徐銀橋

( 中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100 )

燒嘴壓差也被稱為煤漿壓差，具體是指煤漿管線爐頭壓力與氣化爐燃燒室取壓管線壓力之差，它能反映出燒嘴磨損量及煤漿的噴射霧化效果。當燒嘴壓差出現(xiàn)大幅降低、頻繁波動時，它會嚴重影響氣化爐的穩(wěn)定運行，嚴重時，甚至會導致后系統(tǒng)大幅度減負荷，嚴重影響生產(chǎn)連續(xù)性。

1 燒嘴壓差低的現(xiàn)象與危害

1.1 燒嘴壓差波動的現(xiàn)象

氣化爐在正常運行期間，煤漿投放量、氧氣量、氣化爐操作壓力、溫度均沒有出現(xiàn)明顯變化的情況下，燒嘴壓差出現(xiàn)頻繁、大幅度的波動。具體的現(xiàn)象為燒嘴壓差在運行趨勢上呈大幅度波動，最低時降至0，后又突然恢復（恢復到正常值的情況較少，多為反復波動），如此反復。并且沒有規(guī)律性，即使換上新的燒嘴，也經(jīng)常是幾天內(nèi)就再次出現(xiàn)上述情況，大部分情況下，則是待燒嘴使用至半個運行周期時才出現(xiàn)這種現(xiàn)象（燒嘴運行周期為90天）。另外，因燒嘴壓差波動嚴重且無法自行恢復的情況而停車的次數(shù)達到13次，如圖1。

圖1 燒嘴壓差波動時的趨勢圖

1.2 燒嘴壓差低帶來的危害

氣化裝置以磨機制出的煤漿為原料，以空分提供的高純度氧氣為氣化劑，兩者在氣化爐內(nèi)充分燃燒產(chǎn)出粗煤氣。當燒嘴壓差降低時，被燒嘴噴頭噴出的煤漿流速就會降低，同時，外環(huán)氧的噴射角度也隨之改變，導致煤漿的霧化效果差。燒嘴壓差頻繁波動會引起連鎖反應(yīng)，煤漿顆粒燃燒不完全，渣中殘?zhí)己可?，使有效氣成分降低，碳利用率下降；燒嘴噴射的動能低，導致氣化爐燃燒室內(nèi)火焰長度縮短，火焰距離燒嘴過近，造成燒嘴大法蘭溫度過高，且燃燒不完全的灰渣也會對拱頂磚直接沖刷，大大縮短了耐火磚的使用壽命；同時，燒嘴壓差低時，發(fā)生回火的概率也大大增加，使燒嘴端面和冷卻水盤管燒穿的概率增加。

2 造成燒嘴壓差低的可能性原因探討

2.1 工藝燒嘴本身質(zhì)量

華鶴公司GE水煤漿氣化技術(shù)采用的工藝燒嘴為三流道外混式燒嘴，中心管與外環(huán)隙流道介質(zhì)為高壓氧氣，內(nèi)環(huán)隙介質(zhì)為煤漿。隨著運行時間的增長，煤漿對工藝燒嘴內(nèi)流道的磨損日益嚴重，流道壁厚逐步變薄、環(huán)隙擴大、燒嘴霧化效果變差，表現(xiàn)現(xiàn)象為燒嘴壓差逐漸降低，并出現(xiàn)頻繁波動。

在頻繁出現(xiàn)因燒嘴壓差問題停車的情況后，工藝和保運部門展開了專題研究會，對燒嘴環(huán)隙、噴頭磨損等情況進行全面檢查和論證，并未發(fā)現(xiàn)明顯的問題。隨后，在2018年11月8日B#氣化爐更換新燒嘴后，僅使用了13天，就再次因燒嘴壓差低導致停車，結(jié)合以往經(jīng)驗與氣化爐運行數(shù)據(jù)分析，判斷出并非工藝燒嘴原因造成此次停車，在未更換燒嘴的情況下，B#氣化爐做聯(lián)投處理，投料后燒嘴壓差又趨于穩(wěn)定，這也證明了工藝燒嘴本身的質(zhì)量并不是引起的燒嘴壓差低的直接原因。

