馬 磊

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

某大型煤炭深加工示范項(xiàng)目煤氣化裝置采用GE水煤漿氣化激冷工藝，單臺(tái)爐投煤量1 500 t/d，共2個(gè)系列，每個(gè)系列氣化爐5開(kāi)2備。該項(xiàng)目于2019年10月正式運(yùn)行，2020年—2021年因氧煤比高導(dǎo)致氣化爐停車(chē)12次，占生產(chǎn)波動(dòng)總數(shù)的40%，不僅給裝置的檢修、備爐帶來(lái)較大負(fù)擔(dān)，同時(shí)也成為制約氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)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(chē)的主要原因，為延長(zhǎng)氣化爐運(yùn)行周期，對(duì)煤漿流量低的原因進(jìn)行了分析，并在2021年陸續(xù)采取一系列改進(jìn)措施，現(xiàn)介紹如下。

1 水煤漿氣化工藝流程

該項(xiàng)目水煤漿氣化工藝采用激冷流程，示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 水煤漿氣化流程示意圖

激冷流程主要分為3個(gè)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(lái)自煤漿制備單元質(zhì)量分?jǐn)?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(jìn)入燃燒室，在6.5 MPa（G）、1 350℃條件下進(jìn)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?zé)釟饬骱腿墼?jīng)激冷環(huán)被灰水激冷后，沿下降管導(dǎo)入激冷室進(jìn)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(jìn)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(jī)采用濕式溢流型棒磨機(jī)，研磨后的煤漿經(jīng)滾筒篩篩分，合格的水煤漿由出漿口進(jìn)入磨煤機(jī)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?xí)斐珊Y網(wǎng)破損，導(dǎo)致大顆粒雜物進(jìn)入煤漿，在經(jīng)過(guò)單向閥時(shí)會(huì)被閥錐面或?qū)蜃ㄗ?，造成單向閥不能正常移動(dòng)，形成卡閥，導(dǎo)致煤漿流量減少。另外，大顆粒雜物被帶入煤漿后會(huì)導(dǎo)致高壓煤漿泵運(yùn)行時(shí)發(fā)生墊缸，出現(xiàn)單缸不打量現(xiàn)象，也會(huì)導(dǎo)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(jiàn)表1。

表1 2021年原料煤灰分及氯含量

根據(jù)原始設(shè)計(jì)，正常生產(chǎn)時(shí)原料煤灰分為9.97%，最高不超過(guò)15.00%，但隨著煤礦的深度開(kāi)采，原料煤灰分日益升高。煤漿中含有的SiO2、Al2O3等質(zhì)地堅(jiān)硬的礦物質(zhì)和其他大顆粒雜物在研磨制漿過(guò)程中會(huì)形成不規(guī)則顆粒，這些不規(guī)則顆粒在進(jìn)出料閥過(guò)程中會(huì)被閥錐與閥座密封面擠壓，經(jīng)過(guò)多次擠壓和煤漿長(zhǎng)時(shí)間沖蝕磨損后，閥錐與閥座接觸面會(huì)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(duì)密封圈的侵蝕速率，造成密封面被破壞，進(jìn)而導(dǎo)致單向閥磨損，煤漿流量減少。

2.2 進(jìn)出料閥存在加工誤差、安裝不當(dāng)

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(shí)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(shí)沒(méi)有將閥箱結(jié)垢完全清理干凈或?qū)蛱讻](méi)有校正至垂直，容易造成閥錐和閥座配合不良，導(dǎo)致卡閥。

2.3 高壓煤漿泵入口水平管線(xiàn)太長(zhǎng)

原高壓煤漿泵入口水平管線(xiàn)太長(zhǎng)（約2.0 m），在煤漿輸送過(guò)程中容易發(fā)生沉積結(jié)渣現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)將其堵塞，影響管線(xiàn)流通量，進(jìn)而引發(fā)氣化爐氧煤比高聯(lián)鎖停車(chē)。

