淺析煤漿粒度對(duì)燒嘴壓差的影響

李曉鵬， 趙 蓉

(1. 新疆天業(yè)匯合新材料化工有限公司, 新疆石河子 832000；2. 新疆天智辰業(yè)化工有限公司， 新疆石河子 832000)

燒嘴壓差由煤漿管線壓力與氣化爐燃燒室壓力之差而得，是水煤漿氣化爐運(yùn)行的重要指標(biāo)之一。燒嘴壓差直接反映煤漿的霧化程度、碳轉(zhuǎn)化率，是防止回火、延長燒嘴使用壽命的關(guān)鍵控制點(diǎn)[1]。新疆天業(yè)匯合新材料化工有限公司水煤漿氣化裝置多年的運(yùn)行分析數(shù)據(jù)顯示，所有停車原因中由燒嘴壓差波動(dòng)引起的停車次數(shù)最多。燒嘴壓差作為水煤漿氣化工藝中重要的指標(biāo)之一，其波動(dòng)嚴(yán)重制約氣化爐的長周期穩(wěn)定運(yùn)行[2]。高壓煤漿泵故障、煤漿粒度不合格、儀表故障、燒嘴磨損、高壓煤漿泵出口管線泄漏和高壓煤漿泵進(jìn)口管線不暢均會(huì)影響燒嘴壓差檢測(cè)，筆者主要就煤漿粒度對(duì)燒嘴壓差的作用機(jī)理進(jìn)行分析[3]，通過控制煤漿粒度以保持燒嘴壓差穩(wěn)定。

1 煤漿粒度控制

原煤經(jīng)過破碎機(jī)破碎至20 mm以下與研磨水、添加劑一起進(jìn)入到棒磨機(jī)，在鋼棒的研磨作用下被磨成煤漿。原煤中存在硬度較高的煤矸石，煤被研磨之后往往粒度較大。為防止煤漿中的大顆粒進(jìn)入煤漿槽，煤漿經(jīng)過棒磨機(jī)出口隨棒磨機(jī)旋轉(zhuǎn)的滾筒篩過濾機(jī)后進(jìn)入煤漿槽。滾筒篩設(shè)計(jì)有寬度為3 mm、長度為28 mm的長方形篩孔(見圖1)。棒磨機(jī)內(nèi)的煤漿經(jīng)過溢流進(jìn)入滾筒篩，由于煤漿顆粒形狀不規(guī)則，其中大顆粒隨著滾筒篩的轉(zhuǎn)動(dòng)被分離出來，部分扁平的大顆粒在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中仍然會(huì)通過狹長的滾筒篩篩孔進(jìn)入煤漿槽。

(a) 滾筒篩篩孔

(b) 滾筒篩圖1 滾筒篩結(jié)構(gòu)示意圖

2 高壓煤漿泵工作原理

高壓煤漿泵單向閥(見圖2)的閥座內(nèi)部呈一個(gè)圓錐形，錐體表面光滑，閥座上裝有閥錐，閥錐上安裝有彈簧，彈簧頂部是閥蓋。當(dāng)高壓煤漿泵的活塞桿回程時(shí)，隔膜室變大，高壓煤漿泵出口單向閥受出口壓力和彈簧彈力作用，閥錐下沉，出口單向閥關(guān)閉，隔膜室內(nèi)壓力下降；高壓煤漿泵進(jìn)口壓力大于彈簧的彈力，煤漿經(jīng)過進(jìn)口單向閥進(jìn)入到隔膜室內(nèi)。當(dāng)高壓煤漿泵的活塞推出時(shí)，隔膜室變小、壓力增大，進(jìn)口單向閥被關(guān)閉，出口單向閥受壓打開，煤漿被排出(見圖3)。

(a) 閥錐

(b) 閥座

(c) 閥錐閥座組合圖2 高壓煤漿泵單向閥結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 高壓煤漿泵工作原理

3 煤漿粒度對(duì)燒嘴壓差的影響機(jī)理

高壓煤漿泵單向閥閥錐的密封設(shè)計(jì)要求為煤漿粒度小于1.4 mm。當(dāng)煤漿粒度偏大時(shí)，大顆粒流動(dòng)至進(jìn)口單向閥閥錐時(shí)，會(huì)停留在閥錐部位。高壓煤漿泵隔膜室的容積是固定的，當(dāng)活塞推出時(shí)，進(jìn)口單向閥閥錐無法與閥座形成密封，少部分粒度較小的煤漿將從進(jìn)口單向閥閥錐間隙泄漏至進(jìn)口管道，引起隔膜室漏漿，隔膜室出口排出的煤漿流量變小，甚至出現(xiàn)不打量的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為高壓煤漿泵出口實(shí)際流量與設(shè)備給出的變頻流量不匹配，高壓煤泵出口流量波動(dòng)。這反映出高壓煤漿泵出口壓力波動(dòng)，進(jìn)而造成燒嘴壓差波動(dòng)。同理，高壓煤漿泵出口單向閥也會(huì)出現(xiàn)卡閥現(xiàn)象，當(dāng)活塞回程、隔膜室進(jìn)料時(shí)，高壓煤漿泵出口管線的煤漿返回至隔膜室，造成出口壓力波動(dòng)。若煤漿中大顆粒較多，高壓煤漿泵進(jìn)口單向閥也會(huì)出現(xiàn)卡閥現(xiàn)象，造成高壓煤漿泵出口壓力降低，進(jìn)而導(dǎo)致燒嘴壓差降低。遇到大顆粒通過高壓煤漿泵單向閥閥錐后，高壓煤漿泵單向閥閥錐密封恢復(fù)，高壓煤漿泵的出口壓力將恢復(fù)正常，同時(shí)燒嘴壓差恢復(fù)正常。

