浅析煤气化工艺中粉煤放料罐架桥原因及解决办法

华能(天津)煤气化发电有限公司 天津 300000

1 引言

华能炉煤气化工艺作为天津IGCC机组的核心技术，其工艺流程是将来自空分装置的纯氧和来自粉煤加压输送系统的粉煤一起通过水平对称布置的四个粉煤烧嘴喷入气化炉内，在3.0MPa(G)的压力下进行部分氧化反应，反应后的高温合成气在气化炉顶部出口被来自循环气压缩机的冷合成气激冷至约900℃，然后经合成气冷却器冷却后进入干法除灰单元，湿洗单元，净化单元，最后进入燃机燃烧发电。气化装置加压输煤系统3200单元粉煤放料罐V3202在下料过程中易出现架桥现象造成粉煤给料罐V3203料位和压力的波动，造成煤线的不稳定性。

2 工艺流程简介

根据我厂气化单元的生产要求，共设三个系列磨煤、干燥及相关的辅助系统。由输煤皮带来的原煤被分别储存在三个独立的煤仓(V-3101A/B/C)内，经重力式给煤机(X-3101A/B/C)计量称重后通过落煤管进入磨煤机(A-3101A/B/C)。经过磨煤机磨过的煤粉从粉煤袋式过滤器(S-3103A/B/C)过滤下来首先进入常压粉煤储罐(V-3201A/B、V-3204)储存。为保持粉煤储罐惰性化，连续通入0.5MPa的低压氮气。粉煤储罐中的煤粉，通过重力作用进入粉煤放料罐(V-3202A/B、V-3205)，粉煤放料罐充满后，将上部两道开关阀关闭，压力平衡阀关闭，使其与所有的低压设备隔离。然后充入4.5MPa高压氮气加压，使其压力与粉煤给料罐(V-3203A/B、V-3206)平衡，再打开粉煤放料罐与粉煤给料罐之间的平衡管线，一旦粉煤给料罐达到低料位，则打开锁斗排料阀卸料。卸料完毕后将粉煤放料罐与粉煤给料罐隔离，将压力分三次卸至接近常压，然后打开粉煤放料罐上部的进料阀，接受粉煤储罐的煤粉，粉煤放料罐充装完毕后，再次充压，等待下一次的卸料信号。

3 影响粉煤放料罐架桥的主要因素

粉煤加压输送系统最大特点是输送细小的固体颗粒煤粉。固体颗粒在设备内主要有质量流和漏斗流两种流动形式。质量流是指当储存固体颗粒的设备出口放料阀打开后，罐内固体颗粒即以一个整体的形式向下移动，直至罐内物料放完为止。漏斗流是指当储存固体颗粒的设备出口放料阀打开后，罐内固体颗粒大部分沿设备中心流下，但有部分物料滞留在设备内。显然，煤气化装置中质量流是煤粉理想流动形式。

3.1 粉煤中水分含量的影响 煤的游离水分又分为外在水分和内在水分。外在水分，是指附着在煤颗粒表面的水分，有时俗称外水。内在水分，是指在一定条件下(105～110℃)煤样达到空气干燥状态时所保持的水分。粉煤加压输送系统本身没有办法控制煤粉水分含量，是通过控制磨煤系统的温度来达到控制煤粉水分的目的。经过长期的机组运行经验验证，当煤粉水分含量控制在5%以内时，对于煤粉的输送影响较小，反之则在粉煤放料罐中容易产生架桥。

3.2 粉煤粒度大小对架桥的影响 若粉煤粒度过大，则在输送过程中，粉煤容易产生分层及沉降，影响粉煤与氮气形成较为均匀的混合物，增加了粉煤在管道的流动阻力，降低了粉煤的流速，还有可能影响烧嘴的燃烧稳定性。若粉煤粒度过小，又会造成粉煤流动性差而引起管道堵塞，还会对煤线的速度和密度等产生影响。经过多年的机组运行经验，粉煤粒度在大于90μm所占比例小于30%，粒度小于10μm所占比例小于10%的状态下对于粉煤输送较为有利，且在粉煤放料罐中不容易产生架桥。

3.3 设备设计对架桥的影响

3.3.1 烧结金属在粉煤输送系统中的应用 烧结金属是用金属粉末为原料，经筛分、压制、烧结等工艺制成的一种多空金属材料。

3.3.2 通气锥 在粉煤放料罐的底部配备了通气锥，通气锥整体采用不锈钢制造，其功能部件(内衬)采用烧结金属。烧结金属与不锈钢壳体组成环形空间，氮气先进入环形空间，再通过烧结金属进入罐内。粉煤放料罐通气锥通入高压氮气，既用于放料罐底部粉煤的流化防止架桥，又用于放料罐的充压。

3.3.3 笛管 为加大粉煤放料罐的充压速度，减少放料罐的充压时间，并防止粉煤在罐体中部架桥，在放料罐的中部，对称安装了四支通气的笛管。之所以称之为笛管，是因为其形状酷似笛子。笛管采用不锈钢制作，“笛膜”采用烧结金属制作。高压氮气先进入笛管，再通过“笛膜”进入罐内。

4 消除架桥的方法

4.1 粉煤给料破桥程序 粉煤放料罐低料位信号出现之前给料充装计时器已走完则自动执行拆桥程序两次。如果两次拆桥后粉煤放料罐低料位仍不出现，停止程序并发出报警，顺控进入拆桥程序，拆桥两次后如果粉煤放料罐低料位仍不出现，则顺控在拆桥程序中等待，可以点击“超驰”使顺控继续走下去，或点击“重新拆桥”，再运行拆桥程序两次。

破桥程序：粉煤放料罐与粉煤给料罐完全隔离后，用充气锥、笛管和管道吹扫器的高压氮气进行充压，充压50s后打开下料阀门，然后打开平衡阀，利用两个罐子的差压进行破桥。如果粉煤放料罐低料位信号出现，则下料顺控进入下一步。

4.2 手动破桥 在破桥程序无法成功破桥时必须采用手动破桥来解决，可以手动充压粉煤放料罐，使之与粉煤给料罐的压差增至0.3mpa-0.4mpa。如果判断为两罐平衡管线堵塞，还可以在充压后先联通平衡管线以达到破除平衡管的目的。

5 粉煤放料罐架桥原因总结及发生架桥时的处理方法

5.1 粉煤给料罐架桥发生的原因主要有以下几点

a)粉煤中水分含量过高，应该将水分控制在5%以内。

b)粉煤粒度大小的影响，粉煤粒度应该在大于90μm所占比例小于30%，粒度小于10μm所占比例小于10%。

c)在设备应用上避免架桥的产生：采用烧结金属材料的通气锥、管道吹扫器、笛管。

5.2 产生架桥时的解决方法

a)启动破桥程序，利用对粉煤放料罐充压产生对粉煤给料罐的压差来消除破桥。

b)手动干预的方式对粉煤放料罐进行充压，使之与粉煤给料罐的压差增至0.3mpa-0.4mpa。如果为两罐平衡管线堵塞则优先联通平衡管线。