2.2 高壓煤漿泵進口蓄能器、出口緩沖罐

華鶴公司的高壓煤漿泵選型為三缸單作用往復泵，其中煤漿泵的出口緩沖罐是為了彌補缸體往復沖程產(chǎn)生的出口脈沖壓力波動，其每次開車前需將蓄能器壓力充至高壓煤漿泵正常工況運行壓力的80%。每當因燒嘴壓差低的原因停車后，安排對出口緩沖罐進行檢查，發(fā)現(xiàn)入口蓄能器、出口緩沖罐壓力均正常、軟管無泄漏，證明高壓煤漿泵本體配件不是造成燒嘴壓差低的直接原因。

2.3 煤漿管線沉積

隨著運行時間的增長，煤漿沉積也在不斷增加。尤其是高壓煤漿泵進口管線的水平段出現(xiàn)煤漿硬沉積的可能性最大。當煤漿硬沉積占據(jù)管線內(nèi)部空間達到一定程度時，會使煤漿在管道內(nèi)的流動受到影響，從而影響高壓煤漿泵的泵送量（見圖2）。

圖2 煤漿管線沉積

在出現(xiàn)燒嘴壓差波動時，最常用的處理方法是現(xiàn)場員工對水平段煤漿管線進行連續(xù)性敲擊，此時，可以起到一定效果。此時，將煤漿泵入口管線上的導淋閥打開排漿，發(fā)現(xiàn)煤漿的流動性極差，非常不易排出，管線底部的煤漿硬度較高，從而判斷煤漿泵入口管線的沉積現(xiàn)象是間接影響因素。

2.4 高壓煤漿泵單向閥卡塞

煤漿中的沉積、結(jié)塊、絮團、大顆粒以及鐵片，這些都會造成高壓煤漿泵單向閥回座時間長或卡塞，進出口單向閥卡塞嚴重時會導致單缸不打量，煤漿流量計會明顯下降，如不及時調(diào)節(jié)氧煤比，會造成爐溫激劇升高設(shè)備損壞。在燒嘴壓差波動時，現(xiàn)場對高壓煤漿泵每個缸測溫、測振以及利用聽針聽缸體有無異響，并對單向閥進行敲擊，燒嘴壓差有時會恢復正常，但仍避免不了停車。由此證明，大顆粒積累致使單向閥卡塞導致密封不嚴、產(chǎn)生回流也是引發(fā)燒嘴壓差低的間接原因。

2.5 煤漿槽攪拌器攪拌效果

華鶴公司煤漿槽基本參數(shù)：內(nèi)部容積402m3，總高度11.7 m，寬6.8m，最上層槳葉高度5.8m，直徑4.2m，下層槳葉高度2m，直徑2.9m，每層槳葉均有3個葉片，內(nèi)壁有三塊擋板，呈120°均布，其作用為將煤漿的旋轉(zhuǎn)運動改為垂直翻轉(zhuǎn)運動，切向流受到抑制或阻礙，槽內(nèi)產(chǎn)生上下翻動的大幅度運動，消除旋渦，同時，改善所施加功率的有效利用率，加強混合效果。但是，從頂部人孔觀察內(nèi)部混合情況，發(fā)現(xiàn)效果并不理想。后期在清理煤漿槽時發(fā)現(xiàn)，煤漿槽內(nèi)壁和底部結(jié)構(gòu)層較多。此前，氣化裝置曾出現(xiàn)過因煤漿槽內(nèi)壁硬沉積脫落，堵塞高壓煤漿泵入口管線與煤漿槽連接的進料柱塞閥造成停車，從而證明煤漿槽攪拌器的攪拌效果不佳也是一個間接因素。

2.6 煤漿質(zhì)量

從上面的5個問題也可以看出，不論是燒嘴系統(tǒng)本身，或者是高壓煤漿泵系統(tǒng)，亦或者煤漿槽及煤漿管線，最終指向均是煤漿質(zhì)量問題，若要從根本上解決燒嘴壓差波動的問題，就要緊抓煤漿質(zhì)量問題不放。

