加压气化工艺煤粉锁斗下料问题分析及优化

第46卷第4期2018年8月
煤化工
Coal Chemical Industry
Vol.46 No.4 Aug. 2018
加压气化工艺煤粉锁斗下料问题分析及优化
胡小斌,李晓宏，黄勇
(陕西延长石油(集团)有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心，陕西西安710075)
摘要针对在加压气化工艺中煤粉锁斗运行下料过程中出现的因架桥导致下料不畅的问题,分析了煤粉锁 斗中架桥产生的原因，提出了正压下料(方案1)、泄压下料(方案2)、压差下料(方案3)三种解决方案。

从技术、检
修、操作方面对这3种方案进行了对比分析。

分析表明:从技术及操作方面，方案3优于方案1和方案2;从检修方 面，方案1优于方案2和方案3,综合考虑，方案3的优越性更明显。

从设计方面和操作方面，提出了优化措施，解 决锁斗下料不稳定的问题。

关键词煤粉，锁斗，加压气化，架桥，下料
文章编号：1005-9598 (2018)-04-0049-04中图分类号：T Q 546文献标识码：B
锁斗在煤化工行业应用较广泛，是把低压煤粉变 成高压煤粉的转化器，其加压系统是煤粉锁斗实现其 转化器功能的途径和手段[1]。

目前煤粉锁斗在加压气 化工艺运行下料过程中，经常性出现因架桥导致下料 不畅等问题，若处理不及时，会导致装置运行过程中 反应器负荷降低、气化炉跳车的风险。

基于此,笔者提 出了依靠压差下料的解决方案和优化措施，并从设计 和操作方面进行优化，解决了锁斗下料不稳定的问题。

图1煤粉锁斗加压系统流程示意图1
煤粉锁斗工艺流程
1.1工艺流程
煤粉锁斗加压系统流程示意图见图1。

经称重、 研磨、干燥后的合格煤粉被送至煤粉缓冲仓,依靠重 力作用进人煤粉锁斗。

通过围绕在煤粉锁斗锥体部分 的多个喷嘴喷出的高压二氧化碳进行加压，当其压力 达到低于煤粉给料仓压力且煤粉给料仓料位低时，打 开煤粉锁斗下料阀，5 s 后通过打开煤粉给料仓与锁 斗之间的平衡阀进行压力平衡，煤粉在重力作用下进 入给料仓。

煤粉锁斗完成卸料后，其压力经过煤粉锁 斗三个逐级减压阶段后，煤粉被排放到煤粉贮仓除尘 器中，煤粉锁斗通过周期性的加压一放料一泄压一进 料一加压的循环交变过程，实现煤粉的连续、稳定下料。

煤粉锁斗加压系统的加压操作步骤为：
第一步：开启煤粉锁斗底部的二氧化碳调节阀，
缓慢给锁斗加压；
第二步：开启煤粉锁斗顶部的二氧化碳球阀，完 成快速加压,使其压力接近于最终的压力。

锥部缓慢 充压的目的是保证煤粉在煤粉锁斗锥部的充分、常态 化流化，避免煤粉在锁斗锥部出现架桥。

由于设计的 煤粉锁斗容积大，需要顶部快速充压,其目的是在防 止煤粉锁斗与加压设备不能快速地达到相同或较低 的压力，由于煤粉锁斗到煤粉给料仓的煤粉中断，造 成气化炉突然断料。

1.2工艺参数
锁斗是煤粉加压输送的关键设备,其介质是干煤 粉，输送气体采用C02，将煤粉锁斗中煤粉通过载气输
收稿日期：
2018-03-22
作者简介:胡小斌(1990—
男，甘肃平凉，助理工程师,2017年本科毕业于中国石油大学(北京)化学工程与工艺专业，现
从事新型煤气化与煤热解技术工作，E-mail: 2018744183@qq. com。

