煤气化装置磨煤单元使用烟煤的运行管理探讨

文博凯

(云南天安化工有限公司 新产品制造中心，云南 安宁 650309)

1 概述

云南天安化工有限公司煤气化装置使用AP粉煤气化技术，于2008年5月投产，2013年以前主要使用无烟煤，因入炉煤热值低(25.2 MJ/kg)、灰份高(25.1%)，气化炉蒸发器积灰频繁。为降低入炉煤中灰含量，2013年6月在原料煤中混配石油焦。石油焦硫含量高达6%～8%，混烧后合成气中H2S质量浓度达7000～9000 μL/L。高硫合成气对设备的腐蚀较大，导致气化炉蒸发器频繁泄漏。为提升煤气化装置的运行周期，公司研究使用高活性、高热值、低灰分、低硫的烟煤来代替石油焦。2019年1月进行烟煤试烧，混配比例10%～25%，逐步提至50%～65%。

煤气化装置配套的磨煤单元有三条磨煤线，正常生产时为一开两备。磨煤单元袋式过滤器用于过滤，并收集惰性循环气体中合格煤粉，然后通过螺旋输送机送往煤粉储仓。选用上海金由过滤净化技术有限公司袋式过滤器，属于行喷吹脉冲式过滤器，长袋低压脉冲在线清灰。行喷吹技术是目前世界上脉冲式袋式过滤器的主流技术，每条布袋都有一个喷吹孔对应，处于不同位置的布袋受到的喷吹力的均匀性也更好[1]。

2 存在问题

气化炉混配烟煤比混配石油焦每天多产合成气约16万m3，具备可行性和经济性，但烟煤因活性高，存在闷燃、自燃的风险，可能导致磨煤单元碎煤仓内碎煤自燃、袋式过滤器布袋烧坏等问题[2-3]。

2.1 布袋第一次损坏

2021年3月23日，磨煤B线放空口有轻微冒黑烟现象，可能是袋式过滤器S1103B布袋损坏，停运磨煤B线。打开袋式过滤器S1103B顶部盖板检查，发现反吹箱内干净，但第19组反吹室西侧三根反吹管倾斜，反吹口吹向侧面。处理反吹管后启动磨煤B线，袋式过滤器S1103B排放口冒黑烟情况加剧。再次拆检袋式过滤器S1103B，发现第19组反吹室之前倾斜三根反吹管其下布袋口明显堆积煤粉(见图1)。对第19组反吹室80条布袋全部抽出检查，发现20条布袋下部脆化通洞(见图2)，但布袋中、上部完好。

图1 反吹室布袋口积煤情况

图2 布袋损坏情况

基于以上情况，分析布袋损坏原因如下：

1)烟煤使用比例提高后，煤粉挥发份升高，导致煤粉自燃风险增大。

2)袋式过滤器S1103B第19组反吹室西侧三根反吹管倾斜，反吹口吹向侧面，三排布袋反吹失效，导致下部布袋煤粉在布袋外侧堆积较多。

3)磨煤线停运时温度上涨，可能引发布袋外侧堆积的煤粉自燃。

2.2 初步改进措施

1)磨煤线运行时，控制系统氧含量(质量分数)小于6%、系统温度低于 110 ℃，特别是磨煤线停车时提前降温降负荷，严防系统超温。

2)调整袋式过滤器反吹压力不低于 300 kPa，定期检查袋式过滤器反吹趋势、反吹电磁阀动作情况，建立检查台账。

3)定期检查袋式过滤器反吹管，严防反吹管倾斜导致反吹失效。

4)磨煤线停运后，系统惰性化降温，循环风机运行时间及惰性化时间不低于 6 h，袋式过滤器反吹不停运。若磨煤线要检修，袋式过滤器反吹运行不低于 12 h。

2.3 布袋第二次损坏

执行初步改进措施后，2021年8月2日，磨煤A线循环气放空口又出现冒黑烟现象(布袋于2021年5月更换)。打开袋式过滤器S1103A顶部盖板检查，发现第18组反吹室内有大量煤粉。对第18组反吹室80条布袋全部抽出检查，发现41条布袋损坏，损坏情况仍为布袋下部脆化通洞(见图3)，但布袋中、上部完好。

图3 布袋下部损坏情况

2.4 原因分析

2.4.1 工艺方面

1)袋式过滤器S1103A反吹运行情况

磨煤A线停运后对袋式过滤器S1103A反吹室反吹管检查正常，运行期间对袋式过滤器S1103A反吹趋势例行检查，正常；对袋式过滤器S1103A反吹电磁阀动作情况例行检查，正常；确认反吹运行正常。

