壳牌煤气化磨煤干燥系统设备故障分析及处理

壳牌煤气化磨煤干燥系统设备故障分析及处理
李强
【摘要】The Shell Coal Gasification Plant was used in the Shenhua Coal Direct Liquefaction Project.Author has introduced the process principle and process flow for coal milling and drying systems in Shell coal gasification plant;has analyzed the reason of fault for coal milling machine , weighing and feeding machine, circulating fan, pulverized coal collector, coal breaking bin;has supposed the appropriate treatment measures and technical reformation schemes.%神华煤直接液化项目采用壳牌煤气化装置。

介绍了壳牌煤气化装置磨煤干燥系统的工艺原理和工艺流程；分析了磨煤机、称重给料机、循环风机、助燃空气风机、煤粉收集器、碎煤仓的故障原因，提出了相应的处理措施和技改方案。

【期刊名称】《化肥设计》
【年(卷),期】2013(000)006
【总页数】4页(P44-47)
【关键词】壳牌煤气化装置;磨煤干燥系统;设备故障;处理措施
【作者】李强
【作者单位】神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古鄂尔多斯017209
【正文语种】中文
【中图分类】TQ545
近年来，随着我国煤化工迅速发展，包括固定床、流化床以及气流床在内的多种煤气化技术均得到了不同程度的应用和发展，而气流床煤气化无疑代表了大规模煤气化技术的发展方向[1]:①水煤浆气化以GE水煤浆气化、多喷嘴对置水煤浆气化、多原料浆气化、非熔渣－熔渣分级气化为代表;②干粉煤气化则以Shell干粉煤气化、GSP干粉煤气化、航天炉煤气化、两段式干煤粉加压气化为代表。

干粉煤气化因煤种适应广、气化温度高、氧耗低等优点得到广泛亲睐，而磨煤干燥装置正常运行是Shell煤气化装置长周期运行的前提，亦是所有干粉煤气化技术面临的共同课题。

笔者以下探讨磨煤干燥系统的工艺原理、工艺流程、故障原因及处理措施，供同行参考。

1 工艺原理
在磨煤干燥系统中，原煤经称重给煤机控制煤量，从中央落煤管落到磨煤机的磨环上，液压加载系统产生碾磨力作用于磨辊，将碾磨滚道上的原煤碾磨成煤粉。

原煤在微负压、惰性环境的磨煤机内碾磨的同时，干燥过程同时进行[2]。

燃料气和空气在热风炉内燃烧产生高温惰性气体，与循环风机加压送回热风炉的惰性循环气体混合后一起通过喷嘴环进入磨环周围，将经过碾磨从磨环上切向甩出的煤粉烘干并输送至磨煤机上部的旋风分离器进行分离，粗煤粉返回碾磨区重磨，合格细煤粉在循环风机抽引作用下进入煤粉收集器，在此煤粉和惰性气体实现气固分离。

合格煤粉粒度要求小于5μm＜10%，大于90μm＜10%。

大部分煤粉因速度降低沉降在煤粉收集器锥部，只有极少部分被布袋过滤，附着在布袋上的煤粉在反吹时脱落掉入收集器锥部。

通过煤粉收集器的惰性气体经循环风机加压，一部分返回热风炉循环回用，另一部分放空至大气，放空量视惰性循环气中水分含量而定。

由干燥理论可知，平衡含水量随着干燥介质的相对湿度增大而增大，随操作温度升高而减小。

因此，热惰性循环气体中水分含量越低、温度越高，煤粉中的水分越容易干燥脱除。

考虑到布袋材质特性，煤粉收集器操作温度控制在150℃以内，操作压力－7 kPa 左右。

2 工艺流程
来自洗煤厂的原煤由带式输送机上的犁式卸料器卸入碎煤仓(V1101A)中，经称重
给煤机(X1101A)控制煤量由落煤管道进入磨煤机(A1101A)，碾磨后的煤粉被抛至风环处。