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送到煤粉给料仓1 [2]。

煤粉锁斗通过煤粉缓冲仓，与煤 粉给料仓的压力联锁控制进行调节，煤粉给料仓工作 压力为3. 168 MPa。

煤粉锁斗规格尺寸及操作条件见 表1〇
表1煤粉锁斗的规格尺寸及操作条件
规格尺寸操作条件外径
高度容积操作设计设计温度/mm /mm /m3压力/MPa 压力/MPa /°C 900
4 697
1. 51
3. 165
5. 05
130
2
煤粉锁斗架桥原因
2.1煤粉性质
粒径、湿含量和休止角等流动特性参数是影响煤 粉连续、稳定流动的重要因素。

煤粉作为一种特殊的 物料，尤其是细颗粒煤粉，流动性较差,水含量较高时 易团聚、结块，致使在锁斗中形成架桥、搭拱，造成进 料不稳定。

压缩性反映粉体的可压缩程度、团聚性及流动 性，与粒径、湿含量有一定的关系。

相同湿含量下，单 位质量的煤粉颗粒表面积随着煤粉粒径的减小而增 加，颗粒表面的附着力增加，颗粒间易团聚、架桥以及 拱桥，使煤粉颗粒的压缩性增大[3]。

休止角是衡量、评价煤粉流动性能的重要指标。

休止角越小,煤粉的摩擦系数越小，粉体易流动，且随 着粒径的减小而增大，随着湿含量的增加而增大[4]。

煤 粉的空隙率在一定程度上影响休止角，空隙率越大， 则休止角越大。

2.2锁斗内架桥分析
煤粉在输送过程中，若对输送气体的温度、压力 性能指标不能严格控制，会造成煤粉中的水含量偏高 或输送气量不足，导致煤粉锁斗出现架桥现象，煤粉 颗粒堵塞出料口而出现下料不畅。

煤粉形成架桥和消 除架桥过程示意图见图2。

(a)形成架桥
（b )消除架桥
图2煤粉形成架桥和消除架桥过程示意图架桥现象错综复杂，主要有以下形成原因:(1) 煤粉粒度过小，冲压过程中锁斗中的煤粉易
被压实，导致下料不畅；
(2)
锁斗出料口较小，煤粉的粒度较大，因而在出
料口附近相互支撑；
(3) 煤粉堆积在锁斗的锥部，导致下料不畅；(4)
煤粉锁斗在顶部快速升压过程中，气流是垂
直向下，造成锁斗内部煤粉向罐壁四周运动，以致煤 粉不能下落。

通过分析可知，只要适当增加部分外力，就可以 破坏架桥现象，使煤粉颗粒稳定下料。

3
煤粉锁斗内部架桥问题的解决方案
由于煤质的不稳定、煤种的切换和操作调整不及
时等因素，固体颗粒在煤粉锁斗内部易架桥、搭桥[5]。

对此，提出3个解决方案，3种方案的煤粉锁斗加压 系统的加压操作步骤和流程与原工艺流程一致。

3.1方案1:正压下料
煤粉锁斗在下料时，由于多种原因，往往不会一 次性将煤粉输送到煤粉给料仓。

在煤粉锁斗向煤粉给 料仓下料过程中，针对下料不畅的问题，通过内外加 压差控制的安全联锁，打开煤粉给料仓放空阀进行泄 压，然后送至气化炉。

再打开煤粉锁斗充压阀进行充 压，采用这种“一泄一充”的方法，迫使煤粉下料。

采用方案1,解决架桥主要是控制煤粉给料仓与 煤粉锁斗之间的压差，利用煤粉给料仓调节阀与煤粉 锁斗充压阀来控制。

方案1中改进后煤粉锁斗系统流 程示意图见图3。

图3方案1中改进后煤粉锁斗流程示意图
3.2方案2:泄压下料
改变泄压方法,将方案1中煤粉给料斗泄压改变 成煤粉锁斗泄压，在煤粉锁斗向煤粉给料斗下料过程
中，针对下料不畅的问题，通过打开煤粉锁斗3个逐 级减压阀中的一级减压阀泄压的方法，迫使煤粉下 料。

