(jīng)激冷環(huán)及下降管被水激冷后，沿下降管被導(dǎo)入激冷室的水浴，熔渣迅速固化，合成氣被水飽和。激冷后固化的熔渣為玻璃狀顆粒，絕大部分迅速沉淀。通過破渣機(jī)和渣鎖斗的作用，并利用渣鎖斗緩沖罐內(nèi)的水將固化的熔渣定期排至撈渣機(jī)中。

渣鎖斗中的渣水每隔30 min排入撈渣機(jī)渣池一次，每次持續(xù)時間大約為2 min。因此渣池前倉在短時間內(nèi)，會積貯大量的爐渣和渣水。這些爐渣是煤中灰分和少量未燃盡碳在熔融狀態(tài)下經(jīng)水激冷而形成的固體顆粒。循環(huán)使用的激冷水即為過濾后的灰渣水，其 pH 值為 6.5～9.0，并溶有微量的CO、CO2、H2S、NH3（有氣味）等氣體和其它金屬離子以及銨鹽、甲酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、硫化物等。磨蝕性較強(qiáng)的爐渣和腐蝕性較強(qiáng)的灰渣水，其排泄時的沖刷作用和滑動時的磨蝕作用都較強(qiáng)。因此，在撈渣機(jī)的渣池前倉進(jìn)口必須有耐沖刷措施，在渣倉底部必須有耐磨蝕措施，所有與渣水及其蒸汽接觸的構(gòu)件都必須有耐腐蝕措施。撈渣機(jī)要在最多25 min內(nèi)將排入渣池的爐渣撈出。隨渣一起排泄的灰渣水和部分未沉降的細(xì)渣溢流到撈渣機(jī)渣池后倉，由渣池泵抽出并送入凈化單元。

對于灰含量高的煤，撈渣機(jī)的設(shè)計(jì)選型就顯得更加重要。首先，要考慮固體渣對設(shè)備殼體的沖刷、磨損；其次，要考慮到大量的沖洗水是間歇流下來的，因此撈渣機(jī)貯水倉的貯水能力要足夠；再次，要考慮激冷水的酸性，選用合適的設(shè)備材料；最后，要重視刮板鏈條的材質(zhì)選擇，這是至關(guān)重要的[1]。

2 粉煤氣化裝置中撈渣機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)

航天粉煤氣化技術(shù)是適應(yīng)于各種煤質(zhì)條件的氣化技術(shù)，隨著優(yōu)質(zhì)煙煤的價格上漲，現(xiàn)在已更多地應(yīng)用到以蒙東褐煤、晉城 “三高煤”為原料的煤氣化項(xiàng)目中。同時，隨著航天粉煤氣化技術(shù)2000 t級爐型的成熟及其應(yīng)用越來越廣，對撈渣機(jī)的處理能力要求也更大。下面以晉城 “三高煤”為例，介紹撈渣機(jī)的設(shè)計(jì)選型過程，相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1、表2所示。

表1 撈渣機(jī)進(jìn)料參數(shù)

應(yīng)當(dāng)說明，設(shè)計(jì)參數(shù)粗渣進(jìn)料量為6566 kg/h，這是考慮了當(dāng)?shù)孛嘿|(zhì)在氣化反應(yīng)后粗渣的最大生成量；進(jìn)水量確定為64 227 kg/h，是綜合考慮了上游設(shè)備鎖斗沖洗水緩沖罐的容積和沖洗過程中料位的變化。

3 粉煤氣化裝置中撈渣機(jī)的故障分析

粉煤氣化裝置在運(yùn)行過程中，由于設(shè)備尺寸選擇、煤質(zhì)變化和部件材質(zhì)等方面的設(shè)計(jì)和非設(shè)計(jì)原因，撈渣機(jī)常發(fā)生殼體腐蝕、傳動裝置卡殼、減速機(jī)損壞和負(fù)荷不能滿足排渣要求等問題，具體情況如下。

表2 典型渣成分

（1）撈渣機(jī)負(fù)荷太小。由于原料煤的灰分含量變化較大，造成每次排渣的量變化較大，以致在撈渣過程中無法將渣撈干凈，出現(xiàn)撈渣機(jī)前倉堆積固渣的問題。

（2）渣中灰分的成分和粒徑對于鏈條、軸承和齒輪的磨損影響較大，也會導(dǎo)致鏈條的長度發(fā)生變化。運(yùn)行一段時間后，撈渣機(jī)的上升段和斜交段會出現(xiàn)卡鏈和折疊的情況，還會出現(xiàn)輸送能力不夠、刮板拉斜等現(xiàn)象，需要將鏈條拆除部分鏈節(jié)，才能滿足鏈條張緊度的要求。

（3）由于氣化爐負(fù)荷變化較大，在煤質(zhì)變化較大的情況下，會出現(xiàn)大塊的渣，這時需要增加鎖斗沖洗水緩沖罐的沖洗水量和沖洗頻率。當(dāng)大量的沖洗水進(jìn)入撈渣機(jī)后，撈渣機(jī)的負(fù)荷增大，就會出現(xiàn)過載、斷鏈和減速機(jī)損壞等故障。同時，由于沖洗水量大，貯水倉的容積不夠，因而導(dǎo)致?lián)圃鼨C(jī)集渣過程中發(fā)生向外溢流的現(xiàn)象。

