淺析煤氣化工藝中粉煤放料罐架橋原因及解決辦法

華能(天津)煤氣化發(fā)電有限公司 天津 300000

1 引言

華能爐煤氣化工藝作為天津IGCC機(jī)組的核心技術(shù)，其工藝流程是將來自空分裝置的純氧和來自粉煤加壓輸送系統(tǒng)的粉煤一起通過水平對稱布置的四個粉煤燒嘴噴入氣化爐內(nèi)，在3.0MPa(G)的壓力下進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，反應(yīng)后的高溫合成氣在氣化爐頂部出口被來自循環(huán)氣壓縮機(jī)的冷合成氣激冷至約900℃，然后經(jīng)合成氣冷卻器冷卻后進(jìn)入干法除灰單元，濕洗單元，凈化單元，最后進(jìn)入燃機(jī)燃燒發(fā)電。氣化裝置加壓輸煤系統(tǒng)3200單元粉煤放料罐V3202在下料過程中易出現(xiàn)架橋現(xiàn)象造成粉煤給料罐V3203料位和壓力的波動，造成煤線的不穩(wěn)定性。

2 工藝流程簡介

根據(jù)我廠氣化單元的生產(chǎn)要求，共設(shè)三個系列磨煤、干燥及相關(guān)的輔助系統(tǒng)。由輸煤皮帶來的原煤被分別儲存在三個獨立的煤倉(V-3101A/B/C)內(nèi)，經(jīng)重力式給煤機(jī)(X-3101A/B/C)計量稱重后通過落煤管進(jìn)入磨煤機(jī)(A-3101A/B/C)。經(jīng)過磨煤機(jī)磨過的煤粉從粉煤袋式過濾器(S-3103A/B/C)過濾下來首先進(jìn)入常壓粉煤儲罐(V-3201A/B、V-3204)儲存。為保持粉煤儲罐惰性化，連續(xù)通入0.5MPa的低壓氮氣。粉煤儲罐中的煤粉，通過重力作用進(jìn)入粉煤放料罐(V-3202A/B、V-3205)，粉煤放料罐充滿后，將上部兩道開關(guān)閥關(guān)閉，壓力平衡閥關(guān)閉，使其與所有的低壓設(shè)備隔離。然后充入4.5MPa高壓氮氣加壓，使其壓力與粉煤給料罐(V-3203A/B、V-3206)平衡，再打開粉煤放料罐與粉煤給料罐之間的平衡管線，一旦粉煤給料罐達(dá)到低料位，則打開鎖斗排料閥卸料。卸料完畢后將粉煤放料罐與粉煤給料罐隔離，將壓力分三次卸至接近常壓，然后打開粉煤放料罐上部的進(jìn)料閥，接受粉煤儲罐的煤粉，粉煤放料罐充裝完畢后，再次充壓，等待下一次的卸料信號。

3 影響粉煤放料罐架橋的主要因素

粉煤加壓輸送系統(tǒng)最大特點是輸送細(xì)小的固體顆粒煤粉。固體顆粒在設(shè)備內(nèi)主要有質(zhì)量流和漏斗流兩種流動形式。質(zhì)量流是指當(dāng)儲存固體顆粒的設(shè)備出口放料閥打開后，罐內(nèi)固體顆粒即以一個整體的形式向下移動，直至罐內(nèi)物料放完為止。漏斗流是指當(dāng)儲存固體顆粒的設(shè)備出口放料閥打開后，罐內(nèi)固體顆粒大部分沿設(shè)備中心流下，但有部分物料滯留在設(shè)備內(nèi)。顯然，煤氣化裝置中質(zhì)量流是煤粉理想流動形式。

3.1 粉煤中水分含量的影響 煤的游離水分又分為外在水分和內(nèi)在水分。外在水分，是指附著在煤顆粒表面的水分，有時俗稱外水。內(nèi)在水分，是指在一定條件下(105～110℃)煤樣達(dá)到空氣干燥狀態(tài)時所保持的水分。粉煤加壓輸送系統(tǒng)本身沒有辦法控制煤粉水分含量，是通過控制磨煤系統(tǒng)的溫度來達(dá)到控制煤粉水分的目的。經(jīng)過長期的機(jī)組運行經(jīng)驗驗證，當(dāng)煤粉水分含量控制在5%以內(nèi)時，對于煤粉的輸送影響較小，反之則在粉煤放料罐中容易產(chǎn)生架橋。

