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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

产品简介:化肥设计Chemical Fertilizer Design 第51 2013年12 壳牌煤气化磨煤干燥系统设备故障分析及处理 (神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公

  化肥设计Chemical Fertilizer Design 第51 2013年12 壳牌煤气化磨煤干燥系统设备故障分析及处理 (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) 摘要: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。 关键词:壳牌煤气化装置;磨煤干燥系统;设备故障;处理措施 doi:10.3969 /j.issn.1004 -8901.2013.06.013 中图分类号:TQ545文献标识码:B文章编号:1004 -8901(2013)06 -0044 -04 Analysis ItsTreatment CoalMilling DryingSystems ShellCoal Gasification LI Qiang (Erdos Coalmade Oil Subcompany Ltd.of Shenhua Coalmade Oil Chemical Engineering Company Ltd., Erdos Inner Mongolia017209China) Abstract:The Shell Coal Gasification Plant ShenhuaCoal Direct Liquefaction Project.Author has introduced processprinciple processflow coalmilling dryingsystems Shellcoal gasification plant hasanalyzed coalmilling machine, weighing feedingmachine, circulating fan, pulverized coal collector, coal breaking bin; has supposed appropriatetreatment measures technicalreformation schemes. Keywords:Shell coal gasification plant; coal milling dryingsystems; fault equipment;treamental measures doi:10.3969 /j.issn.1004 -8901.2013.06.013 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 :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;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。 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 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5 <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 作者简介: 李强(1977 -),男,陕西榆林人,1996年毕业于空军导 弹学院电子技术专业,工程师,从事化工工艺管理工作。 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 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) 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 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 煤粉收集器滤袋过滤后的热惰性气体固体含量低于10 mg/m ,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1Shell 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 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: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;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; 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: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;择机对密封风机入口过滤网进行 清理,确保风机正常运行;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; 在拉杆处单独布置氮气管线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:助燃风机跳车;助燃风量波 动大;热风炉主火火检信号消失。 (2)故障原因分析:仪表故障,助燃风量显示 值低于2 500 李强壳牌煤气化磨煤干燥系统设备故障分析及处理助燃风机机械故障;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: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;磨 煤干燥系统停车,调节阀下线维修;磨煤干燥系 统停车,助燃风机设备维修;电机故障排查;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 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 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:煤粉收集器进出口压差超标; 煤粉收集器出口粉尘含量超标;系统放空口排 放气体变黑。 (2)故障原因分析: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;煤粉收集器入口温度、氧含量超过其设 计值;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;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;布袋 固定不牢,脱落堵塞收集器锥部,煤粉无法向下输 送;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;煤粉板 结,煤粉输送系统不畅。 (3)故障处理及技改措施:对使用寿命到期 的布袋及时更换;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;增加1 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;增加备用氮气流程,当 0畅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;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;煤 粉收集器锥部增加插板阀,便于隔离检修;增大 煤粉旋转给料器和下料管直径,加快煤粉输送速 度;增加伴热密度和保温厚度,防止煤粉板结; 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:给煤量波动大;磨机出口温 度上涨;给煤机停,联锁停磨煤机。 (2)故障原因分析:仪表故障,给煤量显示值 失真;碎煤仓内壁衬里剥落,刮破给煤机皮带或 者卡塞链条;碎煤块中大块金属物、大煤块卡塞 给煤机皮带;称重给煤机过载;称重给煤机减 速机、变频器故障。 (3)故障处理及技改措施: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;碎煤块洗选时控制粒径 在30 mm 以下,避免大煤块卡塞链条;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;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:执行器与勺管连接部位 松动;执行器型号不合理,抗干扰、抗振动能力 小;勺管壳体与勺管间隙太大;泵轮与涡轮端 面喇叭口或产生缺陷;油中带水或执行机构输出 扭矩小 化肥设计2013 年第51 换合适的执行器;更换勺管壳体;检查泵轮与涡轮断面和配合尺寸进行调整或维修;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:磨煤机电流波动大;磨煤机 本体剧烈晃动;磨煤机地面有明显振动感。 (2)振动原因分析:碾磨件间有异物;磨 盘内煤量少或煤量过多;导向块磨损或间隙过 大;碾磨件损坏;蓄能器中氮气过少或气囊 损坏。 (3)振动故障处理: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;根据磨煤机 磨盘煤层厚度,调整给煤机给煤量;更换导向块 或调整间隙;更换碾磨件;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:碎煤仓温度上涨;一 氧化碳和二氧化碳浓度过高。 (2)自燃原因分析: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;碎煤 仓中氧含量较高。 (3)碎煤仓自燃的预防及处理措施:加强碎 煤仓温度变化的监控;增加1 CO在线分析 仪,有助于对煤粉自然现象发生的判断;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;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. 煤气化磨煤干燥系统运行分析[J].河南 化工,2011,28(8):51 -55. 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. 收稿日期:2013-09-11 (上接第43 磺成型车间为粉层防爆,由于是封闭车间,粉尘防爆的范围仅限于车间之内。 布置时可以保持2 工序之间的距离,使防爆区域不重合。(10)硫磺回收装置框架可以靠近装置管廊布 置,以方便管道的连接。 如果是局部3 层的框架, 那么3 层楼面靠近管廊布置,以避免管道架空而设 置更多的支架。 5结语 (1)硫磺回收工艺广泛应用于炼油、煤化工、冶 金、天然气净化等行业,对于环境保护和资源的综 合利用意义重大。 (2)三级克劳斯硫磺回收技术应用广泛,现在 各种改良技术也应运而生,比如荷兰 JACOBS 司的超级及超优克劳斯硫磺回收技术。由于这些 技术都是在经典三级克劳斯硫磺回收技术上的改 良,因此在工程设计中的思路和注意事项都是一 (3)本文通过对实际硫回收装置设计案例进行的分析,阐述了硫回收装置的工艺特点和布置方 案,对设计中需要注意的问题进行了说明。 希望能 让同行可以借鉴相关经验,在以后的设计中尽量避 免问题发生。 各用户也可根据各项目配套的特点, 选择适合的工艺。 参考文献: [1]王金华.超级克劳斯硫回收工艺在我公司煤化工系统中的应用 [J].中国化工贸易,2012(8):261. 路蒙蒙,孙守华.国内外硫磺回收工艺特点综述[J].气体净化, 2012,12(4):1 -6. 汪家铭.超级克劳斯法硫磺回收工艺及其应用[J].当代石油化工,2008,16(9):1 -5. 汪家铭.超级克劳斯硫回收工艺技术及应用前景[J].化肥设 计,2009(4):18. 林发现,丁玲,陈延林,等.基于AspenPlus 的克劳斯硫回收过程 模拟[J].化肥设计,2011(4):24. 收稿日期:2013-06-20

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