2)磨煤A线运行温度情况

磨煤A线运行期间短停两次，在停运过程中，温度未控制好，导致系统温度瞬时上涨，最高涨至 146 ℃。咨询厂家告知，工作温度为连续不超 190 ℃，瞬间不超 200 ℃。因此，磨煤A线运行温度远低于设计温度。

3)磨煤A线运行氧含量情况

磨煤A线本次运行期间氧含量基本保持6%左右，低于控制高限8%，氧含量未超标。

2.4.2 设备方面

1)袋式过滤器S1103A入口管通洞

7月16日，发现袋式过滤器S1103A入口管道弯头处磨通一个洞。此处有可能导致袋式过滤器S1103A局部氧含量稍高，但整个系统氧含量不高，局部氧含量稍高导致布袋损坏可能性不大。

2)袋式过滤器布袋长

袋式过滤器布袋长 6.6 m，下部反吹效果相对较差，下部外侧堆积煤粉不易被吹除。未使用烟煤时，布袋下部外侧堆积煤粉不易自燃；使用烟煤后，布袋下部外侧堆积煤粉容易自燃烧坏布袋。

2.4.3 原料方面

1)烟煤碎煤仓、原料煤碎煤仓料位下降趋势异常

磨煤单元每条磨煤线配两个碎煤仓，每个碎煤仓底部配一台给煤机。2021年8月1日00∶24，两台给煤机频率偏差并未调整，原料煤碎煤仓下降速度逐步减缓。两个仓料位下降趋势线从平行开始拉开差距，且不能下降至正常低位。烟煤添加比例上涨，和损坏时间吻合。

2)入炉煤灰分情况

8月2日，入炉煤分析灰分从13.3%下降至11.5%，从分析数据反应烟煤添加比例上涨。

3)给煤机频率情况

8月1日，因原料煤碎煤仓下煤量降低，单元料位低，两台给煤机频率从47%/52%逐步提至61%/61%。从工艺操作反映给煤机给煤能力下降。

4)上煤情况

7月，气化炉烟煤使用比例为55%左右。8月1日，烟煤使用比例最高达69%。对比3月23日袋式过滤器损坏前几天烟煤使用比例，3月18日，烟煤使用比例也达69%。

综上工艺、设备、原料方面原因分析，袋式过滤器烧坏主要原因为：

①雨季原料煤火车来煤水分含量偏高(10%～12%，非雨季6%)，原料煤碎煤仓内碎煤容易挂壁，碎煤仓通道变小。原料煤下煤量不足，导致烟煤添加比例高至69%。

②因袋式过滤器布袋较长，下部反吹效果相对较差。下部外侧堆积的煤粉不易被吹掉，袋式过滤器高负荷区域布袋外侧更容易积煤自燃，导致布袋损坏。

2.5 处理后运行情况

8月8日，启动磨煤A线，两台给煤机保持正常频率：48%/48%，原料煤碎煤仓料位计下降正常，两个碎煤仓料位下降趋势线恢复平行。8月9日，磨煤A线入炉煤灰分升至正常值15.1%，气化炉烟煤使用比例降为正常比例52%。

3 管理措施

通过对两次袋式过滤器损坏原因分析，制定煤气化装置磨煤单元使用烟煤的管理措施：

1)确保磨煤系统密封性完好，持续开展磨煤系统管道例行测壁厚工作，及时处理系统漏点。磨煤线运行时，控制系统氧含量小于6%。

2)控制磨煤线温度低于 110 ℃。磨煤线停车前将负荷降至最低，温度降至 80 ℃ 再停运磨煤线，严防系统超温；磨煤线停运后，系统惰性化降温，循环风机运行时间及惰性化时间不低于 6 h，袋式过滤器反吹不停运。若磨煤线要检修，袋式过滤器反吹不低于 12 h。

3)磨煤线检修期间持续加强系统监控，如发现CO含量或温度异常上涨，及时启动循环风机降温，防止袋式过滤器局部自燃。

4)调整袋式过滤器反吹压力不低于 300 kPa，定期检查袋式过滤器反吹趋势、反吹电磁阀的动作情况，建立检查台账。

5)定期检查袋式过滤器反吹管及布袋花板腐蚀情况，重点检查袋式过滤器高负荷区域，严防反吹管倾斜、脱落导致反吹失效。

6)持续监控运行磨煤线碎煤仓料位下降趋势，重视雨季碎煤仓挂壁情况，出现料位趋势异常变化，及时调整给煤机频率，控制烟煤添加比例不超55%。

7)提高袋式过滤器反吹频率，将袋式过滤器反吹间隔时间从 360 s 降至 180 s。