從2016年開始，受到黑龍江煤炭市場價格的影響，華鶴公司的氣化用煤主要來自金澤、隆鑫、鑫宏達等地方小礦。這些煤的共同特點是高灰分、高灰熔點、成漿性差，因燒嘴壓差低而停車的問題自此開始凸顯。因此，如何保證在現(xiàn)有煤質(zhì)的基礎(chǔ)上提高煤漿質(zhì)量，成為解決燒嘴壓差問題的關(guān)鍵所在。

3 工藝上的配合改進與優(yōu)化

3.1 去除原料煤中的雜質(zhì)

氣化原料煤由煤礦拉入煤儲運堆場，再送入預破碎工段進行破碎，經(jīng)皮帶輸送至磨煤廠房煤倉。原料煤進入煤倉前的皮帶裝有電磁除鐵器用于除去混入煤中的鐵質(zhì)品，但除鐵效果不理想，曾經(jīng)在磨煤機下料口發(fā)現(xiàn)過壓扁的鐵絲和螺母，同時，磨煤機鋼棒和耐磨鋼襯的損耗也是煤漿管道內(nèi)出現(xiàn)鐵片的重要原因之一。

為此，氣化裝置已對滾筒篩進行了改造，在滾筒篩靠近磨煤機出口的出漿區(qū)域增加了16塊永磁，用于吸附從煤漿中的鐵屑，每周清理一次，能基本除去煤漿中的鐵屑（見圖3）。

3.2 磨煤機滾筒篩改造

根據(jù)日常對煤漿樣的檢查發(fā)現(xiàn)，在燒嘴壓差波動時，時常能在煤漿中見到大顆粒，用水沖洗后測量，最大的粒徑為4mm顆粒，磨煤機滾筒篩的篩孔尺寸為4×20mm，煤漿從磨煤機溢流口溢出后，做受重力作用豎直下落，而滾筒篩隨磨煤機轉(zhuǎn)動14.45r/min，所以篩孔長度20mm不能減小。煤漿顆粒多呈不規(guī)則形狀，偶爾有部分片狀的顆?；虍愇镆部赏ㄟ^滾筒篩，造成大顆粒進入煤漿泵，使煤漿泵單向閥卡閥或密封不嚴。為了解決煤漿中存在大顆粒的問題，氣化裝置在不影響煤漿通過率的情況下，將滾筒篩篩孔尺寸改為2.5×20mm。

圖3 磨煤機出口煤漿鐵屑清理出的鐵屑

3.3 優(yōu)化磨煤機鋼棒裝填量以及保證磨煤機的連續(xù)運行

華鶴公司氣化裝置采用的磨煤機為溢流式棒磨機，筒體規(guī)格φ3600×5800，最大產(chǎn)生能力45t/h（干基），鋼棒推薦填裝量90t，最大裝棒量110t。鋼棒分為三種規(guī)格φ75、φ65、φ50，原始配比為3:4:3（質(zhì)量比）。

在煤漿的制備過程中，如果粗顆粒較多，那么，煤漿黏度會下降，流動性變好，但由于顆粒較重，顆粒重力就會超過粒子間的相互作用力，從而使煤漿的懸浮體系開始分層、沉降，最終導致煤漿穩(wěn)定性變差，1個小時就會讓煤漿上下分層。反之，如果煤漿中的細顆粒較多，那么，粒子間的凝聚力增大，形成更多的粒子凝聚團，穩(wěn)定性提高了，但煤漿的黏度會隨平均粒徑的減小而迅速增大，流動性變差。因此，適當?shù)牧６确植际侵迫「邼舛?、流動性好、穩(wěn)定性好的水煤漿的根本保證。磨煤機在高負荷運行和鋼棒填裝量少的情況下都會造成煤漿粒度變粗。

