陈海全，高鹏程，宋彦龙，苏利锋
（陕西龙华集团煤业科技发展有限公司，陕西 神木719300）
［摘 要］气化装置设置破渣机的核心价值在于解决大块炉渣及脱落耐火砖造成的堵渣架桥问题，但破渣机实际应用效果受多重因素影响，现有破渣机往往存在破碎能力不足、密封泄漏严重、运维成本高等问题，部分配置破渣机的装置仍面临频繁堵渣停车的困境，而部分未配置破渣机的装置通过优化/管控原料煤煤质与气化炉设计，也能实现长周期稳定运行。基于陕西龙华集团煤业科技发展有限公司（未配置破渣机）、新疆某煤化工企业（配置破渣机）、河南某煤化工企业（未配置破渣机）3套气化装置（均采用晋华炉）的长期运行数据，系统分析破渣机的工作原理、核心技术参数及应用现状与影响因素，从而构建起了破渣机配置与否的多维度综合决策模型及其取舍评价体系：原料煤煤质稳定、气化炉设计成熟的气化装置可实现无破渣机长周期稳定运行；原料煤煤质波动大或气化炉防堵设计不足的气化装置，需选用破碎能力匹配、结构设计合理、密封可靠的破渣机，以利实现气化装置的安全、稳定、经济、长周期运行。
［关键词］气化装置；破渣机；应用案例；突出问题；破渣机设置与否；关键影响因素分析；多维度综合评价体系
［中图分类号］TQ545 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）04-0012-05
0 引 言
近年来，我国煤化工产业向大型化、集约化方向快速发展，2024年我国煤化工产业形成了315 Mt/a标煤的转化能力（实际煤炭转化量折标煤约276 Mt/a），气化技术作为煤炭清洁转化的核心支撑，气化装置运行的稳定性、经济性与安全性成为企业竞争力的核心要素，气化装置长周期稳定运行在很大程度上直接决定着企业的经济效益。气化炉生产过程中，受原料煤煤质波动、炉温控制偏差及设备结构设计等因素的影响，易生成尺寸达（500～1 000 mm）×200 mm的不规则大块炉渣，这些大块炉渣进入激冷室后，极易造成排渣通道堵塞、激冷室架桥，迫使气化炉非计划停车，给企业造成巨大的经济损失，已成为制约煤化工装置连续运行的关键瓶颈问题。由此，破渣机应运而生，通过机械破碎方式将大块炉渣及脱落耐火砖破碎至合格粒度，保障排渣系统畅通。
破渣机是解决气化炉激冷室大块炉渣及脱落耐火砖堵渣架桥问题的关键设备，但实际应用中往往存在破碎能力不足、设备可靠性差、密封泄漏、运维成本高等突出问题——部分企业配置破渣机后仍频繁出现堵渣停车，且破渣机自身存在填料密封泄漏致气化炉被迫停车、维护成本高等问题；而部分企业未配置破渣机，在原料煤煤质稳定及气化炉设计合理的情况下，也能实现长周期稳定运行。这表明，气化装置设置破渣机并非“标配”，需结合装置实际情况科学决策，其取舍已成为业内亟待研究的课题。
为此，基于陕西龙华集团煤业科技发展有限公司（简称陕西龙华，未配置破渣机）、新疆某煤化工企业（配置破渣机）、河南某煤化工企业（未配置破渣机）3套气化装置的长期运行数据，系统分析破渣机的工作原理、核心技术参数及应用现状与影响因素，从原料煤煤质特性、气化炉设计水平、设备（破渣机）技术成熟度、经济成本及安全风险五个维度构建多维度综合决策模型及其取舍评价体系——主要研究内容包括：① 破渣机工作原理及核心技术参数解析；② 破渣机工业应用现状及突出问题分析；③ 破渣机设置与否的关键影响因素识别；④ 多维度综合决策模型构建与验证；⑤ 不同工况下破渣机配置优化建议。以下就气化装置设置破渣机与否作一分析与探讨。
1 破渣机工作原理及技术参数
1.1 设备结构与工作原理