管网来的燃料气(天然气、液化干气)或PSA尾气与燃烧空气风机
(K1101A/C)提供的空气，按照一定比例送入热风炉(F1101A)内混合燃烧产生高温气体，与循环风机返回的循环气在热风炉(F1101A)中混合，成为温度300℃以下、氧含量低于8%的热惰性气体。

热惰性气体以一定速度通过风环进入干燥空间，对煤粉进行干燥，并将其带入碾磨区上部的旋转分离器(S1102A)中，合格煤粉经管
道送入煤粉收集器(S1103A)，热惰性气体中煤粉含量约为307 g/m3。

煤粉下落
到煤粉收集器锥部的料斗内短时间贮存，并经排粉旋转给料机(X1103A～D)、排
粉螺旋输送机(X1102A/B、X1105A)将煤粉输送至煤粉加压输送单元。

煤粉收集
器滤袋过滤后的热惰性气体固体含量低于10mg/m3，经循环风机(K1102A)加压，大部分循环至热风炉中，部分排入大气放空以维持系统负压和热惰性气体水分要求。

磨煤机(A1101A)及煤粉收集器(S1103A)入口氧含量通过氮气进行调节，系统还设计了消防氮气保障安全。

Shell煤气化装置磨煤干燥系统工艺流程见图1。

图1 Shell煤气化装置磨煤干燥系统工艺流程1—原煤仓;2—称重给煤机;3—旋转
分离器;4—中速辊式磨煤机;5—密封风机;6—煤粉收集器;7—煤粉储仓;8—煤粉储仓;9—循环风机;10—热风炉
3 故障分析及技改措施
3.1 磨煤机拉杆漏粉
磨煤机正常工作时，碾磨力经磨环、磨辊、压架、拉杆、传动盘、减速机、液压缸
后通过底板传送至基础，拉杆在碾磨力传递过程中发挥着重要作用。

磨机拉杆密封是通过密封风进入拉杆密封腔内，由于密封风压力大于磨机内压力，从而防止磨机内煤粒泄漏。

当拉杆磨损或者密封不良时，拉杆处发生煤粉泄露，不仅造成原料浪费，而且污染环境，增加卫生维护的劳动强度。

(1)漏粉现象:磨煤机拉杆处有未充分碾磨的煤粒漏出。

(2)漏粉原因分析:①大块杂物在惯性作用下克服密封气阻力，堆积在压盖部位导致杆拉磨损、直径变小，密封块与拉杆间隙增大、密封失效;②磨机拉杆密封环安装
不正确，不能起到正常的密封作用，密封环随拉杆上下动作，导致有煤粒进入拉杆;③密封风机入口滤网沾灰、密封风量减小时，磨机密封压差降低、密封效果下降，由于原始设计为单台设备运行且无备用，故无法及时清理。

(3)漏粉处理及技改措施:①拉杆密封进行技术改造，在原拉杆密封上增加一套密封，阻止大块杂质进入密封块与拉杆之间磨损拉杆(密封气体正常投用可阻止煤粉进入
密封块与拉杆间隙)，确保拉杆安全运行;②择机对密封风机入口过滤网进行清理，确保风机正常运行;③增加氮气密封流程，当密封风机检修时切换至氮气密封，或
者密封压差低于2.5 kPa时及时投用氮气密封作为压力补偿;④在拉杆处单独布置
氮气管线，增加氮气密封防止漏粉。

3.2 助燃空气风机故障
燃料气和助燃空气按照一定配比送进热风炉内进行混合燃烧，产生热惰性气体作为干燥介质。

助燃空气过量，系统氧含量超标将危及磨煤干燥系统安全运行;助燃空
气不足，燃料气燃烧不充分，系统一氧化碳含量超标，易引起操作人员的误判及触发联锁补充氮气，也影响系统的安全运行。

