馬 磊

（中天合創(chuàng)能源有限責任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

某大型煤炭深加工示范項目煤氣化裝置采用GE水煤漿氣化激冷工藝，單臺爐投煤量1 500 t/d，共2個系列，每個系列氣化爐5開2備。該項目于2019年10月正式運行，2020年—2021年因氧煤比高導致氣化爐停車12次，占生產(chǎn)波動總數(shù)的40%，不僅給裝置的檢修、備爐帶來較大負擔，同時也成為制約氣化爐長周期運行的關(guān)鍵因素，因此合理控制氧煤比至關(guān)重要。煤漿流量低是造成氧煤比高聯(lián)鎖停車的主要原因，為延長氣化爐運行周期，對煤漿流量低的原因進行了分析，并在2021年陸續(xù)采取一系列改進措施，現(xiàn)介紹如下。

1 水煤漿氣化工藝流程

該項目水煤漿氣化工藝采用激冷流程，示意圖見圖1。

圖1 水煤漿氣化流程示意圖

激冷流程主要分為3個單元：煤漿制備單元、氣化單元（氣化爐系統(tǒng)、合成氣洗滌系統(tǒng)、鎖斗排渣系統(tǒng)）和渣水處理單元（閃蒸系統(tǒng)、黑水處理系統(tǒng)）。來自煤漿制備單元質(zhì)量分數(shù)59%～64%的煤漿和空分裝置純度99.6%的氧氣經(jīng)氣化爐工藝燒嘴充分混合霧化后進入燃燒室，在6.5 MPa（G）、1 350℃條件下進行部分氧化反應(yīng)，生成以CO和H2為有效成分的粗合成氣。氣化爐燃燒室的高溫熱氣流和熔渣經(jīng)激冷環(huán)被灰水激冷后，沿下降管導入激冷室進行水浴，熔渣迅速固化，粗合成氣被水飽和。出氣化爐的粗合成氣經(jīng)洗滌塔除去夾帶的灰塵后，得到潔凈的粗合成氣去變換單元。在正常生產(chǎn)中，氣化爐、洗滌塔排出的高溫高壓黑水經(jīng)高壓閃蒸罐、低壓閃蒸罐、第一真空閃蒸罐和第二真空閃蒸罐回收熱量后，再進行絮凝沉淀，之后大部分灰水返回系統(tǒng)循環(huán)使用。

2 煤漿流量低原因分析

2.1 煤漿中含有雜質(zhì)

2.1.1 大顆粒雜物造成單向閥卡閥

氣化裝置磨煤機采用濕式溢流型棒磨機，研磨后的煤漿經(jīng)滾筒篩篩分，合格的水煤漿由出漿口進入磨煤機出料槽，大顆粒雜物由粗粒子口排出。滾筒篩最初用鋼條編制而成，大顆粒雜物與滾筒篩頻繁摩擦會造成篩網(wǎng)破損，導致大顆粒雜物進入煤漿，在經(jīng)過單向閥時會被閥錐面或?qū)蜃ㄗ?，造成單向閥不能正常移動，形成卡閥，導致煤漿流量減少。另外，大顆粒雜物被帶入煤漿后會導致高壓煤漿泵運行時發(fā)生墊缸，出現(xiàn)單缸不打量現(xiàn)象，也會導致煤漿流量減少。

2.1.2 高灰分、氯離子及大顆粒雜物造成單向閥磨損

2021 年原料煤灰分及氯含量見表1。

表1 2021年原料煤灰分及氯含量

根據(jù)原始設(shè)計，正常生產(chǎn)時原料煤灰分為9.97%，最高不超過15.00%，但隨著煤礦的深度開采，原料煤灰分日益升高。煤漿中含有的SiO2、Al2O3等質(zhì)地堅硬的礦物質(zhì)和其他大顆粒雜物在研磨制漿過程中會形成不規(guī)則顆粒，這些不規(guī)則顆粒在進出料閥過程中會被閥錐與閥座密封面擠壓，經(jīng)過多次擠壓和煤漿長時間沖蝕磨損后，閥錐與閥座接觸面會出現(xiàn)較大縫隙，并在煤漿沖蝕下不斷加大。另外，原煤中氯含量的上升加速了其對密封圈的侵蝕速率，造成密封面被破壞，進而導致單向閥磨損，煤漿流量減少。

