粉煤锁斗运行架桥问题的探讨与分析

刘 星, 尹 兴

(黔希煤化工投资有限责任公司, 贵州毕节 551500)

粉煤锁斗(V1602)为交变压罐，连接高低压设备,通过高低压切换进行粉煤锁斗进料、充压、下料、泄压循环操作,从而保证粉煤给料罐(V1603)内有足够的粉煤输送至气化炉满足生产要求。煤粉锁斗在下料过程中频繁出现架桥导致下料不畅，若判断和处理不及时将导致装置运行过程中煤线煤量的波动、气化炉降低负荷，严重时可能导致粉煤给料罐料位无煤粉，气化炉跳车的风险。

1 操作工艺流程

利用粉煤锁斗的间歇性操作来实现粉煤的连续加压输送。将粉煤从常压粉煤贮罐(V1601)送入粉煤锁斗，粉煤锁斗升压后又将粉煤送入高压的粉煤给料罐。粉煤锁斗交替进行降压进煤、升压送煤，从而保证粉煤给料罐在压力约4.7 MPa下连续不断地将粉煤供应至粉煤烧嘴。

在一次加料过程中，常压粉煤贮罐内的粉煤通过重力作用进入粉煤锁斗。粉煤锁斗内充满粉煤后，即与粉煤贮罐及所有低压设备隔离。通过高压氮气(HN)或高压二氧化碳(HNC)对粉煤锁斗进行加压，当压力升至与粉煤给料罐压力相同，且粉煤给料罐内的料位降低到足以接收一批粉煤时，打开粉煤锁斗与粉煤给料罐之间的平衡阀(16XV1126、16XV1127)进行压力平衡，然后依次打开粉煤锁斗和粉煤给料罐之间的2个切断阀(16XV1131、16XV1132)，粉煤通过重力作用进入粉煤给料罐。粉煤锁斗卸料完成后，通过2次泄压，将气体排放至粉煤贮罐过滤器(S1601)，泄压完成后重新与粉煤贮罐压力平衡后连通；此时，一次加料完成，系统具备下一周期加料条件(见图1)。

粉煤锁斗加压是通过充入HNC(开车时为HN)完成的，HNC经充气锥、充气笛管、管道充气器和锁斗高压过滤器(S1602)直接进入粉煤锁斗。为了保证到烧嘴的粉煤流量的稳定，在粉煤给料罐和气化炉之间通过控制粉煤给料罐的压力保持一个恒定的压差(0.7～0.8 MPa),该压差的设定值取决于气化炉的负荷。

2 架桥原因

(1) 粉煤锁斗是交变压设备，其内部材质的选型对粉煤是否容易挂壁等起关键作用，在考虑国家标准的基础上还考虑耐磨且光滑不易使颗粒物挂壁的材质，碳钢的摩擦因数最大，其次是不锈钢，铝合金的摩擦因数最小(内壁涂富环氧树脂漆增加光滑度)。

(2) 粉煤锁斗充气笛管、管道充气器、充气锥(外Q345R、内件S31603)安装不牢固脱落，或充压速率过快，内外压差高导致变形，以及粉煤锁斗锥度、笛管安装位置的角度均匀性差均会引起堵塞架桥。

(3) 粉煤贮罐过滤器反吹运行不正常和伴热温度过低导致粉煤粘糊滤袋或挂壁成团，等粉煤锁斗再次泄压时将成团粉煤吹落进入粉煤锁斗内引起堵塞架桥。

(4) HNC气体中含油、含水、含硫量高，进入粉煤锁斗充压时浸湿煤粉被压实成团成块或硫析出堵塞烧结金属孔隙导致充压不均。

16XV1125—粉煤锁斗顶部加压阀；16LT1105—粉煤给料罐料位计；16XV1124—粉煤锁斗微调压力切断阀；16TT1103—温度计；16LS1103—粉煤锁斗低料位计；16PV1116—粉煤锁斗压力微调阀；S1605—二氧化碳过滤器；16PDC1104—管道充气器内外压差；16PDC1117—温度计；16XV1122—粉煤锁斗第Ⅰ阶段泄压阀；16XV1128—管道充气器煤粉疏松阀；16XV1130—粉煤锁斗充气锥煤粉疏松阀；16XV1129—粉煤锁斗充气笛管充压阀；16PV1102—粉煤锁斗充气笛管调节阀。

(5) HNC节流冷凝，正常生产过程中高压二氧化碳储罐(V1901)压力>6.0 MPa、温度为88 ℃左右，经高压二氧化碳调节阀(19PV-X002AB和19PV-X003AB)减压至4.9 MPa给煤粉锁斗充压。煤粉锁斗在高压状态时压力为4.7 MPa，在泄压至常压状态过程中，HNC气体易制冷，使空气中的水汽凝结，与泄压过程中带出的煤粉混合致使煤粉变得潮湿，黏结成块。

