Reasons Analysis and Treatment Measures for Pulverized Coal Burning in Pulverized Coal Bag Filter
Abstract:
During the shutdown and maintenance period of Shell pulverized coal gasification unit, an accident occurred where the pulverized coal in the pulverized coal bag filter is burned. The reasons of the accident are analyzed, and measures such as stopping the discharge of pulverized coal, inputting a certain amount of nitrogen to inert the pulverized coal in the pulverized coal bag, and spraying water at intervals to reduce the temperature of the pulverized coal are taken to avoid damage to the filter bag of the pulverized coal bag filter and explosion-proof plate.
河南能源中原大化集团有限责任公司(以下简称河南中原大化公司)的“中原大化甲醇项目”采用Shell粉煤气化工艺制取原料气,该工艺具有鲜明的生产技术特色,是当前先进的第二代煤气化工艺。该煤气化生产装置于2008年5月建成投产,日处理设计煤种2 000 t。Shell粉煤气化工艺对煤种的适应性较强,从褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可采用,目前该煤气化装置常用煤种有神木煤、晋煤、焦煤、赵固煤、柠条塔煤等。在近年的生产实践过程中,河南中原大化公司以消化引进技术、探索煤气化生产规律为宗旨,攻关了多项技术难题,并根据实际运行情况对生产装置进行了多项技术改造,技术改造后的煤气化生产装置运行已趋于稳定成熟。
河南中原大化公司的煤气化生产装置主要包括磨煤及干燥、粉煤加压及进料、粉煤气化、除渣、除灰、湿洗、初级水处理、公用系统等8个工序。为确保Shell粉煤气化炉有较高的碳转化率并生产出高质量的合成气,要求磨煤及干燥工序磨制的粉煤中w(水)为1%~2%,粒径为5~90 μm的粉煤总量在90%以上。粉煤袋式过滤器是磨煤及干燥工序十分重要的设备,在实际生产运行过程中易出现以下问题:①料位计投用不及时,料位计指示失真;②系统超压、置换不彻底动火作业时,防爆板破损;③粉煤袋式过滤器温度高,因灼烧损坏滤袋;④磨煤停车后过早停用保护气,导致高温粉煤发生焖烧等。
1
粉煤袋式过滤器及粉煤焖烧的原因分析
1.1
粉煤袋式过滤器的主要技术参数
河南中原大化公司选用LY-M-3390型粉煤袋式过滤器,其主要技术参数:灰斗4只,过滤面积3 390 m2,滤袋规格Ф 130 mm×6 500 mm,滤袋材质为Ryton防静电薄膜滤料,外形尺寸(长×宽×高)为8.84 m×9.56 m×16.5 m。
1.2
粉煤袋式过滤器的工作原理
粉煤袋式过滤器结构简图见图 1。在磨煤及干燥工序中,粉煤及其输送性惰气进入粉煤袋式过滤器,粉煤被阻滞在滤袋外并下落储存于粉煤袋式过滤器灰斗内,再经给料机、输送机被送至下一工序;输送性惰气则透过滤袋并依次经净气室、排风管、风机后,一部分输送性惰气经排气筒排入大气,其余的输送性惰气循环利用。
图 1
1.3
粉煤焖烧时的现象及原因分析