在裝置開車初期，由于裝置運(yùn)行時(shí)間較短，煤漿中大顆粒較少，單向閥受大顆?？ㄩy的情況較少，高壓煤漿泵出口壓力均在小范圍波動(dòng)，燒嘴壓差波動(dòng)不明顯。大顆粒煤漿的流動(dòng)性較差，在裝置運(yùn)行70～80 d后，大顆粒在煤漿槽底部和高壓煤漿泵進(jìn)口管線中不斷富集，當(dāng)累積到一定程度后，高壓煤漿泵進(jìn)口管道的流通面積減小。在進(jìn)口壓力和吸力作用下，沉積物上部的部分顆粒會(huì)進(jìn)入高壓煤漿泵，進(jìn)口單向閥閥錐出現(xiàn)顆粒卡澀的概率加大，此時(shí)燒嘴壓差波動(dòng)的頻率會(huì)明顯增加。當(dāng)懸浮的較大顆粒被輸送完成后，燒嘴壓差即恢復(fù)正常。因此，降低煤漿粒度是有效減少燒嘴壓差波動(dòng)的一個(gè)重要途徑[3-4]。

4 降低煤漿粒度的措施

4.1 降低原煤粒度

棒磨機(jī)處理能力有限，一般棒磨機(jī)能夠處理的原煤最大粒度為20 mm，其中粒度為10 mm的原煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須大于80%。因此，需要控制原煤破碎率，對(duì)較大粒度的原煤必須進(jìn)行二次破碎。加強(qiáng)破碎機(jī)的設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，保證其正常運(yùn)行，確保進(jìn)入棒磨機(jī)的原煤粒度合格。

4.2 在棒磨機(jī)滾筒篩出口加裝二級(jí)振動(dòng)篩

棒磨機(jī)的滾筒篩連接在棒磨機(jī)筒體上，滾筒篩隨棒磨機(jī)同心旋轉(zhuǎn)，棒磨機(jī)出口的不合格顆粒會(huì)隨篩網(wǎng)旋轉(zhuǎn)通過篩孔進(jìn)入到水煤漿中。為了防止不合格顆粒進(jìn)入水煤漿中，在滾筒篩出口加裝二級(jí)振動(dòng)篩，對(duì)煤漿進(jìn)行二次篩分，降低大顆粒通過的概率，提高煤漿粒度合格率。

4.3 定期檢查維護(hù)設(shè)備

隨著設(shè)備長周期運(yùn)行，棒磨機(jī)滾筒篩將會(huì)磨損破裂；因此，應(yīng)定期檢查篩網(wǎng)，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備損壞應(yīng)及時(shí)維修更換。另外，雖然棒磨機(jī)的鋼棒采用了耐磨材料，但是仍然屬于損耗品，應(yīng)定期抽檢細(xì)棒、加裝粗棒，提高棒磨機(jī)的研磨質(zhì)量，保證煤漿粒度合格。

4.4 使用圓孔滾筒篩

圓孔滾筒篩的孔徑可以嚴(yán)格按照高壓煤漿泵粒度要求設(shè)計(jì)、制造，可以很好地控制煤漿粒度。但是，由于煤漿有一定黏度，圓孔滾筒篩不利于煤漿通過，易造成篩網(wǎng)溢漿，工業(yè)生產(chǎn)不易控制。

4.5 加強(qiáng)煤漿粒度檢測(cè)

分別在棒磨機(jī)的出口和高壓煤漿泵進(jìn)口設(shè)置取樣點(diǎn)，制定取樣頻次，嚴(yán)格進(jìn)行過篩監(jiān)測(cè)。發(fā)現(xiàn)大顆粒增多時(shí)，可以通過調(diào)整負(fù)荷、檢查維修設(shè)備等措施控制，必要時(shí)可采取高壓煤漿泵進(jìn)口排煤漿的緊急處理措施。

5 結(jié)語

煤漿粒度是水煤漿氣化裝置的重要指標(biāo)，煤漿粒度偏大會(huì)使高壓煤漿泵工作異常，造成燒嘴壓差波動(dòng)，影響氣化爐穩(wěn)定長周期運(yùn)行。因此，加強(qiáng)原煤粒度控制，并在棒磨機(jī)滾筒篩出口增加二級(jí)振動(dòng)篩，防止煤漿中的大顆粒進(jìn)入煤漿中，可以有效防止燒嘴壓差波動(dòng)，穩(wěn)定生產(chǎn)，延長水煤漿氣化爐的運(yùn)行周期。