(6) 粉煤锁斗充压完毕后等待下料的时间过长，造成粉煤堆积压实。

(7) 粉煤粒度过细或过粗都会导致锁斗下料不畅。若粒度大于90 μm的粉煤颗粒在粉煤中占比较大，粉煤会在粉煤锁斗出料口相互支撑架桥，导致粉煤锁斗下料不畅。而若小于10 μm的粉煤颗粒在粉煤中占比较大，粉煤的比表面积增大，大量的粉煤黏附在粉煤锁斗器壁上，导致粉煤锁斗下料不畅[1-2]。

(8) 根据顺控设计、设备结构及抗压强度不同，开阀充压顺序为粉煤锁斗顶部、上部、锥部、下部；同时，也根据粉煤给料罐料位变化情况来决定充压的速率，按充压速率[2]可分为低速、正常、快速，粉煤锁斗充压的位置与速率不同会导致含水量和细粉浓度不同程度地增加，粉煤架桥的概率显著升高。

(9) 粉煤锁斗与粉煤给料罐压差不平衡，阻力大于煤粉的重力；粉煤锁斗下料不彻底，反复堆积压实；粉煤含水量过高易压实成团成块。

3 粉煤锁斗架桥判断

粉煤锁斗架桥即下料不畅或堵塞，提前研判出粉煤锁斗架桥是赢得除桥最关键的时间节点。

(1) 粉煤锁斗下料正常情况下，粉煤给料罐料位计、温度计(16TT1103、16PDT1117)曲线出现波峰拐点(每次下料用时约12 min)和管道充气器内外压差大于零及粉煤锁斗低料位计波动频繁后逐渐降低其值小于2%，在等待操作人员判断下料完(等待2 min)，点击粉煤锁斗下料结束，开始泄压。一次泄压从最高压力泄至2.0 MPa大约需要3 min,二次泄压从2.0 MPa泄至0.2 MPa大约需要4 min，平衡粉煤锁斗进料结束大约需要2 min，粉煤锁斗隔离正常充压大约需要27 min；快速泄压大约需要7 min(开粉煤锁斗压力微调阀和泄压阀同时泄压)，快速充压大约需要8 min(粉煤锁斗所有充压阀全开)；则粉煤锁斗正常循环时间约36 min，最短循环时间约17 min。在粉煤锁斗下料结束，粉煤给料罐料位、温度升至最高曲线平衡保持时间约35 min后曲线开始降低至正常下料料位显示值65%左右。

(2) 粉煤锁斗下料不畅的判断依据：粉煤给料罐料位、粉煤给料罐温度无明显上升趋势，粉煤锁斗低料位无明显波动后逐渐降低，粉煤给料罐在进料过程中温度计(16TT1103、16PDC1117)曲线未出现波峰拐点，以及管道充气器内外压差小于零且波动频繁，粉煤给料罐进料约3 min就可以判断出粉煤锁斗下料情况；如果下料不畅，则启动除桥。

4 除桥方法

(1) 岗位操作人判断出架桥后第一时间启动程序除桥一次，若程序除桥无效果则启动手动除桥。

(2) 手动除桥方法。

① 当锁斗架桥时，通过关闭粉煤锁斗与粉煤给料罐平衡阀16XV1127与粉煤锁斗卸料阀16XV1131，打开粉煤锁斗充气锥煤粉疏松阀与管道充气器煤粉疏松阀加大气量对粉煤锁斗进行疏松除桥，除桥20 s后，打开粉煤锁斗与粉煤给料罐平衡阀16XV1127与粉煤锁斗卸料阀16XV1131，关管道充气器煤粉疏松阀，判断锁斗下煤情况。如果下煤还是不畅，也可在上述操作中，再打开粉煤锁斗充气笛管充压阀与粉煤锁斗充气笛管调节阀，粉煤锁斗充气笛管调节阀手动将阀位开至20%，进行除桥。

② 粉煤锁斗微泄压再充压除桥下料，将粉煤锁斗安全隔离后，手动开粉煤锁斗第Ⅰ阶段泄压阀泄压，将粉煤锁斗压力降低0.5 MPa左右关闭粉煤锁斗第Ⅰ阶段泄压阀后充压再次下料；或在粉煤锁斗第Ⅰ阶段泄压阀关闭后开粉煤锁斗微调压力切断阀、粉煤锁斗压力微调阀再开管道充气器煤粉疏松阀、粉煤锁斗充气锥煤粉疏松阀、粉煤锁斗充气笛管充压阀疏松，当粉煤锁斗压力与粉煤给料罐压力相近时关充压阀开连通阀、下料阀,观察下料情况，若还未除桥成功应及时联系值班人员和调度气化炉准备减负荷。