采用方案2解决架桥主要是通过一定的时间猛然 泄压来实现。

3.3方案3:压差下料
增加煤粉锁斗过滤器，在煤粉锁斗通往煤粉给料 仓下料过程中，
通过调节煤粉锁斗过滤器所连接的泄
2018年8月胡小斌等:加压气化工艺煤粉锁斗下料问题分析及优化一 51 _
压管线压力调节阀，使煤粉下料。

采用方案3解决架桥问题，主要是通过调节阀，控制煤粉锁斗与给料斗之间的一定压差来实现。

方案 3中改进后的煤粉锁斗系统流程示意图见图4。

图4方案3中改进后煤粉锁斗流程示意图
3.4方案对比分析
从技术角度分析，采用方案1解决煤粉锁斗架桥 时，将煤粉给料仓压力泄压，煤粉送至气化炉，且保持 煤粉给料仓的压力低于煤粉锁斗压力。

在不断间接泄 压过程中，气体带动固体煤颗粒进人气化炉，可以保 证安全，不存在气化炉反窜的问题，但会堵塞泄压管 线，经过多次的煤粉标定，发现此方法解决煤粉锁斗 架桥问题耗时长，在气化炉进料时，会出现断料情况。

采用方案2解决煤粉锁斗架桥时，经打开煤粉锁斗3 个逐级减压阀的一级减压阀，瞬间泄压且煤粉锁斗压 力低于煤粉给料仓压力。

通过实验，发现此方法最直 接、最简便，但是存在安全风险，也存在气化炉反窜的 可能;采用方案3解决煤粉锁斗架桥时，将煤粉锁斗 压力通过锁斗除尘器泄压，送至煤粉贮仓除尘器，且 煤粉锁斗压力低于煤粉给料仓压力，増加锁斗过滤器 内外压差控制的安全联锁，通过实验,发现不存在气 化炉气体反窜的问题，更加的安全可靠。

因此，从技术 方面分析，方案3比方案1、方案2优越。

从检修方面分析，采用方案1,在泄压管道堵塞 时，只需检修给料斗的泄压口、泄压管线以及气化炉 进煤口，操作容易；采用方案2,在发生泄压管道堵塞 时，需要检修煤粉锁斗泄压口、泄压管线、煤粉It仓除 尘器进口及内部的除尘滤芯,检修较困难;采用方案 3,在发生泄压管道堵塞时，需要检修煤粉锁斗泄压 口、泄压管线、锁斗除尘器进出口和内部的除尘滤芯、煤粉C仓除尘器进口及内部的除尘滤芯，且为了保护 除尘滤芯，需用氮气将之吹扫干净。

因此，从检修方面 分析，方案1比方案2、方案3优越。

从解决煤粉锁斗架桥对操作者的要求方面分析，采用方案1、方案2时,存在加压设备内外压差过大 的问题，开车过程中,不允许对加压设备快速充压、泄 压，在安全、操作注意点等方面，对现场工人的操作水 平要求较高。

