粉煤气化装置捞渣机系统的优化设计

第2期2018年3月
中氮肥
M-Sized Nitrogenous Fertilizer Progress
No. 2
Mar.2018粉煤气化装置捞渣机系统的优化设计
刘明亮，韩勇，栗波，刘立业
(航天长征化学工程股份有限公司，北京101111)
[摘要]针对现有粉煤加压气化装置中捞渣机故障较多、影响气化装置稳定运行的问题，对原捞渣机 工艺系统进行优化，从而可解决不同气化系列之间捞渣机的互备问题，保证气化装置的长周期、稳定运行。

同时指出，对于新建气化项目，优化后的工艺系统可取消事故渣池、抓斗起重机、事故渣池菜等设备，减少 项目的一次性投资，改善气化装置的环境卫生，已开车气化项目通过技术改造也完全可实现捞渣机的互备。

[关键词]粉煤加压气化；捞渣机；工艺系统；优化设计；互备
[中图分类号]TQ545 [文献标志码]B[文章编号]1004 -9932(2018)02 -0029 -03
〇引言
在粉煤加压气化工艺中，灰渣主要以2种方 式外排：一种是以粗渣形式，通过捞渣机、振动 筛处理，其含水量降至20%以下后由汽车或皮 带运出界区；另一种是以细灰形式，经真空过滤 机脱除细灰中的水分至60%后由汽车或皮带送 至锅炉掺烧。

其中，由于粗渣排放量占粉煤加压 气化装置总灰量的60% ~ 80%，因此捞渣机运 行的可靠性及稳定性，在气化灰渣处理系统中的 作用尤为关键。

捞渣机由驱动装置、刮板、链条、壳体、贝亡水槽和控制系统等组成[1]。

由于捞渣机组成部 件较多，属于连续运转设备，且其工作条件较为 恶劣，故捞渣机在运行过程中经常出现链条脱 落、链条断裂、链轮夹链、刮板倾斜、刮板腐 蚀、刮板脱落、张紧轴承损坏、内导轮损坏等故 障，而捞渣机出口振动筛则易出现弹簧跑偏及振 动筛磨损等故障。

当捞渣机出现故障时，捞渣机必须停车，气 化装置周期性产生的粗渣则经渣锁斗、事故管线 排至事故渣池，人工清理捞渣机后再进行故障处 理；如果捞渣机的故障处理耗时较长，事故渣池 不足以接受更多的粗渣和灰水时，就会对气化装 置的连续、稳定运行造成影响，严重时甚至迫使 气化装置停车，造成较大的经济损失。

为此，工
[收稿日期]2017-09-11
[作者简介]刘明亮（1983—），男，河南林州人,工程师，主要 从事煤气化技术方面的工作。

厂、设备厂家或设计院通常采用对捞渣机、振动 筛本体易发生故障的部位进行技术改造的方案以 求解决问题，如对刮板装置、张紧装置、内导轮 装置进行改造，但这种方案只是延长了捞渣机工 艺系统的运行时间，并不能充分保障气化装置的 长周期、稳定运行。

因此，对现有的整套捞渣机 系统进行优化设计显得非常必要。

1捞渣机工艺系统简介
加压输送的粉煤在气化炉内与气化剂（蒸 汽稀释的氧）在高温高压（温度1 400 ~ 1 600 °C、压力4.0 MPa)下发生部分氧化还原反应，生成粗合成气（主要是C0&H2)和液态渣 (熔渣）；熔渣经激冷环及下降管被水激冷后沿 下降管被导入气化炉下部激冷室中水浴，熔渣迅 速固化，粗合成气则被水饱和；激冷后固化的熔 渣为玻璃状颗粒，绝大部分迅速沉淀，之后通过 破渣机和渣锁斗的作用，并利用渣锁斗缓冲罐内 的水将固化的熔渣定期排至捞渣机中[2]。

捞渣 机的主要作用是不断接受来自渣锁斗的粗渣和黑 水，并将粗渣捞出送振动筛滤水，粗渣含水量降 至20%以下后由汽车或皮带送出气化界区，黑 水则经渣池泵送至渣水处理系统回收利用。

原工艺系统按照单台气化炉配置单台捞渣机 设计，捞渣机进口设置有共用的事故管线。

以2 个气化系列为例，其捞渣机原始工艺系统设计如 图1。

捞渣机正常运行时，1#盲板2、2#盲板2关 闭，1#盲板1、2#盲板1打开，1#气化炉产生的
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粗渣经1#渣锁斗进入1#捞渣机，2#气化炉产生 的粗渣经2#渣锁斗进入2#捞渣机，粗渣经过捞
渣机和振动筛处理后，由汽车或皮带送出界区。