因此，助燃空气风机正常运行，对热风炉的稳定运行至关重要。

(1)故障现象:①助燃风机跳车;②助燃风量波动大;③热风炉主火火检信号消失。

(2)故障原因分析:①仪表故障，助燃风量显示值低于2 500 m3/h连锁值;②助燃风
调节阀故障;③助燃风机机械故障;④助燃风机电机故障或控制回路故障。

(3)故障处理及技改措施:①仪表调校，消除引压管冻、接口松动等问题，确保仪表指示准确;②磨煤干燥系统停车，调节阀下线维修;③磨煤干燥系统停车，助燃风机设备维修;④电机故障排查;⑤在实际运行过程中，系统设计循环风量较大，外排气量也较大，正常运行中系统水分含量未饱和，稀释风投运较少。

技改措施是在助燃风机和稀释风机出口增加旁路，将原始设计的稀释风机改为助燃风机备机，从而使助燃风机为1开1备，保障系统稳定运行。

3.3 煤粉收集器布袋烧坏
煤粉收集器是一种高效的袋式除尘器，采用外滤方式。

清煤粉时，脉冲阀在瞬间将压缩气体释放出来，通过喷吹管送入滤袋内，并诱导带入大量的二次风进入滤袋进行喷吹，煤粉便从滤袋表面脱落。

滤袋是煤粉收集器的核心部件，一旦滤袋烧坏，煤粉将从放空口进入大气并污染环境。

(1)故障现象:①煤粉收集器进出口压差超标;②煤粉收集器出口粉尘含量超标;③系统放空口排放气体变黑。

(2)故障原因分析:①布袋在高温环境下长期与煤粉接触老化，物理化学性质发生改变，使用寿命到期;②煤粉收集器入口温度、氧含量超过其设计值;③反吹氮气压力不足，或者反吹气量不够，布袋上的煤粉不能彻底清除;④反吹间隔时间长，或反吹阀故障，布袋上的煤粉不能及时清除;⑤布袋固定不牢，脱落堵塞收集器锥部，煤粉无法向下输送;⑥来料过多，煤粉旋转给料机输送能力或下料管直径有限，煤粉收集器锥部料位升高;⑦煤粉板结，煤粉输送系统不畅。

(3)故障处理及技改措施:①对使用寿命到期的布袋及时更换;②严密监控煤粉收集器入口温度、氧含量，使之在工艺指标范围内;③增加1个氮气缓冲罐，与原始设计的缓冲罐串联，保证反吹压力和反吹气量稳定;④增加备用氮气流程，当0.45 MPa 氮气反吹压力不足时切至备用氮气，经压力调节阀减压后作为反吹气源，确保煤粉
收集器具有足够的反吹压力;⑤在煤粉收集器内增加折流板，促使煤粉沉降，降低布袋过滤负荷;⑥煤粉收集器锥部增加插板阀，便于隔离检修;⑦增大煤粉旋转给料器和下料管直径，加快煤粉输送速度;⑧增加伴热密度和保温厚度，防止煤粉板结;⑨将收集器方形锥部改为圆形，防止煤粉沉积附着。

3.4 称重给煤机故障
称重给煤机在全封闭状态下连续输煤，对煤量瞬时值和累积量进行计算。

当称重给煤机发生故障时，碎煤块无法由碎煤仓输送到磨煤机，或者给煤量指示失真，将影响整个磨煤干燥系统正常运行。

(1)故障现象:①给煤量波动大;②磨机出口温度上涨;③给煤机停，联锁停磨煤机。

(2)故障原因分析:①仪表故障，给煤量显示值失真;②碎煤仓内壁衬里剥落，刮破给煤机皮带或者卡塞链条;③碎煤块中大块金属物、大煤块卡塞给煤机皮带;④称重给煤机过载;⑤称重给煤机减速机、变频器故障。

(3)故障处理及技改措施:①仪表调校，消除仪表线断、接口松动、计算器参数设置不正确等问题，确保仪表指示准确;②碎煤块洗选时控制粒径在30mm以下，避免大煤块卡塞链条;③碎煤仓内壁由聚四氟乙烯衬板更换为不锈钢衬板，防止聚四氟乙烯衬板剥落而损坏皮带或卡塞链条;④给煤机零负荷或低负荷启动，运行中给煤机不能超过其设计值。