方案3不存在煤粉锁斗内外压差过大的 问题，开车过程中注意点较少，对现场工人的操作水 平要求较低。

因此，从操作方面分析，方案3比方案1、方案2优越。

4煤粉锁斗下料不畅问题的优化措施
4.1设计方面
为确保煤粉颗粒在设备内呈现出理想的流体类 型，防止形成架桥、搭拱等现象，在设计煤粉锁斗时，从以下方面改进。

(1) 锥体的锥角
休止角越小，固体颗粒流动性越好。

当锥体的锥 角大于休止角时，固体颗粒凭借自身重力沿内壁流 下。

煤气化装置中煤粉颗粒的休止角为30 °,飞灰颗 粒的休止角为40°~70°[6]。

(2) 固体颗粒间摩擦力
一定粒径的固体颗粒干燥程度越高，摩擦力越 小，越不易黏结。

经预热的氮气、二氧化碳等气体进行 干燥处理，以减少固体颗粒之间的摩擦力。

在设备锥 体底部安装充气锥，在锥部进气作用下，固体颗粒之 间充分松动、流化，可有效减少固体颗粒之间的摩擦 力，保证其下料顺畅。

(3) 外部伴热
为了防止设备内因温度过低而出现凝液,在设备 外壁采用低压蒸汽的伴热形式。

设备内温度维持在 60°C~80°C，以防止水蒸气的冷凝[7]，或采用电伴热，使设备维持在较高的温度条件。

(4) 煤粉颗粒与设备内壁间的摩擦力
将设备内壁打磨光滑，涂刷富锌环氧树脂漆，减 少固体颗粒与锁斗内壁间的摩擦力，使煤粉颗粒稳定 下料。

(5) 锁斗下料管线增加吹扫气
锁斗在进料、升压、下料、泄压的过程中，锥部进 气会间歇性中断，底部的煤粉易瞬间沉积、压实，存在 一定的安全稳定隐患。

因此，在锥部进气管线上，增加 旁路并确保阀门处于常开状态，持续给一定的气量，避免因气体中断导致煤粉压实的问题。

(6) 增加笛管
在锁斗的内部设置环绕式吹扫笛管，通过笛管内 部的高压氮气吹扫，
使锁斗内部煤粉处于悬浮沸腾状
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态，可有效避免煤粉的结块、架桥，保证其连续、稳定 的下料。

同时，在锁斗内不断进行的加压、泄压过程中， 防止储存的煤粉在悬浮状态与静止状态之间的不断 转换，进人笛管内部堵塞管口，减弱松动、流化的效果。

4.2操作控制
4.2.1严格控制技术指标
煤粉的物料特性对锁斗的下料影响较大，其水含 量是制约锁斗连续、稳定下料的关键因素之一。

应严 格控制煤粉的水含量，通过采取加热气体吹扫、伴热 保温，保证煤粉温度在6(T C ~8(T C 。

严格遵守操作规 程，确保顺控程序按进料、升压、下料、泄压步骤进行， 下料不畅时，启用破桥程序，保证升压过程中的气体流 量，避免锁斗内由于煤粉压实导致下料不畅的问题。

4.2.2加强设备操作及日常维护
严格执行操作规程，加强设备的日常维护，保证 锁斗及管线的保温伴热效果，防止煤粉中水分结冻而 冲刷阀球表面或造成阀门卡涩开关不严密，定期检 查、清理关键部分的阀门，有必要时可在阀门处增加 吹扫管线。

