粉煤气化装置中捞渣机的设计及运行分析

马 铁 丁建平 郑 帅 吕俊博 安 硕

（航天长征化学工程股份有限公司)

粉煤气化装置中捞渣机的设计及运行分析

马 铁*丁建平 郑 帅 吕俊博 安 硕

（航天长征化学工程股份有限公司)

分析了粉煤气化装置中捞渣机的运行情况，以及采用 “三高煤”为原料气化时捞渣机的设计选型和优化，并有针对性地提出了设计改进建议。

粉煤 气化 捞渣机 三高煤 气化炉 炉渣

0 前言

航天长征化学工程股份有限公司的粉煤加压气化技术中采用的捞渣机，一般与电厂使用的捞渣机相类似。这种捞渣机主要由驱动装置、刮板链条、壳体、贮水槽、疏水筛和控制系统组成[1]。本文针对航天粉煤气化技术液态排渣的工艺要求，以及运行过程中出现的问题，对捞渣机的设计选型进行优化，对设备的结构形式进行改进，从而保证了工艺流程中上下游工艺的稳定性，提高了粉煤气化装置的运行可靠度。

1 粉煤气化装置中捞渣机的工况分析及设计要求

加压输送的粉煤在气化炉内与气化剂 （蒸汽稀释的氧）在高温高压下发生部分氧化反应，生成合成气 （主要为CO及 H2）和液态渣 （熔渣）。气化炉内的燃烧温度为1520℃，压力为4.0 MPa(G)。熔渣经激冷环及下降管被水激冷后，沿下降管被导入激冷室的水浴，熔渣迅速固化，合成气被水饱和。激冷后固化的熔渣为玻璃状颗粒，绝大部分迅速沉淀。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。

渣锁斗中的渣水每隔30 min排入捞渣机渣池一次，每次持续时间大约为2 min。因此渣池前仓在短时间内，会积贮大量的炉渣和渣水。这些炉渣是煤中灰分和少量未燃尽碳在熔融状态下经水激冷而形成的固体颗粒。循环使用的激冷水即为过滤后的灰渣水，其 pH 值为 6.5～9.0，并溶有微量的CO、CO2、H2S、NH3（有气味）等气体和其它金属离子以及铵盐、甲酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硫化物等。磨蚀性较强的炉渣和腐蚀性较强的灰渣水，其排泄时的冲刷作用和滑动时的磨蚀作用都较强。因此，在捞渣机的渣池前仓进口必须有耐冲刷措施，在渣仓底部必须有耐磨蚀措施，所有与渣水及其蒸汽接触的构件都必须有耐腐蚀措施。捞渣机要在最多25 min内将排入渣池的炉渣捞出。随渣一起排泄的灰渣水和部分未沉降的细渣溢流到捞渣机渣池后仓，由渣池泵抽出并送入净化单元。

对于灰含量高的煤，捞渣机的设计选型就显得更加重要。首先，要考虑固体渣对设备壳体的冲刷、磨损；其次，要考虑到大量的冲洗水是间歇流下来的，因此捞渣机贮水仓的贮水能力要足够；再次，要考虑激冷水的酸性，选用合适的设备材料；最后，要重视刮板链条的材质选择，这是至关重要的[1]。

2 粉煤气化装置中捞渣机的设计参数

航天粉煤气化技术是适应于各种煤质条件的气化技术，随着优质烟煤的价格上涨，现在已更多地应用到以蒙东褐煤、晋城 “三高煤”为原料的煤气化项目中。同时，随着航天粉煤气化技术2000 t级炉型的成熟及其应用越来越广，对捞渣机的处理能力要求也更大。下面以晋城 “三高煤”为例，介绍捞渣机的设计选型过程，相关设计参数如表1、表2所示。

表1 捞渣机进料参数

应当说明，设计参数粗渣进料量为6566 kg/h，这是考虑了当地煤质在气化反应后粗渣的最大生成量；进水量确定为64 227 kg/h，是综合考虑了上游设备锁斗冲洗水缓冲罐的容积和冲洗过程中料位的变化。

3 粉煤气化装置中捞渣机的故障分析

粉煤气化装置在运行过程中，由于设备尺寸选择、煤质变化和部件材质等方面的设计和非设计原因，捞渣机常发生壳体腐蚀、传动装置卡壳、减速机损坏和负荷不能满足排渣要求等问题，具体情况如下。

表2 典型渣成分

（1）捞渣机负荷太小。由于原料煤的灰分含量变化较大，造成每次排渣的量变化较大，以致在捞渣过程中无法将渣捞干净，出现捞渣机前仓堆积固渣的问题。

（2）渣中灰分的成分和粒径对于链条、轴承和齿轮的磨损影响较大，也会导致链条的长度发生变化。运行一段时间后，捞渣机的上升段和斜交段会出现卡链和折叠的情况，还会出现输送能力不够、刮板拉斜等现象，需要将链条拆除部分链节，才能满足链条张紧度的要求。

