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水煤浆制备中棒磨机系统常见问题及改进措施

时间:2024-07-28

王 明

(国能包头煤化工有限责任公司,内蒙古包头 014010)

水煤浆是一种煤基流体燃料,是根据不同的煤种和水质,添加特定成分的添加剂混合而成的工业燃料。通常情况下,其流动性能好、雾化效果优、燃烧效率高,因而在近些年煤化工的大发展中,水煤浆技术得到了广泛运用,其制备技术也在不断地发展完善。

为了更好地平衡流体输送能力与燃烧效果,水煤浆的浓度通常应保持在58%~62%(质量分数);其在常温下的表观黏度不得高于1 000~1 200mPa·s;对其稳定性也有较高要求,一般要求静置20d不能产生不可恢复的硬质沉淀物;为了更充分地燃烧,煤浆粒度上限为300μm,小于75μm的颗粒质量要高于75%。以上几个条件存在互相依附并制约的关系,这无形中给高性能的煤浆制备提高了难度。所以,在煤浆制备过程中,煤质的选择、水质的控制、添加剂的适配、专用设备的性能以及操作人员的技能水平,都制约着煤浆的高性能制备。

本文根据煤浆制备的综合特点,结合某厂180万t/a煤制甲醇项目的多年运行情况,针对煤浆制备单元出现的工艺、设备以及操作问题进行了优化改造,通过优化使得煤浆制备操作工艺更加流畅,同时延长了设备使用寿命,为生产的长周期平稳运行提供了经验依据。

1 水煤浆制备系统中棒磨机简介

1.1 棒磨机的结构原理

某公司水煤浆制备的棒磨机系统,是在规格为4.3m×6.0m的湿式溢流型棒磨机内,装载约140t的钢棒,钢棒分三种规格按照3∶4∶3的比例加入筒体内。小于10mm的原料煤、回收利用的工艺水以及一定浓度的添加剂,经输送后进入棒磨机的筒体内。钢棒以及物料与筒体在电机带动下旋转,当达到一定高度后自由落体,在钢棒的重击挤压研磨以及原料自身的研磨共同作用下,经过操作控制磨出合格粒度分布的水煤浆,最后在棒磨机尾部滚筒筛的过滤下,去除大颗粒以及杂质,将合格的水煤浆送入后续系统。

1.2 棒磨机的结构特点

(1)棒磨机的衬板在选型时,采用了材质为70SiMnMo的钢衬板,相对橡胶衬板而言,耐磨性强,不容易破碎,使用寿命更长,但是更换难度偏大,对维修人员的技术水平要求较高。

(2)在棒磨机的轴瓦选型中,为了保障关键零部件的使用寿命,同时降低启动力矩,高低压润滑选用了不刮瓦滑动轴承,在减少现场检维修工作量的同时,也能降低烧瓦的概率。

(3)棒磨机的筒体法兰采用了自动焊接结构,可严格保证焊缝质量,筒体整体退火,消除卷板焊接应力,有效防止变形开裂。

(4)棒磨机的离合器选用气动离合器,具备分段启动大功率电动机功能,使得整个磨机的启动过程更加平稳顺畅,充分保障电机低载荷启动,降低对生产中整个电网的冲击。同时机械部位的平稳转动,也减少机械冲击,延长了整个设备使用寿命。

(5)棒磨机在运行中,由于棒磨机的工作特点——“钢棒以及物料与筒体在电机带动下旋转,当达到一定高度后自由落体”,长时间运行后,会出现不同程度的筒体漏浆情况。

根据棒磨机的结构原理以及特点,在近些年运行中发现了设备本身以及外在系统的一些故障问题,本文针对棒磨机的水系统、本体系统以及其他系统的问题进行分析并提出相应的改进措施。

2 棒磨机给水系统问题分析与技术改进

2.1 技术改进原因

在原始设计中,煤浆制备的用水是含杂质较少的低压灰水,同时定期补充新鲜水。经过多年的运行,为了满足公司整体水平衡以及节能降耗的新要求,逐步将外部水引入煤浆制备系统,使得给水系统成分较为复杂。

棒磨机给水系统改变后,由于接收MTO净化水、废碱液、污泥水、含油废水等,系统水质变差,管壁、泵壳、叶轮等部位结垢严重,棒磨机的供水量已不能满足生产需求。采用高压清洗棒磨机给水管线需将棒磨机系统长时间全线停车,且在高压清洗时,气化炉不得不减负荷运行,对生产系统造成很大的影响。

2.2 技术改进方式

为了能在不影响系统负荷的情况下解决棒磨机系统的供水问题,为棒磨机给水系统增加备用管线,与原管线互为备用,运行到一定周期可以相互切出高压清洗。

从棒磨机给水泵出口管线配一根总管到1#~6#棒磨机给水处,与原给水总管并齐。棒磨机给水泵出口总管增加一个闸阀,出口至1#~6#棒磨机处每隔30m增加一个短节,便于切出高压清洗。棒磨机给水总管至1#~6#棒磨机给水配支管,与原支管相连,并在总管根部增加一个闸阀。