③ 应急压差除桥[1]由于风险高，建议在领导指挥下操作。粉煤锁斗架桥下煤不畅除桥后，仍下煤不畅,粉煤给料罐料位低出现时，可用此方法。第一种是粉煤给料罐压力高于粉煤锁斗压力：将粉煤锁斗和粉煤给料罐隔离，将分程控制器压差设定在0.8 MPa，达到设定值后开粉煤锁斗卸料阀16XV1131、粉煤锁斗与粉煤给料罐之间的平衡阀16XV1126或打开粉煤锁斗第Ⅰ阶段泄压阀，粉煤锁斗泄压，待粉煤锁斗与粉煤给料罐压差(16PDT1119)到0.18 MPa时关闭粉煤锁斗第Ⅰ阶段泄压阀，依次打开粉煤锁斗与粉煤给料罐之间的平衡阀16XV1126、粉煤锁斗卸料阀16XV1132、粉煤锁斗卸料阀16XV1131，用粉煤给料罐高出的压力顶粉煤锁斗架桥的粉煤。第二种是粉煤给料罐压力低于粉煤锁斗压力：将粉煤锁斗和粉煤给料罐隔离，关粉煤锁斗卸料阀16XV1131、粉煤锁斗与粉煤给料罐之间的平衡阀16XV1126，开管道充气器煤粉疏松阀、粉煤锁斗充气锥煤粉疏松阀，将粉煤锁斗充压，当粉煤锁斗压力高于粉煤给料罐压力0.15 MPa左右时关充压阀开粉煤锁斗卸料阀16XV1131、粉煤锁斗与粉煤给料罐之间的平衡阀16XV1126下料，再开粉煤锁斗顶部加压阀加压下料。

5 预防措施

(1) 在开车前要求厂家和仪表工重新校对标定料位计，并对工艺人员进行培训，同时加大员工对料位计准确性的判断和风险辨识。

(2) 加强对煤粉的粒度、含水量[3]的监控，及时调整磨煤系统。水分质量分数要求<1.5%，取决于磨煤机的负荷及原煤中的含水量，可适当减负荷以满足含水量要求；粉煤细度要符合指标，即5～90 μm的粉煤颗粒在粉煤中的质量分数大于78%，粒度分布应合理，不可太细，否则流动性差。必要时可以适当降低粉煤细度，以提高其流动性。

(3) HNC输送需要考虑节流降温效应，煤锁斗充压所用二氧化碳压差过大则节流降温明显，导致煤锁斗中的粉煤温度较低从而架桥，适当提高二氧化碳温度[3]，二氧化碳温度应大于85 ℃，保证粉煤温度大于90 ℃。

(4) 加强粉煤输送系统及粉煤贮罐等的伴热系统和磨煤机出口温度控制(107～109 ℃)，保证粉煤温度大于85 ℃。

(5) 降低HNC气体中油、H2S含量，定期开高压二氧化碳贮罐底部导淋排放。若堵塞严重，需要停车处理。

(6) 严格遵守充压方式和充压速率，不正确的充压习惯也会导致粉煤压实堵塞,2套粉煤锁斗错开充压，在二氧化碳压力允许的情况下快速充压连通，为除桥争取更多的处理时间。

(7) 严格遵守顺控除桥方法，必要时可以用充气锥吹扫，或稍降低粉煤锁斗压力后再次充压下料，根据气化炉负荷、上次接料质量计算下料时间及粉煤给料罐料位温度等综合判断下料。

(8) 在粉煤锁斗低料位出现时，程序结束下料，保持手动再下料2 min,保证粉煤锁斗锥部无残余粉煤。

6 优化措施

(1) 将二氧化碳压缩机口管接至高压氮气预热器(E1902)加热二氧化碳后再使用，及至粉煤锁斗和粉煤给料罐二氧化碳管线加伴热[4]并保温。

(2) 每次检查需将充气锥、管道充气器烧结金属取出检查积粉及变形情况，下料连通时开粉煤锁斗充气锥煤粉疏松阀、粉煤锁斗充气笛管充压阀短暂流化破坏粉煤的安息角预防下料时出现除桥。

(3) 粉煤锁斗充压使用的二氧化碳掺混氮气或纯氮气，氮气的制冷效果比二氧化碳差，加入氮气后有效地降低了气体减压时水汽的凝结，减少煤粉的潮湿度和降低粉煤板结的可能性。

(4) 在粉煤锁斗的内部设置环绕式笛管、笛管上均匀钻孔、固定笛管元件光滑及笛管尽量靠壁固定减少接触面，通过笛管内部的HNC吹扫，使锁斗内部煤粉处于悬浮沸腾状态，可有效避免煤粉的挂壁架桥、结块等现象，从而保证粉煤锁斗连续、稳定下料。

(5) 将粉煤锁斗顶部加压阀路充压管线改接在高压二氧化碳过滤器出口除去HNC中的杂物和在管道充气器煤粉疏松阀加旁路管线，优化顺控，即在粉煤锁斗进料时旁路一直流化疏松防止粉煤锁斗进料时及残余煤粉的压实。

7 结语

通过优化预防措施和严格控制粉煤的各项工艺参数，并严格遵守安全操作规程，确保粉煤锁斗在循环下料时通畅，消除影响装置安稳长满优运行的不稳定因素，有助于装置实现安全、效益的双收益。