2.2 進出料閥存在加工誤差、安裝不當

按照單向閥使用要求，新閥錐只能與新閥座配合使用，但是在檢修工程中，為了節(jié)省時間或降低成本，經(jīng)常將新閥錐和舊閥座配合使用，若安裝閥座時沒有將閥箱結(jié)垢完全清理干凈或?qū)蛱讻]有校正至垂直，容易造成閥錐和閥座配合不良，導致卡閥。

2.3 高壓煤漿泵入口水平管線太長

原高壓煤漿泵入口水平管線太長（約2.0 m），在煤漿輸送過程中容易發(fā)生沉積結(jié)渣現(xiàn)象，嚴重時還會將其堵塞，影響管線流通量，進而引發(fā)氣化爐氧煤比高聯(lián)鎖停車。

2.4 高壓煤漿泵隔膜破裂

當高壓煤漿泵隔膜破裂時，推進液壓油中會混入煤漿，高壓煤漿泵會出現(xiàn)單缸或多缸不打量，導致煤漿流量減少。不當?shù)墓に嚥僮鳁l件會加速隔膜破裂，影響其使用壽命：（1）煤漿中摻雜著的堅硬物質(zhì)（煤矸石、鐵屑等）會損傷隔膜。（2）隔膜兩側(cè)（一端是推進液，另一端是輸送料漿）壓差不平衡會導致隔膜破裂，如當煤漿黏度大或進料入口管道不暢通時，會造成高壓煤漿泵進料量不足，吸入壓力過低，隔膜兩側(cè)壓差過大，進而破裂；隔膜腔及推進液油管中空氣未能及時排出，氣體隨著料漿壓力的變化壓縮或膨脹，使隔膜承受的應(yīng)力增大，造成其疲勞損壞或被擊穿；出口氮氣包（蓄能器）壓力過低或過高，會造成出料壓力波動，使隔膜運行時不穩(wěn)定，加速破裂等；活塞桿密封圈失效（一是活塞長周期往復運行磨損所致，二是檢修施工不精細造成其機械式損傷），導致氣體在活塞往復運動時進入隔膜腔推進液中，使兩端壓力嚴重失衡。（3）當隔膜疲勞老化時表面會出現(xiàn)裂紋，再加上煤漿的侵蝕沖刷，會造成隔膜強度降低乃至破裂。

2.5 高壓煤漿泵補、排油控制系統(tǒng)故障

高壓煤漿泵推進液隔膜腔示意圖見圖2。當高壓煤漿泵正常運行時，活塞通過推進液作用于隔膜，將物料平穩(wěn)輸送，推進液過多或過少都會導致高壓煤漿泵出口流量、壓力不穩(wěn)定，影響其正常運行，所以要保持隔膜腔內(nèi)推進液量在最佳狀態(tài)，當推進液過多時，通過排油閥將多余部分排出，當推進液不足時，打開補油閥進行補充。推進液量是否在最佳狀態(tài)可通過磁環(huán)耦合運行信號、補油信號進行判斷。

圖2 高壓煤漿泵推進液隔膜腔示意圖

在補、排油控制系統(tǒng)運行過程中會出現(xiàn)以下幾個問題：（1）高壓煤漿泵推進液油管接頭采用卡套式接頭，當高壓煤漿泵長時間運行時，推進液管路接頭處疲勞受損導致接頭處密封失效，推進液油管接頭崩開，此時隔膜室內(nèi)推進液不足，單缸無法輸送物料，導致出口煤漿流量下降三分之一。（2）當某隔膜室排油閥小隔膜破損后，補、排油控制系統(tǒng)不能正常進行，極易造成煤漿流量波動，嚴重時該隔膜室內(nèi)推進液不足，單缸無法輸送物料，導致出口煤漿流量下降三分之一。（3）當高壓煤漿泵連續(xù)運行4 h未檢測到補油探頭時，會打開排油閥進行排油，若補油探頭故障，將無法檢測到補油信號，也無法對排油閥進行復位，則會連續(xù)排出推進液，最終導致推進液過少，單缸無法輸送物料，導致出口煤漿流量下降三分之一。