2.3 棒磨机给水系统增加备用管线示意图

棒磨机给水系统增加备用管线示意见图1。

图1 棒磨机给水系统增加备用管线示意图

2.4 技术改进效果

技术改进后,满足了棒磨机的供水需求,当棒磨机接收各类废水,造成设备、管线结垢时,棒磨机给水泵和棒磨机给水管线可以在线相互切换清洗,不至于造成磨煤机停车影响气化炉负荷,为整个系统安全运行提供了可靠的保障。

3 棒磨机自身系统问题分析与技术改进

3.1 气动离合器气源技术改进

3.1.1 技术改进原因

棒磨机的离合器选用的气动离合器,具备分段启动大功率电动机功能。在运行中虽然有利于设备平稳启动,但是经过多年的运行,由于启动频率高,所以其使用寿命也相对缩短。

1#~6#棒磨机气动离合器采用空气压缩机供气,由于空气压缩机是间断式工作,经过十余年的运行,很多备件都达到设计寿命,出现启动延时、储气功能维持时间短等现象。气源压力一旦长时间达不到设计要求,棒磨机会出现跳车现象;空气压机本体由于频繁启动也增加了损坏的频率,进而增加检修费用和劳动强度;空气压缩机长时间地启动也导致电耗增大,进一步增加生产成本。

3.1.2 技术改进方式

经过与设计单位以及设备厂家交流,在满足设备开停机的必要条件下,将1#~6#棒磨机气动离合器气源改造成仪表空气。仪表空气由外管网引入,作为离合器气源统一供给,压力维持在0.7MPa,使得离合器日常供气非常稳定。

3.1.3 技术改进效果

改造后,由于供气稳定减少了棒磨机跳车次数,同时,减少了开停车费用和物料损耗,减小了检修费用。

通过改造后每年可实现节约用电费用:0.2(每度电按0.2元)*2.2(每台空压机功率为2.2kW)×5(正常生产时5台运行)×8 000(年工作时间为8 000h)= 1.76万元/a。

3.2 棒磨机滚筒筛冲洗水程序改进

3.2.1 技术改进原因

装置制浆系统的1#~6#棒磨机滚筒筛有一股专用冲洗水,在原始开车设计中,为了防止滚筒带浆而发生跑浆现象。冲洗水原设计程序为间隔30min冲洗15s,通过实际生产运行观察,只要工艺操作补水正常,滚筒筛内是不会板结太多浆块物,因而冲洗水冲洗时间间隔较短,冲洗相对频繁,不仅浪费新鲜水、降低煤浆的浓度,而且影响调节阀的使用寿命。

3.2.2 技术改进方式

棒磨机滚筒筛冲洗水设计程序间隔时间过短会导致煤浆浓度偏低;间隔时间过长,煤浆提浓效果不明显,而且容易造成堵浆。通过对比分析,将滚筒筛冲洗水间隔改进为60min冲洗15s,煤浆浓度提高明显,且不易堵浆。

3.2.3 棒磨机滚筒筛冲洗水程序改进示意图

棒磨机滚筒筛冲洗水程序改进示意见图2。

图2 棒磨机滚筒筛冲洗水程序改进示意图

3.2.4 技术改进效果

通过改造节约总费用:0.8+0.9=1.7万元/a。

节约冲洗水费用:0.1t/h(1台棒磨机滚筒节约冲洗水量)×5(正常5台棒磨机运行)×8 000h(年运行时间)×2元/t(每吨新鲜水价格)=0.8万元/a。

延长调节阀使用寿命节约费用:〔 3万元/台(每台调节阀价格)× 6(6台调节阀)〕/〔10a(调节阀使用寿命)×2(使用寿命延长一倍)〕=0.9万元/a。

3.3 棒磨机滚筒筛通风系统改进

3.3.1 技术改进原因

因目前装置棒磨机掺用MTO净化水、废碱液、污泥水、含油废水等,这些废水中含有多种异味重、易挥发的介质,棒磨机磨煤时较高的温度又加剧了上述介质的挥发,使得正常生产时磨煤厂房气味严重且棒磨机内雾气大,现有通风设施排气量小,无法满足现有工况需要,对巡检查看煤浆状态造成一定影响,并且现有通风设施风机的部件轴承故障多,使用寿命较短,需要频繁检修更换,不利于长周期安全生产。

3.3.2 技术改进方式

拆除原有δ=0.75镀锌风道200m2,轴流风机6台,增加1#~6#棒磨抽风筒及支吊架,现场预制235m2风道,安装6台防腐离心风机。新的通风设施排气量大,极大减少了磨煤厂房气味和棒磨机内雾气,且防腐型的风机更适用于磨煤厂房内的环境,使用寿命更长。