2.4 高壓煤漿泵隔膜破裂

當(dāng)高壓煤漿泵隔膜破裂時(shí)，推進(jìn)液壓油中會(huì)混入煤漿，高壓煤漿泵會(huì)出現(xiàn)單缸或多缸不打量，導(dǎo)致煤漿流量減少。不當(dāng)?shù)墓に嚥僮鳁l件會(huì)加速隔膜破裂，影響其使用壽命：（1）煤漿中摻雜著的堅(jiān)硬物質(zhì)（煤矸石、鐵屑等）會(huì)損傷隔膜。（2）隔膜兩側(cè)（一端是推進(jìn)液，另一端是輸送料漿）壓差不平衡會(huì)導(dǎo)致隔膜破裂，如當(dāng)煤漿黏度大或進(jìn)料入口管道不暢通時(shí)，會(huì)造成高壓煤漿泵進(jìn)料量不足，吸入壓力過(guò)低，隔膜兩側(cè)壓差過(guò)大，進(jìn)而破裂；隔膜腔及推進(jìn)液油管中空氣未能及時(shí)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?dú)獍ㄐ钅芷鳎毫^(guò)低或過(guò)高，會(huì)造成出料壓力波動(dòng)，使隔膜運(yùn)行時(shí)不穩(wěn)定，加速破裂等；活塞桿密封圈失效（一是活塞長(zhǎng)周期往復(fù)運(yùn)行磨損所致，二是檢修施工不精細(xì)造成其機(jī)械式損傷），導(dǎo)致氣體在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)入隔膜腔推進(jìn)液中，使兩端壓力嚴(yán)重失衡。（3）當(dāng)隔膜疲勞老化時(shí)表面會(huì)出現(xiàn)裂紋，再加上煤漿的侵蝕沖刷，會(huì)造成隔膜強(qiáng)度降低乃至破裂。

2.5 高壓煤漿泵補(bǔ)、排油控制系統(tǒng)故障

高壓煤漿泵推進(jìn)液隔膜腔示意圖見(jiàn)圖2。當(dāng)高壓煤漿泵正常運(yùn)行時(shí)，活塞通過(guò)推進(jìn)液作用于隔膜，將物料平穩(wěn)輸送，推進(jìn)液過(guò)多或過(guò)少都會(huì)導(dǎo)致高壓煤漿泵出口流量、壓力不穩(wěn)定，影響其正常運(yùn)行，所以要保持隔膜腔內(nèi)推進(jìn)液量在最佳狀態(tài)，當(dāng)推進(jìn)液過(guò)多時(shí)，通過(guò)排油閥將多余部分排出，當(dāng)推進(jìn)液不足時(shí)，打開(kāi)補(bǔ)油閥進(jìn)行補(bǔ)充。推進(jìn)液量是否在最佳狀態(tài)可通過(guò)磁環(huán)耦合運(yùn)行信號(hào)、補(bǔ)油信號(hào)進(jìn)行判斷。

圖2 高壓煤漿泵推進(jìn)液隔膜腔示意圖

在補(bǔ)、排油控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）高壓煤漿泵推進(jìn)液油管接頭采用卡套式接頭，當(dāng)高壓煤漿泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，推進(jìn)液管路接頭處疲勞受損導(dǎo)致接頭處密封失效，推進(jìn)液油管接頭崩開(kāi)，此時(shí)隔膜室內(nèi)推進(jìn)液不足，單缸無(wú)法輸送物料，導(dǎo)致出口煤漿流量下降三分之一。（2）當(dāng)某隔膜室排油閥小隔膜破損后，補(bǔ)、排油控制系統(tǒng)不能正常進(jìn)行，極易造成煤漿流量波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)該隔膜室內(nèi)推進(jìn)液不足，單缸無(wú)法輸送物料，導(dǎo)致出口煤漿流量下降三分之一。（3）當(dāng)高壓煤漿泵連續(xù)運(yùn)行4 h未檢測(cè)到補(bǔ)油探頭時(shí)，會(huì)打開(kāi)排油閥進(jìn)行排油，若補(bǔ)油探頭故障，將無(wú)法檢測(cè)到補(bǔ)油信號(hào)，也無(wú)法對(duì)排油閥進(jìn)行復(fù)位，則會(huì)連續(xù)排出推進(jìn)液，最終導(dǎo)致推進(jìn)液過(guò)少，單缸無(wú)法輸送物料，導(dǎo)致出口煤漿流量下降三分之一。