之前，氣化裝置磨煤機鋼棒填裝量已接近最大值110t，過多的填裝鋼棒造成磨煤機電機載荷大、耗電量多；同時，減少了磨煤機的有效研磨容積，影響磨煤機鋼棒的提升高度，使鋼棒不易被拋出，研磨力降低，反倒容易產(chǎn)生大顆粒。

磨煤機筒體內(nèi)部襯板采用耐磨鋼襯，襯板與筒體、端蓋之間設(shè)有耐酸堿橡膠墊，以降低噪音和振動，襯板螺栓處均設(shè)有密封墊防止?jié)B漏。但隨著磨煤機運行時間的增長，部分密封墊螺母會出現(xiàn)松動，在多次緊固后出現(xiàn)密封墊失效現(xiàn)象，此時，只能停磨煤機更換新的密封墊。更換一個密封墊需要大約半小時時間。在此期間，磨煤機內(nèi)部煤漿缺乏鋼棒的研磨，大部分新進的原料煤與水還沒有經(jīng)過充分的研磨、混合，并隨著時間的推移開始在內(nèi)部產(chǎn)生分層。雖然這種現(xiàn)象會在磨煤機重新啟動后開始好轉(zhuǎn)，但是，確實會有大部分未經(jīng)充分研磨的煤漿被送入煤漿槽，久而久之，就會造成煤漿槽內(nèi)煤漿質(zhì)量下降。

目前，氣化裝置已經(jīng)對密封墊材質(zhì)進行了優(yōu)化、緊固，螺母由原來的一顆改為兩顆，并借每年的小修機會，對密封墊、螺栓進行部分更換。盡可能地減少磨煤機停車次數(shù)與時間，只有磨煤機連續(xù)穩(wěn)定運行，才能保障制得均勻穩(wěn)定的煤漿。此后，煤漿參數(shù)開始出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，詳見表1。

表1 煤漿參數(shù)優(yōu)化

3.4 煤漿槽攪拌器改造

氣化爐維持常規(guī)負荷時，若要將煤漿大槽內(nèi)的所有煤漿置換完成，需要至少10個小時的時間。為了改善煤漿在大槽內(nèi)的混合情況，使之在停留時間內(nèi)充分攪拌均勻，我們將煤漿大槽液位控制在60%左右，盡量減少煤漿的停留時間，使煤漿分層和硬化沉積出現(xiàn)的可能性降低。同時，準備對煤漿大槽的攪拌器進行重點改造，計劃在主軸可允許的受力范圍內(nèi)增加一層槳葉，并增大葉片直徑，以提高對煤漿的攪拌效果。

3.5 煤漿管線防沉積改造

在煤漿泵入口管線的水平段和斜坡段各增加一個振打器，設(shè)定為每小時開啟一次，單次開啟時間持續(xù)2分鐘，利用振打器的高頻率敲擊，使管線內(nèi)的煤漿掛壁以及沉積情況大大改善；同時，在煤漿大槽底部增加一條排漿管線并引至地溝，定期開關(guān)一次，將沉積在煤漿大槽底部的煤漿排出，以減小煤漿槽內(nèi)部沉積和形成垢片的概率；同時，在管道布置、管道尺寸上進行重新設(shè)計與推算，以達到減小入口管線平直管的長度和增加入口流速的目的（圖4）。

圖4 煤漿泵入口管線振打器

4 結(jié)語

GE水煤漿技術(shù)工藝燒嘴的穩(wěn)定運行與使用是離不開設(shè)備與工藝技術(shù)支持的。在摸索前行的同時，我們也在不斷地積累運行經(jīng)驗。2016～2017年的20余次停車中，我們也逐漸摸到了門路，雖然還未徹底解決此難題，但我們不斷地優(yōu)化和實踐改進也確實取得了初步成果，煤漿的制漿質(zhì)量得到了提升，這也極大地降低了因燒嘴壓差低停車的可能性。接下來，華鶴公司會與業(yè)界同仁一同積極交流相關(guān)經(jīng)驗，為使氣化技術(shù)安全、穩(wěn)定、長周期運行而共同努力。