褐煤預(yù)干燥裝置的布置方案及優(yōu)化探討

江珍珍　中國(guó)五環(huán)工程有限公司　武漢　430223

?

褐煤預(yù)干燥裝置的布置方案及優(yōu)化探討

江珍珍*中國(guó)五環(huán)工程有限公司武漢430223

摘要以實(shí)例介紹為殼牌煤氣化(SCGP)提供原料煤的褐煤預(yù)干燥裝置的工藝技術(shù)方案及流程，提出一種新型的聯(lián)合布置方案。從裝置占地、設(shè)備配置、干燥機(jī)吊裝、廠房圍護(hù)及爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分等方面，對(duì)傳統(tǒng)布置方案和新型聯(lián)合布置方案進(jìn)行分析比較，闡述預(yù)干燥裝置的管道布置特點(diǎn)及優(yōu)化。

關(guān)鍵詞褐煤預(yù)干燥殼牌煤氣化(SCGP)設(shè)備布置管道布置

*江珍珍：工程師。2003年畢業(yè)于湖北大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)?，F(xiàn)主要從事化工工程項(xiàng)目的工藝管道設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話：(027)81926305，E-mail：jiangzhenzhen@cwcec.com。

我國(guó)是煤炭資源相對(duì)豐富的國(guó)家，其中褐煤儲(chǔ)量約占14%。褐煤含有20%~50%的水分，如此高的水分不但增加了運(yùn)費(fèi)，而且水分直接參與燃燒和氣化，熱損失嚴(yán)重，甚至影響煤氣化裝置的正常運(yùn)行。殼牌氣化爐采用的是干煤粉進(jìn)料，要求進(jìn)氣化爐的煤粉的水含量在2%左右，高于該值就可能出現(xiàn)煤粉粘連，影響煤粉流化，造成輸送困難。因此在使用褐煤作為殼牌煤氣化的原料時(shí)，一般需先進(jìn)行褐煤預(yù)干燥處理，然后在磨煤及干燥工序中再進(jìn)一步干燥，水含量合格的煤供氣化爐使用[1]。

目前國(guó)內(nèi)的殼牌煤氣化項(xiàng)目引入的預(yù)干燥裝置有兩套，一套是內(nèi)蒙古某煤制烯烴項(xiàng)目(已投產(chǎn))，另一套是內(nèi)蒙古某原料及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目(在建)。筆者擬以這兩個(gè)項(xiàng)目為例，對(duì)褐煤預(yù)干燥裝置的設(shè)備布置進(jìn)行比較和分析探討；結(jié)合工程實(shí)際闡述預(yù)干燥裝置的管道布置特點(diǎn)及優(yōu)化。

1預(yù)干燥工藝技術(shù)

1.1　預(yù)干燥原理

根據(jù)干燥原理的不同，常見(jiàn)的預(yù)干燥技術(shù)有回轉(zhuǎn)圓筒干燥技術(shù)、蒸汽流化床干燥技術(shù)、蒸汽管式干燥技術(shù)等[2]。經(jīng)技術(shù)方案比選，目前最適合褐煤預(yù)干燥裝置的是蒸汽管式干燥技術(shù)。

蒸汽管式干燥技術(shù)最早由德國(guó)開(kāi)發(fā)應(yīng)用，它的核心設(shè)備為管式干燥機(jī)，其工作原理是將一定粒度的原煤粉(粒徑<6.3mm)均勻分布到旋轉(zhuǎn)的滾筒內(nèi)部的眾多干燥管中，干燥管內(nèi)設(shè)螺旋狀葉片，煤通過(guò)重力和螺旋葉片導(dǎo)流作用在干燥管內(nèi)運(yùn)動(dòng)。在滾筒內(nèi)部干燥管周圍通入180℃、 0.35~ 0.4MPa(G)的過(guò)熱蒸汽，通過(guò)間接熱交換加熱干燥管內(nèi)的原煤粉，使其表面吸附的水分受熱蒸發(fā)，從而達(dá)到降低水份的目的。從管式干燥機(jī)的構(gòu)造可以看出，它屬于非接觸式低溫干燥機(jī)，其設(shè)計(jì)巧妙、換熱面積大、熱效率高、安全性好、干燥效果佳，非常適用于高水分和高揮發(fā)分的褐煤的干燥。從已運(yùn)行的裝置來(lái)看，預(yù)干燥后的煤粉質(zhì)量穩(wěn)定，能完全滿足殼牌煤氣化裝置的生產(chǎn)需要。