3.2 粉煤粒度大小對架橋的影響 若粉煤粒度過大，則在輸送過程中，粉煤容易產(chǎn)生分層及沉降，影響粉煤與氮氣形成較為均勻的混合物，增加了粉煤在管道的流動阻力，降低了粉煤的流速，還有可能影響燒嘴的燃燒穩(wěn)定性。若粉煤粒度過小，又會造成粉煤流動性差而引起管道堵塞，還會對煤線的速度和密度等產(chǎn)生影響。經(jīng)過多年的機(jī)組運行經(jīng)驗，粉煤粒度在大于90μm所占比例小于30%，粒度小于10μm所占比例小于10%的狀態(tài)下對于粉煤輸送較為有利，且在粉煤放料罐中不容易產(chǎn)生架橋。

3.3 設(shè)備設(shè)計對架橋的影響

3.3.1 燒結(jié)金屬在粉煤輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用 燒結(jié)金屬是用金屬粉末為原料，經(jīng)篩分、壓制、燒結(jié)等工藝制成的一種多空金屬材料。

3.3.2 通氣錐 在粉煤放料罐的底部配備了通氣錐，通氣錐整體采用不銹鋼制造，其功能部件(內(nèi)襯)采用燒結(jié)金屬。燒結(jié)金屬與不銹鋼殼體組成環(huán)形空間，氮氣先進(jìn)入環(huán)形空間，再通過燒結(jié)金屬進(jìn)入罐內(nèi)。粉煤放料罐通氣錐通入高壓氮氣，既用于放料罐底部粉煤的流化防止架橋，又用于放料罐的充壓。

3.3.3 笛管 為加大粉煤放料罐的充壓速度，減少放料罐的充壓時間，并防止粉煤在罐體中部架橋，在放料罐的中部，對稱安裝了四支通氣的笛管。之所以稱之為笛管，是因為其形狀酷似笛子。笛管采用不銹鋼制作，“笛膜”采用燒結(jié)金屬制作。高壓氮氣先進(jìn)入笛管，再通過“笛膜”進(jìn)入罐內(nèi)。

4 消除架橋的方法

4.1 粉煤給料破橋程序 粉煤放料罐低料位信號出現(xiàn)之前給料充裝計時器已走完則自動執(zhí)行拆橋程序兩次。如果兩次拆橋后粉煤放料罐低料位仍不出現(xiàn)，停止程序并發(fā)出報警，順控進(jìn)入拆橋程序，拆橋兩次后如果粉煤放料罐低料位仍不出現(xiàn)，則順控在拆橋程序中等待，可以點擊“超馳”使順控繼續(xù)走下去，或點擊“重新拆橋”，再運行拆橋程序兩次。

破橋程序：粉煤放料罐與粉煤給料罐完全隔離后，用充氣錐、笛管和管道吹掃器的高壓氮氣進(jìn)行充壓，充壓50s后打開下料閥門，然后打開平衡閥，利用兩個罐子的差壓進(jìn)行破橋。如果粉煤放料罐低料位信號出現(xiàn)，則下料順控進(jìn)入下一步。

4.2 手動破橋 在破橋程序無法成功破橋時必須采用手動破橋來解決，可以手動充壓粉煤放料罐，使之與粉煤給料罐的壓差增至0.3mpa-0.4mpa。如果判斷為兩罐平衡管線堵塞，還可以在充壓后先聯(lián)通平衡管線以達(dá)到破除平衡管的目的。

5 粉煤放料罐架橋原因總結(jié)及發(fā)生架橋時的處理方法

5.1 粉煤給料罐架橋發(fā)生的原因主要有以下幾點

a)粉煤中水分含量過高，應(yīng)該將水分控制在5%以內(nèi)。

b)粉煤粒度大小的影響，粉煤粒度應(yīng)該在大于90μm所占比例小于30%，粒度小于10μm所占比例小于10%。

c)在設(shè)備應(yīng)用上避免架橋的產(chǎn)生：采用燒結(jié)金屬材料的通氣錐、管道吹掃器、笛管。

5.2 產(chǎn)生架橋時的解決方法

a)啟動破橋程序，利用對粉煤放料罐充壓產(chǎn)生對粉煤給料罐的壓差來消除破橋。

b)手動干預(yù)的方式對粉煤放料罐進(jìn)行充壓，使之與粉煤給料罐的壓差增至0.3mpa-0.4mpa。如果為兩罐平衡管線堵塞則優(yōu)先聯(lián)通平衡管線。