在生产装置刚进入停运状态时,粉煤袋式过滤器灰斗内的粉煤发生焖烧时最直观的参数变化是袋式过滤器内仪表(仪表处于正常工况)监测到的CO含量逐渐升高直至超高。其原因是装置刚停车时,粉煤袋式过滤器灰斗内积存的粉煤温度还未完全下降,在缺乏保护气保护的情况下,很容易与接触到的新鲜空气反应生成CO气体,同时对应的袋式过滤器灰斗温度监测数据出现明显升高。粉煤袋式过滤器4只灰斗发生粉煤焖烧前后的监测温度对比见表 1;2023年3月23日,粉煤袋式过滤器出现粉煤焖烧现象前后监测到的CO含量变化见表 2。
表 1
灰斗测温点 |
袋式过滤器灰斗温度/℃ |
09:00 |
21:00 |
23:00 |
11TI8227 |
64.8 |
63.7 |
81.7 |
11TI8226 |
11.5 |
14.9 |
14.7 |
11TI8233 |
13.6 |
14.2 |
13.8 |
11TI8234 |
13.1 |
14.8 |
14.6 |
表 2
灰斗CO含量监测点 |
ρ(CO)/(mg·m-3) |
09:00 |
11:00 |
19:00 |
23:00 |
11QIS0202 |
2 |
17 |
66 |
3 862 |
2023年3月23日,河南中原大化公司煤气化生产装置停车检修,检修工期为1个月。在全部生产装置停稳后,发现粉煤袋式过滤器第2只灰斗温度偏高,在确定测温仪表运行正常的情况下,进一步分析查找后发现粉煤袋式过滤器灰斗料位计开关存在问题。由于磨煤及干燥工序停车前后控制的粉煤温度偏低,而磨煤系统露点温度高,在无足够的保护气保护的情况下,粉煤在粉煤袋式过滤器灰斗内蓬煤堆积;又由于料位计开关出现问题,使得该灰斗料位计未能准确监测到灰斗内粉煤的料位,灰斗测温仪表监测到的是积煤后的实际温度。由于该工况出现频次较低,问题出现后并未引起相关人员的足够重视,而是在装置全部停稳几天后才分析查找原因,从而埋下了安全隐患。生产装置停车后,界区内由于没有储存足够的氮气介质,当发现粉煤袋式过滤器灰斗积煤后,仅在少量氮气的保护下便拆除灰斗下部给料机进行粉煤卸料。在粉煤卸料过程中,大量新鲜空气进入粉煤袋式过滤器灰斗内,温度偏高的粉煤接触到新鲜空气后发生化学反应,产生大量CO气体,同时释放出大量热量,使粉煤袋式过滤器内的粉煤温度进一步升高,粉煤袋式过滤器内的CO含量迅速超出监测仪表的量程。
2
粉煤袋式过滤器内粉煤焖烧的处理措施
粉煤袋式过滤器出现粉煤焖烧现象后,首先及时停止粉煤卸料,关闭粉煤袋式过滤器灰斗下部的切断阀,阻隔粉煤介质与新鲜空气的继续接触,防止粉煤继续焖烧造成严重的后果;然后协调氮气介质,启动空分装置临时氮泵,氮气介质经减压后输送至粉煤袋式过滤器内,充分惰化其中的粉煤,同时也可起到降低粉煤温度的作用;对于已卸出的粉煤,采取间隔喷洒水来降低粉煤温度,防止粉煤焖烧造成的损失进一步扩大。
粉煤袋式过滤器内粉煤介质经惰性化处理一段时间后取样分析,其中氮气含量较高,氧气含量极低。在间断性输送的氮气介质保护下,打开粉煤袋式过滤器灰斗下部的切断阀,继续对焖烧后的粉煤进行卸料。2023年3月23—25日,外排粉煤过程中有代表性的数据见表 3。
表 3
时间 |
灰斗温度1)/℃ |
ρ(CO)2)/(mg·m-3) |
23日23:00 |
81.7 |
3 862 |
24日19:00 |
65.3 |
3 445 |
25日06:00 |
35.2 |
314 |
注:1)测温点为11T18227; 2)监测点为11QIS0202 |
由表 3可知,采取上述措施后,粉煤袋式过滤器粉煤焖烧问题已得到较好解决,2023年3月25日06:00,焖烧后的粉煤已基本完成卸料。进一步检查后发现,粉煤袋式过滤器滤袋及其防爆板均完好。为防止粉煤袋式过滤器再次出现粉煤焖烧现象,建议生产装置无论是在正常生产还是停车过程中都应严控工艺指标,特别是对于粉煤袋式过滤器,即使装置处于停车阶段,也应保证有一定量的惰性介质氮气输入。
3
结语
一般在有充足的氮气介质保护下,再次发生粉煤袋式过滤器粉煤焖烧现象的概率较小。一旦发生粉煤袋式过滤器粉煤焖烧问题,应及时采取合理的处置措施,防止粉煤焖烧造成设备损坏以及人身伤害,避免产生更大的损失。