3.4 棒磨机筒体螺栓改进

3.4.1 技术改进原因

由于棒磨机的固有工作特点“钢棒以及物料与筒体在电机带动下旋转,当达到一定高度后自由落体”,棒磨机的筒体螺栓在日常运行中,由于撞击、腐蚀、密封性能、使用寿命等原因,筒体螺栓漏浆时有发生,漏浆区域主要集中在棒磨机中部,漏浆最严重时,棒磨机检修池清理完一周后,就会重新被煤浆填满,由于漏浆频繁,泄漏后的煤浆如无法得到及时的清理,长时间放置,随着水分蒸发,煤浆存在着火的安全隐患。此外,由于筒体螺栓漏浆导致部分煤浆进入棒磨机大齿轮护罩内,附着在大齿轮齿面上,造成啮合效果不好,会对大齿轮的安全运行造成 威胁。

3.4.2 技术改进方式

经过多年总结,筒体螺栓已经改型多次,并取得很好的密封效果,但是运行过程中,发现密封钢套与筒体之间还是会出现渗漏,而且较难消除,所以根据泄漏特点,对棒磨机筒体螺栓密封套与筒体部分位置进行了焊接,经检验,棒磨机筒体螺栓漏浆的问题得到很好的控制,进一步改善了煤浆制备的生产检修环境,减少了检修工作量。

3.4.3 棒磨机筒体螺栓改进示意图

棒磨机滚筒筛冲洗水程序改进示意见图3

图3 棒磨机筒体螺栓改进示意图

3.5 棒磨机减速机循环冷却水改造

3.5.1 技术改进原因

经过长时间运行后,加之棒磨机系统加入了各种废水,在循环水的弯头或者薄弱位置出现了腐蚀泄漏。而循环水管线本身设计较细而且水质较差,所以运行中经常出现冷却效果差甚至是无冷却的现象,减速机一度长期处在高温条件下运行,因此在循环水管线内外均出现了影响生产的严重问题。

3.5.2 技术改进方式

在满足生产运行的条件下,将原有循环水管线直径扩大、管壁加厚。同时在上水管线增设过滤器,解决了原有减速机循环冷却水长期因堵塞无法疏通导致无法对减速机进行冷却的问题,运行温度降低至30~40℃,保证了减速机的稳定运行。

4 棒磨机相关系统问题分析与技术改进

4.1 添加剂系统改进

4.1.1 添加剂泵出口管线改进

由于原始设计中,棒磨机系统的原料水相对干净清洁,添加剂的成分也相对单一,所以原添加剂管线材质为20#碳钢。而经过水系统的调整后,增加了多股水进入系统,添加剂的成分进行了较大的调整。而添加剂内的部分成分容易对碳钢产生腐蚀,在腐蚀冲刷作用下,导致管线内表面粗糙度增大,使得添加剂输送过程中流动阻力增大,导致添加剂输送流量偏低。

经过将金属挂片放进添加剂中做浸泡试验,发现奥氏体不锈钢对其防腐蚀有很好的效果。因而,通过对添加剂泵出口管线更换材质,由原来的碳钢逐步更换为304不锈钢管线,经过两年的运行观察,运行效果良好,从而满足长周期运行并能够保证添加剂输送流量。

4.1.2 添加剂泵改进

原有添加泵为往复式计量泵,故障率频繁、备件消耗量极大,同时设备漏油情况一直无法根治,通过增加2台离心式添加泵(1开1备),替代原有6台计量泵,并保留了原有5台计量泵,在离心式添加剂泵2台均无法启动时,仍可以继续使用计量泵进行工作。此外,新增添离心式添加泵电机为11kW,原有计量泵电机为4kW,原有5台计量泵运行电机总功率为20kW,现运行的计量泵功率为11kW,极大地降低了电耗。

4.2 煤称重给料机堵煤报警改进

改变棒磨机射频导纳堵煤报警的安装位置。原堵煤报警在棒磨机的入料管线处,如煤称重给料机堵煤,报警系统因安装位置靠后,不能及时预警,造成堵煤严重,棒磨机跳车不及时。将堵煤报警位置改为煤储斗与煤称重给料机之间,并且与煤称重给料机设备进行连锁改造,实现了在堵煤的情况下能够及时跳车,降低了设备的故障率,从而降低备件的消耗,并且缩短了操作人员疏通堵煤的时间及工作量。

5 结束语

水煤浆制备系统是煤气化过程的第一个关键工序,其运行是否平稳将直接制约后系统的运行,其制浆的质量水平直接影响后系统的经济指标。只有综合考虑原料煤、原料水、添加剂、设备选型以及操作工艺等方面因素,才能更有效地制备高质量的水煤浆,保障系统更长周期的平稳运行,带来规模效益和综合效益。

在多年的水煤浆制备系统运行过程中,根据产生的故障问题以及现场操作中发现的隐患问题,通过不断地分析问题并且与生产厂家深入交流,对水煤浆系统出现的故障进行了相应改进,虽然现在整个系统运行相对平稳,取得了较好的效果,但是经过长时间的运行又会出现新的问题,这也要求在日常工作中要更加深入地研究,与业界同行交流互动,全力以赴保障设备平稳运行,保证系统长周期运行。

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