5结
语
通过对比分析正压下料、泄压下料、压差下料三 种改造方案，可知依靠压差下料在安全方面更具有一 定可行性和有效性。

在设计方面，提出考虑锥体的锥 角、固体颗粒间摩擦力、设置外部伴热以及减少固体 颗粒与设备内壁之间摩擦力的思路，从设计初期减少 架桥的可能。

在操作方面，提出严格控制技术指标、加 强设备操作及日常维护等措施,解决锁斗下料不稳定 的问题。

参考文献：
[1]梁辉.煤气化工艺中煤粉锁斗的控制系统设计[J].
化学工程与装备，2015,37(8): 138-141.
LIANG H. Control System Design of Coal Lock Hopper in Coal Gasification Process [J]. Chemical Engi­neering & Equipment,2015,37(8)：138-141.
[2] 侯卡立.航天炉煤粉加压输送系统下料顺控改造[J].
科技与创新，2015，17( 2): 85-86.
HOU K L. The Provides Material Sequence Transfor­mation of Aerospace Furnace Pulverized Coal Pres­surized Delivery System [J]. Science and Technolo- gy & Innovation, 2015,17(2)： 85-86.
[3] 于遵宏，王辅臣.煤炭气化技术[M].北京:化学工业出
版社，2010.
[4] 郭伟，郭晓镭，吴跃
.煤粉流动性对G S P 气化炉气
力输送的影响研究[J] •煤化工，2014，42(5): 9-14.
GUO W,GU0 X L,WU Y.Study on the Impact of the Flowability of the Pulverized Coal to the Pneu­matic Conveyance of the GSP Gasifier [J]. Coal Che­mical Industry,2014,42(5)：9~14.
[5] 李克海，尹俊杰.壳牌煤粉气化装置料仓架桥的消除
措施[J].化肥设计，2011，49( 1): 24-26.
LI K H,YIN J J. Bridging Eliminating Measures of Silo in Shell Pulverized Coal Gasification Plant
[J]. Chemical Fertilizer Design,2011,49( 1) ：24-26.[6] 李蓉，陈鹏程，张庆龙.GSP 气化工艺煤粉锁斗下料
问题分析及优化[J].煤化工，2014,42(4):13-15.
LI R,CHEN P C,ZHANG Q L. Analysis and Optimization of the Blanking Problems of the Pulverized Coal Lock Hopper for the GSP Gasification Process [J]. Coal Chemical Industry, 2014,42(4) ： 13-15.
[7] 吴跃，李刚健，井云环.GSP 气化技术煤粉密相输送
系统稳定性研究[J].煤炭科学技术，2012，40 (12):
111-117.
WU Y,LI G J, JING Y H. Study on Stability of Pulver­ized Coal Dense-Phase Transportation System for GSP Gasification Technology [J]. Coal Science and Technology，
2012，40 (12) : 111-117.(下转第57页）
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告
2018年8月
张立涛等：兰炭废水预处理技术研究进展
32-35.
277-278.
[21]魏海霞.基于CNTs/Fe304三维电-Fenton降解兰炭废
水[D].西安:西安科技大学，2015.
WANG D,LIU L N,XI Z J,et al. Application of Kaolin in Photocatalytic Treatment of Semi-cok­ing Wastewater [J]. Chemical Enterprise Manage- ment,2016,23(8)：277-278.
[22]王鼎，刘丽娜，席志军，等.高岭土在光催化处理兰
炭废水中的应用[J ].化工管理，2016,23 (8):
Research Progress of Semi-coking Wastewater Pretreatment Technology
Zhang Litao1, Zhang Zhiyu2, Liu Shuo1, An Luyang1, Wang Yunan1 and Meng Qingrui1 (1.Academician Experts Workstation, Sinosteel Anshan Research Institute of
Thermo-energy Co.? Ltd., Anshan Liaoning 114044, China;
2.Environmental Protection Bureau of Qianshan District, Anshan City,Anshan Liaoning 114041, China)Abstract 2 semi -co king wastewater pretreatment technologies including phenol recovery and advanced oxidation pretreatment were reviewed. The phenol extraction and adsorption recovery pretreatment could efficiently recover the phenol in the wastewater, but the loss rate of the extractant was large and the adsorption material was difficult to regenerate. The advanced oxidation pretreatment technology had good treatment effect, but the operating cost was high for the large amount of semi -coking wastewater. In view of the characteristics and problems existing in the treatment process, the outlook of high concentration wastewater treatment technology was described.
Key words semi-coking wastewater, phenol recovery, pretreatment, extraction, adsorption, advanced oxidation techno logy
Analysis and Optimization of the Feeding Problems of Pulverized Coal Lock Hopper in
Pressurized Gasification Process Hu Xiaobin, Li Xiaohong and Huang Yong
(Hydrocarbon Research Center of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Xi^an Shaanxi 710075, China)Abstract The reasons were analyzed for the problems of bridging and unsmooth feeding of pulverized coal lock hopper during the operation of pressurized gasification process, with 3 solutions proposed: the positive pressure feeding (plan 1), pressure relief feeding (plan 2), and differential pressure feeding (plan 3). 3 solutions were compared and analyzed from the aspects of technology, maintenance and operation. The results showed that plan 3 was better than plans 1 and 2 from the aspects of technology and operation, plan 1 was better than plans 2 and 3 from the aspect of maintenance. And it was indicated that differential pressure feeding was more feasible and effective in term of safety. Also, optimization measures were put forward from the aspects of design and operation. Thus, the unstable lock hopper feeding problem was resolved.Key words pulverized coal, lock hopper, pressurized gasification, bridging, feeding
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）。