3 改進措施

3.1 提高煤漿質(zhì)量

（1）將原有鋼條編制而成的磨煤機滾筒篩改為鋼板沖孔卷焊而成的滾筒篩，改造后其具有較高的剛度與耐磨性，既有效延長了滾筒篩使用壽命，又能防止大顆粒雜物進入煤漿中，大大降低了高壓煤漿泵進出料單向閥卡閥、磨損的風險。其次，定期檢查滾筒篩有無破損，粗粒子下降管是否堵塞，避免粗粒子進入大煤漿槽。（2）在磨煤機滾筒篩增加除鐵器，當煤漿經(jīng)過磨煤機出料口時，可將煤漿中的鐵片或鐵屑吸在磁鐵上；定期清理除鐵器，可有效減少煤漿中的鐵片或鐵屑，防止其進入高壓煤漿泵，減少高壓煤漿泵單向閥卡閥次數(shù)。（3）及時關(guān)注磨煤機粒度分布，根據(jù)分析結(jié)果添加鋼棒、挑揀斷棒，穩(wěn)定磨煤機鋼棒級配；穩(wěn)定煤漿黏度，避免黏度過低造成煤漿沉降、分層。（4）在磨煤機出料槽泵出口增加煤漿過濾器，過濾器上設(shè)置導淋，定期進行排放和清理過濾器。

3.2 保證高壓煤漿泵吸入壓力平穩(wěn)

將原設(shè)計中的高壓煤漿泵入口管線進行改造，去除原有的直角彎，入口水平管線改為斜管線。改造后，停工拆檢發(fā)現(xiàn)管線煤漿沉積現(xiàn)象改善明顯，效果良好。

3.3 加強檢修質(zhì)量管理

針對高壓煤漿泵運行期間出現(xiàn)的出口壓力波動、流量波動等現(xiàn)象，對裝置加強檢修質(zhì)量管理。定期對進出口錐形單向閥的閥錐、閥座以及彈簧進行整套更換（更換周期2 000 h）；定期對高壓煤漿泵3個隔膜（更換周期8 000 h）及補、排油閥進行檢查、更換；定期對高壓煤漿泵入口管線進行高壓清洗。將高壓煤漿泵推進液油管卡套式接頭更換為焊接式直通管接頭，即油管接頭處與焊接式直通管接頭進行對焊，保證油管接口處不會脫落。

3.4 增加氧煤比高自動跟蹤模塊

（1）為了提高氧氣流量調(diào)節(jié)閥自動關(guān)小的響應(yīng)速度，設(shè)定氧煤比高報警值600，當氧煤比大于600時，DCS彈出報警框，提示操作人員。（2）在DCS系統(tǒng)增加聯(lián)鎖。當氣化爐開車順控處于A14、氧煤比≥600、氧氣流量調(diào)節(jié)閥開度≥45%、聯(lián)鎖投用這4個條件同時滿足時，氧氣流量調(diào)節(jié)閥自動關(guān)小(此命令在聯(lián)鎖投用時只動作1次)，使氧煤比低于636，防止氣化爐觸發(fā)氧煤比高聯(lián)鎖停車，為操作人員調(diào)整恢復高壓煤漿流量爭取一定的反應(yīng)及處理時間，避免生產(chǎn)波動發(fā)生。

3.5 設(shè)置排油閥動作次數(shù)報警

在正常運行過程中，排油閥動作3次左右即可出現(xiàn)補油信號，從而復位排油閥，因此可設(shè)置排油閥動作次數(shù)報警，排油閥動作信號是開1 s關(guān)1 s，據(jù)此可檢測排油閥的動作信號次數(shù)，當排油閥動作次數(shù)大于5次時彈出報警提示。

4 改造效果

該裝置于2020年下半年開始改造，到2021年底陸續(xù)完成。改造完成后，氣化爐平均運行周期由2020年的50 d延長至2021年的62 d，2022年1月—7月氣化爐未因氧煤比高而聯(lián)鎖停車，大大降低了檢修頻次，有效減少了因氧煤比高造成氣化爐非計劃停車次數(shù)，經(jīng)濟效益明顯。