当其中一个系列的捞渣机系统出现故障时，如
1#捞渣机出现运行故障，1#盲板1切换至关闭，同时1#盲板2切换至打开，1#气化炉产生的粗渣 排入事故渣池沉渣区，之后粗渣由抓斗起重机抓 取至堆渣区沥水，然后由汽车或皮带外送；沉渣 区中的黑水经沉淀后则进入澄清区，由事故渣池 泵送至渣水处理系统回收利用。

化装置排渣时，事故管线易出现堵塞，且事故管 线直径较大，采用冲洗水冲洗的方式疏通效果较 差，导致事故管线内常常残留灰渣和冲洗水，当冬季气温较低时，残留水结冰，事故管线更易堵 塞，造成气化装置排渣不畅，最终可能导致气化 装置停车。

另外，事故渣池一般设置在气化框架 附近，当抓斗起重机和事故渣池泵不能及时在下 一个排渣周期到来之前将事故渣池中粗渣和黑水 送出时，常常造成事故渣池的渣和黑水外溢，严 重影响气化框架的环境卫生。

2捞渣机工艺系统的优化设计
优化后的捞渣机工艺系统仍按照单台气化炉 配置单台捞渔机设计，捞渔机进口仍设置有共用 事故管线，但与原工艺系统相比，优化后的系统 用6台气动切断阀替代了4个盲板，并取消了事 故渣池、抓斗起重机及事故渣池泵。

优化后的捞 渣机工艺系统如图2。

当捞渣机正常运行时，以1#气化装置为例，1#阀1由顺控控制启闭，1#阀2打开，1#阀3和1#阀4关闭，此时2#阀3和2#阀4也关闭；当1#捞渣机出现故障时，1#阀2关闭，1#阀3和2#阀4打开，1#阀4和2#阀3依然关闭，1#气化炉产 生的粗渣由2#捞渣机处理。

同理，当2#捞渣机 出现故障时，1#气化炉和2#气化炉产生的粗渣可 由1#捞渣机处理，从而实现双系列气化装置捞 渣机的互备。

原捞渔机工艺系统通过倒盲板实现粗渣与黑 水由捞渔机切换至事故渣池，顺控程序要求在1个排渔周期即30 min内完成倒盲板工作，由于事 故管线管径较大，加之受现场工作空间的限制，难以多人开展工作，导致现场工作量较大；同时，气化炉内产生的部分有毒有害气体，如NH3、CH4、CO等，随粗渣、黑水排至捞渣机，给盲板 切换操作带来较大的安全隐患。

而优化后的捞渣 机工艺系统由气动切断阀替代盲板，既减轻了现 场工作量，减少了现场工作人员接触有毒有害气 体的可能，又有利于系统自动化水平的提高。

3捞渣机工艺系统优化设计的注意事项
3.1控制程序的设计
在原捞渣机工艺系统中，渣锁斗排渣顺控程 序的主要功能是保证气化炉激冷室内的粗渣按一 定步骤安全、顺利地排入渣池，一般要求渣锁斗 中的渣水每隔30 min排入捞渣机1次，每次排 渔持续时间大约为2 min,集渔时间为28 min。

假设粉煤加压及给料系统不变，气化炉与渣 锁斗容积也与原设计保持一致，则优化后的捞渣 机工艺系统渣锁斗排渣顺控程序需作如下修改。

(1)
在顺控程序中增加手动切换按钮，即
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刘明亮等：粉煤气化装置捞淹机系统的优化设计• 31 •
1#气化炉产生的粗渣可选择排入1#捞渣机或2#
捞渣机，2#气化炉产生的粗渣也可选择排入2#捞 渣机或1#捞渣机；现场人员判断捞渣机出现故 障后，由中控操作人员在D CS 中启停不同状态 的捞渣机。

(2)在原捞渣机工艺系统中，从渣锁斗排 入前仓的黑水量约为1罐渣锁斗冲洗水罐的水 量。

而优化后的捞渣机工艺系统中，当1台捞渣 机出现故障时，1#气化炉的粗渣与2#气化炉的粗 渣交替排入共用的捞渣机，由于每个排渣周期为 2 min ，故2个气化系列交替排渣时间间隔最小 为2 min ，但由于排渣程序结束5 min 后要打开 前仓和后仓联通阀，在10 min 内由渣池泵将1 个气化系列的黑水排出系统，这样2次排渣时间 间隔就为17 m in (包括2 min 的排渣时间），渣 池泵负荷波动就会较小，从而有利于保持黑水系 统的平稳运行。