（4）撈渣機(jī)頂部的斜交段在氣化爐激冷后，其水溫為76℃，同時渣鎖斗屬于壓力交變設(shè)備，因此在下料過程中會發(fā)生閃蒸，出現(xiàn)不凝性氣體，容易造成環(huán)境污染、氣體積聚等危險(xiǎn)。

（5）在撈渣機(jī)的出口處，一般設(shè)置有暫存罐和電動閘板閥。撈上的渣和水暫存于暫存罐中，直到運(yùn)渣車到后，才打開電動閘板閥，將渣排放至車上運(yùn)走。撈出的渣含有40%～50%的水分，在渣的運(yùn)輸和輸送過程中會出現(xiàn)水分遺灑。在冬季溫度低時，水分結(jié)冰凍結(jié)在車輛或輸送皮帶上，會影響連續(xù)生產(chǎn)。

4 設(shè)備選型和工藝優(yōu)化

（1）在設(shè)備采購數(shù)據(jù)表編制過程中，在撈渣機(jī)的前倉容積設(shè)計(jì)計(jì)算時需考慮灰含量大的校核煤種的工況，適當(dāng)提高前倉的容積?？紤]到進(jìn)料量的變化，應(yīng)提高刮板能力，故采用變頻電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，這樣就可以滿足鎖斗的泄料量突然增加到最大時的極端工況，減少前倉的渣的堆積。

（2）為了適應(yīng) “三高煤”硬度大、酸性灰含量高的特性，采購中要求撈渣機(jī)廠家在機(jī)械設(shè)計(jì)時對設(shè)備采用的材料進(jìn)行表面調(diào)質(zhì)處理；對傳動鏈條和拖動鏈條采用高強(qiáng)度合金鋼并進(jìn)行滲碳處理，以提高鏈條、刮板部件的耐磨性。為了防止固渣從鎖斗直接落到前倉底部對設(shè)備底部造成磨損，影響撈渣機(jī)使用壽命，需要在設(shè)備內(nèi)部設(shè)計(jì)安裝防沖蝕和磨蝕的耐磨襯板。

對于撈渣機(jī)鏈條和導(dǎo)輪的沖洗，要確保沖洗效果，保證鏈條表面清潔，因此需將撈渣機(jī)的沖洗水水源改為一次水，將沖洗水的入口由一處改為兩處，確保提升段的鏈條不被二次污染。撈渣機(jī)的驅(qū)動鏈輪和驅(qū)動輪下方的槽體內(nèi)部用一次水進(jìn)行沖洗，以確保撈渣機(jī)回程和下槽體的鏈條清潔，延長鏈條的使用壽命。

（3）由于撈渣機(jī)斜交段頂部黑水的溫度較高，因此考慮在斜交段上設(shè)置放空管道，將閃蒸不凝氣和水蒸氣引到高處放空，以減少對環(huán)境的影響。

（4）在撈渣機(jī)出口暫存罐下增設(shè)震動疏水篩，通過震動脫水將渣中的水含量由40%～50%減少到30%甚至以下，以滿足汽車運(yùn)輸?shù)囊?（按照渣的運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)，通常要求渣中的水含量小于30%）。

經(jīng)震動疏水篩收集的水由管道導(dǎo)入到撈渣機(jī)前倉?？紤]到震動疏水篩的高頻震動和渣鎖斗的交變震動，需要在結(jié)構(gòu)上設(shè)置相應(yīng)的軟連接，以減少設(shè)備間的互相影響。

5 結(jié)論

（1） 粉煤氣化裝置中的撈渣機(jī)設(shè)計(jì)時要充分考慮煤質(zhì)的影響，特別是 “三高煤”對設(shè)備本體、運(yùn)轉(zhuǎn)部件的磨蝕、腐蝕等問題。可以對設(shè)備內(nèi)壁沖水面采用內(nèi)襯玄武巖鑄石板以減少磨蝕；可在設(shè)備內(nèi)壁復(fù)合304不銹鋼材料以防止黑水腐蝕。

（2）撈渣機(jī)設(shè)備上的刮板、鏈條和導(dǎo)輪由于受粉煤磨損，需要經(jīng)常更換。因此設(shè)計(jì)采購過程中相應(yīng)的部件應(yīng)盡量采用耐磨材料加工，這樣就可以減少撈渣機(jī)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。在撈渣機(jī)設(shè)計(jì)選型中，要對采購費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行綜合考慮，獲得最佳方案。

（3）由于 “三高煤”的煤灰硬度和撈渣機(jī)內(nèi)部刮板鏈條的磨損系數(shù)無法精確計(jì)算，因此撈渣機(jī)的性能需要在粉煤氣化裝置的運(yùn)行過程中仔細(xì)觀察，在運(yùn)行過程中不斷優(yōu)化設(shè)備的設(shè)計(jì)選型。

[1]《中國電力百科全書》編輯委員會，中國電力出版社《中國電力百科全書》編輯部.中國電力百科全書：火力發(fā)電卷 [M].北京：中國電力出版社，2001.

Design and Operation Analysis of Slag Conveyor in Pulverized Coal Gasification Plant

Ma Tie Ding Jianping Zheng Shuai Lü Junbo An Shuo

The operation of the slag conveyor in the pulverized coal gasification plant is analyzed,as well as the design selection and optimization of the slag conveyor using the"tri-high coal" as raw material.And some targeted suggestions are put forward to improve the design.

Pulverized coal;Gasification;Slag conveyor;Tri-high coal;Gasification furnace;Slag

TQ 051.2

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.04.006

2016-08-20)

*馬鐵，男，1979年生，碩士，高級工程師。北京市，101111。