1.2　工藝流程

預(yù)干燥工藝流程包括原煤輸送、中間貯存、進(jìn)料、干燥、出料、氣粉分離等部分。具體流程：破碎后的原料煤經(jīng)原煤貯運(yùn)系統(tǒng)由帶式輸送機(jī)送至預(yù)干燥碎煤倉(cāng)，經(jīng)稱重由給煤機(jī)送入管式干燥機(jī)干燥管內(nèi)，干燥管外部通入過(guò)熱低壓蒸汽，使煤粉表面吸附的水分受熱蒸發(fā)。對(duì)出干燥機(jī)的煤粉進(jìn)行含水量檢測(cè)，合格的干煤粉(水分含量約為10~12%)經(jīng)埋刮板輸送機(jī)和旋轉(zhuǎn)給料機(jī)送入氣化干煤倉(cāng)；含水量不合格的碎煤由埋刮板輸送機(jī)頭部排出，人工運(yùn)至煤堆場(chǎng)。碎煤干燥過(guò)程中產(chǎn)生的氣體和煤粉通過(guò)排風(fēng)機(jī)抽至袋式過(guò)濾器，經(jīng)低壓氮?dú)夥创?，分離出的合格煤粉經(jīng)三通閥和旋轉(zhuǎn)給料機(jī)送至氣化干煤倉(cāng)，不合格的煤粉加水通過(guò)管道排至廢漿池。分離后的氣體經(jīng)排風(fēng)機(jī)排入大氣。預(yù)干燥工藝流程見(jiàn)圖1。

2設(shè)備布置探討

位于內(nèi)蒙古的某煤制烯烴項(xiàng)目和某原料及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目，其預(yù)干燥工藝流程基本相同，故兩裝置的局部設(shè)備布置有一定的相似性。兩項(xiàng)目的不同之處在于下游煤氣化裝置的生產(chǎn)規(guī)模及氣化爐的能力不同。在單臺(tái)干燥機(jī)能力相同的情況下干燥機(jī)的數(shù)量差別較大，導(dǎo)致預(yù)干燥裝置迥然不同的兩種布置方式。一種是傳統(tǒng)的布置方案，即將多臺(tái)管式干燥機(jī)及配套設(shè)備集中布置于預(yù)干燥廠房；另一種是新型的聯(lián)合布置方案，即將預(yù)干燥裝置與煤氣化裝置共用一個(gè)框架布置。筆者擬以這兩個(gè)項(xiàng)目的設(shè)備布置為例對(duì)兩種布置方案進(jìn)行比較和分析探討。

圖1　預(yù)干燥工藝流程

2.1　傳統(tǒng)布置方案

內(nèi)蒙古某煤制烯烴項(xiàng)目采用了傳統(tǒng)的預(yù)干燥廠房布置方案。

該項(xiàng)目有3個(gè)煤氣化框架，每個(gè)煤氣化框架內(nèi)有1臺(tái)投煤量2700t/d的殼牌氣化爐，每臺(tái)氣化爐需要5臺(tái)(4開(kāi)1備)干燥機(jī)制備粗級(jí)干燥煤粉，3套煤氣化一共對(duì)應(yīng)15臺(tái)干燥機(jī)。由于干燥機(jī)臺(tái)數(shù)較多，按照同類設(shè)備集中布置的原則，并考慮到今后操作和檢修的方便，將15臺(tái)干燥機(jī)集中布置在長(zhǎng)條形的預(yù)干燥廠房?jī)?nèi)；每5臺(tái)干燥機(jī)為一組，預(yù)干燥后的煤粉經(jīng)埋刮板輸送機(jī)和斗提機(jī)分別送至1#、2#、3#煤氣化框架。傳統(tǒng)預(yù)干燥廠房布置見(jiàn)圖2。

