壳牌煤气化装置碎煤仓常见问题及改造优化

刘保平，武喜阳，李 宁

(河南龙宇煤化工有限公司， 河南永城 476600)

河南龙宇煤化工有限公司一期年产50万t煤制甲醇项目，煤气化装置采用壳牌煤气化技术，其主要技术特点为：煤种适应性广、碳转化率高、产品气体洁净、氧耗低[1]。壳牌煤气化装置采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，激冷后的熔渣性质稳定，大大降低了维护成本。壳牌煤气化装置共分为8个单元，分别为磨煤与干燥系统、粉煤加压及输送系统、气化与水汽系统、渣水处理系统、干法除灰系统、湿洗系统、初步水处理系统和公用工程[2]。磨煤与干燥系统作为壳牌煤气化装置的首个单元，影响整个装置的开车情况及运行周期。

煤储运中心将原料煤通过皮带运输进入壳牌煤气化装置碎煤仓(V1101A/B)，从碎煤仓经过称重给煤机(X1101A/B)后的碎煤与石灰石混合进入磨煤机。在磨煤机中原料煤和石灰石在惰气环境和微负压条件下被碾磨和干燥，干燥所需的热量由燃料气或柴油在热风炉中燃烧产生的热工艺气提供。进入磨煤机的惰气温度在140～300 ℃，离开磨煤机的惰气温度为100～110 ℃。被碾磨后的煤粉由惰气输送至旋转分离器，分离出粗糙的大颗粒煤重新返回到磨煤机中。煤粉的粒度是由循环气流量、液压辊子压力和旋转分离器转速控制的。原料中比较硬的煤块、矸石被送到废物箱后排出界区 。工艺气和煤粉的分离在一个袋式过滤器中完成。在分离的气体中固体质量浓度小于10 mg/m3。过滤后的大部分气体被循环，以维持气体的惰性(低氧含量)，多余的气体被排出(带走水分)。煤粉随后从袋式过滤器中被送到粉煤加压及输送系统[3]。

该壳牌煤气化装置共有2套相同的碎煤仓，碎煤仓为偏心圆锥结构设计，本体为碳钢材质，碎煤仓与给煤机连接管为有缝钢管，内径为1 000 mm，碎煤仓与给煤机之间安装了电动液压插板阀。

碎煤仓的高度为26 000 mm，其中筒体部分高度为16 000 mm，锥底部分高度为10 000 mm，锥底与筒体的偏心距为1 200 mm。为了防止原料煤下料过程中对碎煤仓本体的冲刷磨损，锥底内部采用高分子聚乙烯衬板。高分子聚乙烯衬板采用梯形安装，衬板的高度为1 600 mm、梯形上边长为300 mm、梯形下边长为200 mm。使用上下各2条螺丝将衬板与碎煤仓本体进行固定。

3.1 冬季碎煤上冻结块

壳牌煤气化装置所使用的原料煤的水分质量分数约为12%，在冬季雨雪天气条件下，原料煤的外在水分含量较高。由于磨煤与干燥系统2台磨煤机采用1开1备的运行模式，备用系列原料煤进入碎煤仓后长时间不流动，极易上冻结块。碎煤仓本体无伴热，只有初始设计的保温层，保温效果差。在冬季,当碎煤仓上煤料位超过100 t时，碎煤仓内部煤粉易上冻结块，造成碎煤仓下煤不畅。当断煤时间超过1 min时，会直接触发磨煤机大联锁，造成磨煤机跳车事故，严重影响壳牌煤气化装置的稳定运行。

3.2 高分子聚乙烯衬板易脱落

碎煤仓原设计采用高分子聚乙烯衬板，仅由4条螺栓进行固定。随着碎煤仓运行周期的加长，原料煤对高分子聚乙烯衬板的固定螺栓作用,使固定螺栓产生磨损。当固定螺栓磨损严重无法固定高分子聚乙烯衬板时，会导致高分子聚乙烯衬板脱落。由于高分子聚乙烯衬板的高度在1 600 mm，而碎煤仓锥底到给煤机皮带的高度仅为600 mm，脱落后的高分子聚乙烯衬板会在碎煤仓下料口与给煤机皮带处卡涩，造成碎煤仓下煤不畅。当断煤时间超过1 min时,会直接触发磨煤机大联锁，造成磨机跳车事故。