（3）由于气化炉负荷变化较大，在煤质变化较大的情况下，会出现大块的渣，这时需要增加锁斗冲洗水缓冲罐的冲洗水量和冲洗频率。当大量的冲洗水进入捞渣机后，捞渣机的负荷增大，就会出现过载、断链和减速机损坏等故障。同时，由于冲洗水量大，贮水仓的容积不够，因而导致捞渣机集渣过程中发生向外溢流的现象。

（4）捞渣机顶部的斜交段在气化炉激冷后，其水温为76℃，同时渣锁斗属于压力交变设备，因此在下料过程中会发生闪蒸，出现不凝性气体，容易造成环境污染、气体积聚等危险。

（5）在捞渣机的出口处，一般设置有暂存罐和电动闸板阀。捞上的渣和水暂存于暂存罐中，直到运渣车到后，才打开电动闸板阀，将渣排放至车上运走。捞出的渣含有40%～50%的水分，在渣的运输和输送过程中会出现水分遗洒。在冬季温度低时，水分结冰冻结在车辆或输送皮带上，会影响连续生产。

4 设备选型和工艺优化

（1）在设备采购数据表编制过程中，在捞渣机的前仓容积设计计算时需考虑灰含量大的校核煤种的工况，适当提高前仓的容积。考虑到进料量的变化，应提高刮板能力，故采用变频电机进行驱动，这样就可以满足锁斗的泄料量突然增加到最大时的极端工况，减少前仓的渣的堆积。

（2）为了适应 “三高煤”硬度大、酸性灰含量高的特性，采购中要求捞渣机厂家在机械设计时对设备采用的材料进行表面调质处理；对传动链条和拖动链条采用高强度合金钢并进行渗碳处理，以提高链条、刮板部件的耐磨性。为了防止固渣从锁斗直接落到前仓底部对设备底部造成磨损，影响捞渣机使用寿命，需要在设备内部设计安装防冲蚀和磨蚀的耐磨衬板。

对于捞渣机链条和导轮的冲洗，要确保冲洗效果，保证链条表面清洁，因此需将捞渣机的冲洗水水源改为一次水，将冲洗水的入口由一处改为两处，确保提升段的链条不被二次污染。捞渣机的驱动链轮和驱动轮下方的槽体内部用一次水进行冲洗，以确保捞渣机回程和下槽体的链条清洁，延长链条的使用寿命。

（3）由于捞渣机斜交段顶部黑水的温度较高，因此考虑在斜交段上设置放空管道，将闪蒸不凝气和水蒸气引到高处放空，以减少对环境的影响。

（4）在捞渣机出口暂存罐下增设震动疏水筛，通过震动脱水将渣中的水含量由40%～50%减少到30%甚至以下，以满足汽车运输的要求 （按照渣的运输经验，通常要求渣中的水含量小于30%）。

经震动疏水筛收集的水由管道导入到捞渣机前仓。考虑到震动疏水筛的高频震动和渣锁斗的交变震动，需要在结构上设置相应的软连接，以减少设备间的互相影响。

5 结论

（1） 粉煤气化装置中的捞渣机设计时要充分考虑煤质的影响，特别是 “三高煤”对设备本体、运转部件的磨蚀、腐蚀等问题。可以对设备内壁冲水面采用内衬玄武岩铸石板以减少磨蚀；可在设备内壁复合304不锈钢材料以防止黑水腐蚀。

（2）捞渣机设备上的刮板、链条和导轮由于受粉煤磨损，需要经常更换。因此设计采购过程中相应的部件应尽量采用耐磨材料加工，这样就可以减少捞渣机运行维护费用。在捞渣机设计选型中，要对采购费用和运行费用进行综合考虑，获得最佳方案。

（3）由于 “三高煤”的煤灰硬度和捞渣机内部刮板链条的磨损系数无法精确计算，因此捞渣机的性能需要在粉煤气化装置的运行过程中仔细观察，在运行过程中不断优化设备的设计选型。

[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，2001.

Design and Operation Analysis of Slag Conveyor in Pulverized Coal Gasification Plant

Ma Tie Ding Jianping Zheng Shuai Lü Junbo An Shuo

The operation of the slag conveyor in the pulverized coal gasification plant is analyzed,as well as the design selection and optimization of the slag conveyor using the"tri-high coal" as raw material.And some targeted suggestions are put forward to improve the design.

Pulverized coal;Gasification;Slag conveyor;Tri-high coal;Gasification furnace;Slag

TQ 051.2

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.04.006

2016-08-20)

*马铁，男，1979年生，硕士，高级工程师。北京市，101111。