3 改進(jìn)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(jī)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(zhǎng)了滾筒篩使用壽命，又能防止大顆粒雜物進(jìn)入煤漿中，大大降低了高壓煤漿泵進(jìn)出料單向閥卡閥、磨損的風(fēng)險(xiǎn)。其次，定期檢查滾筒篩有無(wú)破損，粗粒子下降管是否堵塞，避免粗粒子進(jìn)入大煤漿槽。（2）在磨煤機(jī)滾筒篩增加除鐵器，當(dāng)煤漿經(jīng)過(guò)磨煤機(jī)出料口時(shí)，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(jìn)入高壓煤漿泵，減少高壓煤漿泵單向閥卡閥次數(shù)。（3）及時(shí)關(guān)注磨煤機(jī)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(jī)鋼棒級(jí)配；穩(wěn)定煤漿黏度，避免黏度過(guò)低造成煤漿沉降、分層。（4）在磨煤機(jī)出料槽泵出口增加煤漿過(guò)濾器，過(guò)濾器上設(shè)置導(dǎo)淋，定期進(jìn)行排放和清理過(guò)濾器。

3.2 保證高壓煤漿泵吸入壓力平穩(wěn)

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

3.3 加強(qiáng)檢修質(zhì)量管理

針對(duì)高壓煤漿泵運(yùn)行期間出現(xiàn)的出口壓力波動(dòng)、流量波動(dòng)等現(xiàn)象，對(duì)裝置加強(qiáng)檢修質(zhì)量管理。定期對(duì)進(jìn)出口錐形單向閥的閥錐、閥座以及彈簧進(jìn)行整套更換（更換周期2 000 h）；定期對(duì)高壓煤漿泵3個(gè)隔膜（更換周期8 000 h）及補(bǔ)、排油閥進(jìn)行檢查、更換；定期對(duì)高壓煤漿泵入口管線(xiàn)進(jìn)行高壓清洗。將高壓煤漿泵推進(jìn)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(jìn)行對(duì)焊，保證油管接口處不會(huì)脫落。

3.4 增加氧煤比高自動(dòng)跟蹤模塊

（1）為了提高氧氣流量調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)小的響應(yīng)速度，設(shè)定氧煤比高報(bào)警值600，當(dāng)氧煤比大于600時(shí)，DCS彈出報(bào)警框，提示操作人員。（2）在DCS系統(tǒng)增加聯(lián)鎖。當(dāng)氣化爐開(kāi)車(chē)順控處于A14、氧煤比≥600、氧氣流量調(diào)節(jié)閥開(kāi)度≥45%、聯(lián)鎖投用這4個(gè)條件同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，氧氣流量調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)小(此命令在聯(lián)鎖投用時(shí)只動(dòng)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(chē)，為操作人員調(diào)整恢復(fù)高壓煤漿流量爭(zhēng)取一定的反應(yīng)及處理時(shí)間，避免生產(chǎn)波動(dòng)發(fā)生。

3.5 設(shè)置排油閥動(dòng)作次數(shù)報(bào)警

在正常運(yùn)行過(guò)程中，排油閥動(dòng)作3次左右即可出現(xiàn)補(bǔ)油信號(hào)，從而復(fù)位排油閥，因此可設(shè)置排油閥動(dòng)作次數(shù)報(bào)警，排油閥動(dòng)作信號(hào)是開(kāi)1 s關(guān)1 s，據(jù)此可檢測(cè)排油閥的動(dòng)作信號(hào)次數(shù)，當(dāng)排油閥動(dòng)作次數(shù)大于5次時(shí)彈出報(bào)警提示。

4 改造效果

該裝置于2020年下半年開(kāi)始改造，到2021年底陸續(xù)完成。改造完成后，氣化爐平均運(yùn)行周期由2020年的50 d延長(zhǎng)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(chē)，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(jì)劃停車(chē)次數(shù)，經(jīng)濟(jì)效益明顯。