本研究的核心设备为某型液压驱动破渣机（该类型破渣机是目前煤化工行业应用较广泛的机型，其结构与性能具有代表性），应用于新疆某煤化工企业，安装于气化炉激冷室底部与锁斗之间，其核心功能是破碎大块炉渣及脱落的炉衬耐火砖，保障排渣系统连续运行。该型破渣机设备结构符合《压力容器》（GB/T 150.1～GB/T 150.4—2024）标准要求，由主机、液压、电控三大部分组成，具体如下。
1）主机部分。包括壳体、粉碎刀架体、管路系统、轴系和托车，壳体按第Ⅲ类压力容器标准设计制造，承受系统工作压力；粉碎刀架体由刀架和转动刀体组成，为延长其使用寿命，工作面及侧面堆焊有硬质合金（HRC≥60）；管路系统向填料箱注入高压冲洗水，提升密封可靠性；轴系采用偏心安装设计，通过液压马达驱动粉碎刀架体旋转实现破碎功能；托车采用钢结构焊接而成，配备导轮及轨道，便于设备安装与维修时的移动定位。
2）液压部分。采用双向变量泵-定量液压马达容积调速闭式循环油路系统，该系统具有低速大扭矩输出特性，液压马达额定扭矩35 000N·m，工作转速10～12 r/min，满足大块炉渣破碎的动力需求；液压系统设计自适应防堵保护机制，当破渣机正向运行受阻持续2 s后，系统自动切换至反向旋转12 s，若连续3次正反向旋转循环仍无法排除障碍，则触发自动停机保护，同时向中控系统发送故障报警信号。
3）电控部分。采用西门子S7-300PLC控制系统，具备手动/自动两种控制模式，可实现运行状态实时监测、故障报警及远程操控功能；设备防爆等级dⅡCT4，符合《爆炸性环境》（GB/T 3836—2021）要求，适用于含少量氢气、水煤气的危险环境，工作环境温度范围-25～40 ℃、相对湿度≤90%（20 ℃时）。
1.2 核心技术参数
破渣机的关键技术参数直接决定其适用范围与运行状况。依据新疆某煤化工企业破渣机设备技术文件及现场实测数据，其核心参数如下：所处理物料为水、煤渣、耐火砖；设计操作压力7.0 MPa、正常操作压力6.27 MPa，设计操作温度280 ℃、正常操作温度67.73 ℃，设计黑水流量42 503 kg/h、正常操作黑水流量42 501 kg/h，设计固体流量16 266 kg/h、正常操作固体流量9 573 kg/h；破碎能力，耐火砖最大规格200 mm（长）×200 mm（宽）×150 mm（高）/300 mm（长）×300 mm（宽）×80 mm（高），耐火砖碾压强度93 MPa（耐火砖密度4 120 kg/m3）；液压系统，补油压力1.2～2.0 MPa，正反向工作压力≥21 MPa；电控系统，动力电源380 V AC/50 Hz/100 A，控制电源220 V AC/50 Hz/5 A，UPS电源220 V AC/50 Hz/2 A。
2 破渣机应用现状及其突出问题
2.1 工业应用案例概况
选取3套不同配置的气化装置（涵盖未配置与配置破渣机两种类型）进行对比分析，装置运行时间跨度为2～5 a，具有较强的代表性。
2.1.1 陕西龙华气化装置
陕西龙华500 kt/a合成氨项目气化装置配置3台操作压力7.0 MPa、温度1 250～1 400 ℃的水煤浆水冷壁直连辐射废锅气化炉（晋华炉3.0），其运行模式为两开一备，单台气化炉设计投煤量1 500 t/d；气化炉设计未配置破渣机，采用自然排渣方式。原料煤选用陕西榆林当地长焰煤，煤质稳定，原料煤灰分10%～13%、挥发分32%～35%、灰熔点1 250～1 410 ℃。2024年8月—2026年1月运行期间，通过工艺烧嘴升级、原料煤煤质精准管控、关键设备改造等多项优化改进，成功解决了废锅结焦、蒸汽产量衰减等技术难题，未出现过因气化炉激冷室堵渣架桥导致的非计划停车现象，装置平均运行周期达120 d，其中3#气化炉更是创造了同类型气化炉连续运行173 d的纪录，长周期运行水平较好。
2.1.2 新疆某煤化工企业气化装置
更多内容详见《中氮肥》2026年第4期