3.3 碎煤挂壁结块

由于该壳牌煤气化装置磨煤与干燥系统为双系列1开1备，磨煤机为间歇性运行。正常1台磨煤机运行24 h后需要启动备用磨煤机进行补料;备用磨煤机在等待期间，碎煤仓内部碎煤易脱水挂壁，再次启动备用磨煤机时会造成碎煤仓下煤不畅。当断煤时间超过1 min时,会直接触发磨煤机大联锁，造成磨煤机跳车事故。

4.1 碎煤仓外壁增加低压蒸汽伴热

在碎煤仓筒体及锥底外壁环绕DN25管线，管线与外壁用卡扣固定，环管间隔200 mm，筒体与锥底伴热管线为独立管线，管线进口分别连至DN50低压蒸汽分配管，伴热回水经独自疏水阀合并回收至低压冷凝液系统。伴热进口温度控制在120～150 ℃，伴热回水温度控制在60～80 ℃，确保碎煤仓内部温度大于20 ℃，保障在冬季碎煤仓内部碎煤不会出现因存放时间过长而上冻的情况。

4.2 碎煤仓底部流化氮气改造

原碎煤仓设计底部流化气采用20 ℃、0.4 MPa的低压氮气对碎煤仓原料煤进行流化。流化气的总管为DN200，总管后分6根DN80管线均匀对角分布通入碎煤仓内部。在冬季极寒天气下，氮气进入碎煤仓减压吸热，导致碎煤仓内中心煤层极易上冻。

在冬季时将低压流化氮气切为200 ℃、0.4 MPa的热低压氮气对碎煤仓底部进行流化，待冬季结束后、最低气温高于0 ℃时，再将热氮气切至冷氮气运行。改造后极大缓解了碎煤仓中心煤层冬季碎煤上冻的问题。

4.3 碎煤仓内衬材质升级改造

经过对碎煤仓高分子聚乙烯衬板易脱落的原因进行分析，并参考国内同类型碎煤仓内衬改造经验，将内部高分子聚乙烯衬板升级为不锈钢304材质，单板内表面采用多孔洞堆焊处理，厚度为4 mm，板与板之间采用满焊处理。改造后解决了碎煤仓因内衬板脱落导致下料口堵煤的问题。

4.4 备用碎煤仓料位控制

在磨煤与干燥系统双系列需要切换时，提前将需要切换至备用的碎煤仓料位控制在10 t以下。通过降低碎煤仓料位来防止碎煤仓中原料煤大面积结块，解决因原料煤堵塞、碎煤仓长时间下料不畅导致磨煤机频繁跳车的问题。

4.5 碎煤仓内部增加疏松机

4.5.1 疏松机工作原理

在碎煤仓的底锥内部距离下料口1.5 m处沿碎煤仓内壁增加1套GBK-Ⅰ型疏松机[4]，原理图见图1。

图1 疏松机原理图

该疏松机由高压油泵、液压执行机构、电气控制系统，以及2根长度为2 000 mm的内置式疏松耙杆组成。内置式机械、液压疏松机总成南北对称安装在煤仓下方，疏松耙杆沿煤仓内壁可疏通至煤仓底部。疏松机现场实际改造情况见图2。

图2 疏松机现场实际改造图

当碎煤仓出现堵煤后现场启动疏松机。当疏松机接到启动信号后，启动高压泵站为疏松机提供动力，驱动安装在煤仓两侧的液压执行机构带动疏松耙杆上下往复进行疏松，每次上下往复动作算1个周期。在疏松机运行时，系统程序按照自身设定间隔(0.5 h、1 h或2 h，周期可调)动作1次，以预防堵煤。系统内设有计数器，以准确显示动作次数。

通过对碎煤仓底锥增加伴热、锥底流化气改为热氮气、内衬升级为不锈钢304材质、增加疏松机等一系列改造，解决了碎煤仓堵煤、内衬脱落等问题，为磨煤机的安全稳定运行提供了保证。