3.5 循环风机液力偶合器故障
循环风机是磨煤干燥系统气力输送、煤粉水分干燥、煤粉力度控制的最为关键的设备机组之一，属于Shell粉煤气化的特护机组。

由于特定的工作环境、工况性质而决定了液力偶合器的必要匹配性。

神华某煤化工厂采用大连某液力机械设备总厂生产的调速型液力偶合器，在运行过程中几台液力偶合器的调速勺管不同程度的发生了勺管振动现象。

生产实践表明，一旦勺管振动就会引起从动机构(风机转子)的转速波动，长时间剧烈震动会损坏偶合器内部零件如泵轮及涡轮上的导流片。

(1)故障现象:当勺管伸出量给到36%以上时，勺管开始振动，且伸出量越大，勺管振动也越大，勺管振动时风机电流、转速波动。

(2)故障原因分析:①执行器与勺管连接部位松动;②执行器型号不合理，抗干扰、抗振动能力小;③勺管壳体与勺管间隙太大;④泵轮与涡轮端面喇叭口或产生缺陷;⑤油中带水或执行机构输出扭矩小[3]。

(3)故障处理:①检查松动部位进行加固;②更换合适的执行器;③更换勺管壳体;④检
查泵轮与涡轮断面和配合尺寸进行调整或维修;⑤更换润滑油或执行机构并在管路
上加过滤网。

3.6 磨煤机振动
磨煤机是磨煤干燥系统中的核心设备，磨煤机的稳定运行是系统稳定运行的基础。

神华某化工厂Shell煤气化磨煤干燥系统中所用磨煤机为北京某电力设备厂生产的ZGM123G中速辊式磨煤机。

在日常运行中磨煤机的振动是操作人员遇到的最多
问题之一。

磨煤机经常振动极易导致磨煤机机件、连接管道损坏。

(1)振动现象:①磨煤机电流波动大;②磨煤机本体剧烈晃动;③磨煤机地面有明显振动感。

(2)振动原因分析:①碾磨件间有异物;②磨盘内煤量少或煤量过多;③导向块磨损或间隙过大;④碾磨件损坏;⑤蓄能器中氮气过少或气囊损坏。

(3)振动故障处理:①停机，消除异物，检查磨内部件是否脱落，当磨煤机进入铁块
等高硬度异物时，应及时消除，否则会损坏碾磨件;②根据磨煤机磨盘煤层厚度，
调整给煤机给煤量;③更换导向块或调整间隙;④更换碾磨件;⑤停磨煤机和液压油站，充气检查蓄能器。

3.7 碎煤仓自燃隐患
煤与仓内残留的氧气发生缓慢氧化，在生成一氧化碳和二氧化碳的同时释放出热量。

如果煤储存量较大而煤耗较低，或者煤在碎煤仓中长时间储存，由于气流不流通，
热量无法带走，将导致煤仓内温度持续升高而进一步加速煤与氧气的反应，当温度达到煤的燃点，且氧气含量足够时，就容易发生煤的自燃或爆炸。

(1)碎煤仓自燃现象:①碎煤仓温度上涨;②一氧化碳和二氧化碳浓度过高。

(2)自燃原因分析:①碎煤仓内煤储量过大而煤耗较低，或者煤在碎煤仓中长时间储存;②碎煤仓中氧含量较高。

(3)碎煤仓自燃的预防及处理措施:①加强碎煤仓温度变化的监控;②增加1个CO在线分析仪，有助于对煤粉自然现象发生的判断;③碎煤仓袋滤器反吹气源由空气改为氮气，使碎煤仓内的气氛惰性化;④系统长时间停车前，应将煤消耗完保持空仓;如果停车时间较短则可充氮气进行保护。

参考文献:
[1]于遵宏，王辅臣，等.煤炭气化技术[M].北京:化学工业出版社，2010.
[2]苏志强，郭肖选.Shell煤气化磨煤干燥系统运行分析[J].河南化工，2011，
28(8):51－55.
[3]陈庆华.液力偶合器故障之运行分析及处理方法[J].安徽电力，2002(4):49－50.。