捞渣机的额定流量富裕度越大， 2个气化系列排渣时间间隔可调范围就越宽。

3.2设备的设计
(1) 捞渣机的处理能力。

每30 min 内，1#
气化炉产生的粗渣和2#气化炉产生的粗渣交替 排入捞渣机，即捞渣机的处理能力至少应适应2 台气化炉产生的粗渣量。

正常情况下，捞渣机的 最大处理能力由设计煤种的灰分和渣锁斗循环周 期来确定，然而，由于我国煤炭供应的特点，实 际运行中，到厂原料煤的灰分常常和设计煤种有 较大的偏离，入炉煤灰分甚至较设计煤种灰分高 出1倍以上，使得捞渣机经常处于超负荷运行状 态，易造成设备损坏。

由于原工艺设计中捞渣机 的处理能力即是按设计煤种灰分的2倍予以考虑 的[3]，故优化后的捞渣机工艺系统中，新建气 化项目的捞渣机处理能力可与原设计捞渣机的处 理能力一致，而已开车气化项目的捞渣机无需进
行技术改造即可满足要求。

(2) 渣池泵的额定流量。

当1#气化炉和2#
气化炉的排渣间隔时间为17 min 时（包括2 m in 的排渣时间），渣池泵处理单系列气化黑水耗时 约为10 min ，此时渣池泵的流量基本稳定，渣池 泵1 h 内的额定流量应为6罐渣锁斗冲洗水罐的 水量。

在原捞渣机工艺系统设计中，渣池泵的额 定流量一般为单台气化炉粗渣水量的1.15〜 1.20倍，且渣池泵一般设置为一开一备，故优
化后的捞渣机工艺系统中，新建气化项目的渣池 泵仍可按一开一备配置，但新渣池泵的额定流量 应为原渣池泵额定流量的3倍；而已开车的气化 项目需增加渣池泵，以满足顺控程序要求的间隔 时间，顺利完成排水操作。

总而言之，对于新建气化项目，捞渣机处理 能力可维持不变，但渣池泵的额定流量需增大; 对于已开车气化项目，捞渣机处理能力可满足优 化后工艺系统的要求，但应增设渣池泵，以满足 排水的要求。

可见，原捞渣机工艺系统通过技术 改造，完全可满足气化工艺系统运行的需要。

(3)捞渣机与事故管线之间新增捞渣机管 口。

由于排入捞渣机的物料为粗渣和黑水的混合 物，该混合物固含量较高，固体颗粒的尺寸也较 大，为避免管线堵塞，粗渣经渣锁斗排入捞渣机 的主管线垂直落入捞渣机，事故情况下可通过主 管线斜向下的45。

三通进入事故管线进行疏通，故 每台捞渣机应设2个渣、水进口，且为避免固体
颗粒的磨蚀，进口管下方需设置高铬铸铁耐磨件。

4结论与建议
(1) 与原捞渣机工艺系统相比，优化后的 捞渣机工艺系统取消了事故渣池、抓斗起重机、 事故渣池泵等设备，节约了项目的一次性投资。

(2) 优化后的捞渣机工艺系统实现了不同 气化系列捞渣机的互备，可避免因捞渣机故障造 成的气化装置停车事故，有利于实现气化装置的 长周期、稳定运行。

(3) 取消了事故渣池，有利于改善气化框 架的环境卫生。

(4) 对于已开车的项目，可通过增设渣池 泵、捞渣机管口、气动切断阀等技改实现捞渣机 的互备，以利于气化装置的长周期、稳定运行。

[参考文献][1] 《中国电力百科全书》编辑委员会，中国电力出版社《中 国电力百科全书》编辑部.中国电力百科全书：火力发电 卷[M ].北京：中国电力出版社，2〇01.
[2] 马铁，丁建平，郑帅，等.粉煤气化装置中捞渣机的
设计及运行分析[J ].化工装备与技术，2017, 38 (2): 20 - 22.
[3] 刘新合.煤气化装置捞渣机结构设计及性能参数研究[J ].
化学工程与装备，2013 (3): 42-44.。