圖2　傳統(tǒng)預(yù)干燥廠房布置

2.2　新型聯(lián)合布置方案

內(nèi)蒙古某原料及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目采用的是預(yù)干燥與煤氣化框架的聯(lián)合布置方案。該項(xiàng)目為1個(gè)煤氣化框架，框架內(nèi)有1臺(tái)投煤量900t/d的新型殼牌氣化爐，該氣化爐需要2臺(tái)(1開(kāi)1備)干燥機(jī)制備粗級(jí)干燥煤粉。由于干燥機(jī)臺(tái)數(shù)較少，若按照傳統(tǒng)的預(yù)干燥廠房的布置方案，勢(shì)必要配備埋刮板輸送機(jī)和斗提機(jī)，且不能節(jié)省占地。按照工藝流程，經(jīng)預(yù)干燥后的煤粉是送往氣化框架干煤倉(cāng)的，直接進(jìn)料是最經(jīng)濟(jì)、最利于操作檢修的方式。預(yù)干燥與煤氣化框架的聯(lián)合布置見(jiàn)圖3，預(yù)干燥與煤氣化框架的聯(lián)合布置立面見(jiàn)圖4。

2.3　兩種布置方案對(duì)比分析

從以下幾方面對(duì)聯(lián)合布置方案與傳統(tǒng)布置方案比較。

圖3　預(yù)干燥與煤氣化框架的聯(lián)合布置

圖4　預(yù)干燥與煤氣化框架的聯(lián)合布置立面

(1)兩方案相比，聯(lián)合布置節(jié)省占地。利用煤氣化框架磨煤區(qū)域上部的空間布置預(yù)干燥裝置的設(shè)備，使工藝流程更加順暢。

(2)聯(lián)合布置方案能節(jié)省埋刮板輸送機(jī)和斗提機(jī)等固體物料輸送設(shè)備，無(wú)需設(shè)置轉(zhuǎn)運(yùn)站，降低了工程的投資。

(3)關(guān)鍵設(shè)備干燥機(jī)的吊裝對(duì)比。管式干燥機(jī)均為整體吊裝，總重量約280噸。傳統(tǒng)預(yù)干燥廠房為混凝土框架，干燥機(jī)從側(cè)面推入框架，需設(shè)置運(yùn)輸滑道梁和緩裝鋼梁使干燥機(jī)就位，吊裝較困難。聯(lián)合布置中干燥機(jī)與氣化爐支撐在混凝土樓面上，上部鋼結(jié)構(gòu)可緩安裝，利用吊氣化爐的大吊車從框架頂部放下就位，降低了吊裝難度，節(jié)省了吊裝時(shí)間。

(4)廠房圍護(hù)情況對(duì)比。兩項(xiàng)目均位于內(nèi)蒙，冬季極端嚴(yán)寒。為防止含水量高的褐煤凍結(jié)，需對(duì)廠房采取防風(fēng)采暖措施。傳統(tǒng)預(yù)干燥廠房為四面圍護(hù)廠房(袋濾器頂部區(qū)域除外)。聯(lián)合布置框架僅對(duì)預(yù)干燥區(qū)域進(jìn)行圍護(hù)。

(5)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分對(duì)比。一般由電氣專業(yè)依據(jù)《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058和《可燃性粉塵用電氣設(shè)備》GB 12476.3-2007對(duì)裝置進(jìn)行爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分。傳統(tǒng)預(yù)干燥廠房的易燃易爆物質(zhì)比較單一，為褐煤粉，僅考慮粉塵防爆；聯(lián)合布置框架中易燃易爆物質(zhì)除了褐煤粉外，還有合成氣(CO，H2)等爆炸危險(xiǎn)氣體，同時(shí)存在氣體和粉塵爆炸危險(xiǎn)，但由于預(yù)干燥區(qū)域進(jìn)行了圍護(hù)，將氣體爆炸危險(xiǎn)區(qū)域隔離在預(yù)干燥布置區(qū)域之外，因此預(yù)干燥區(qū)域仍然只需考慮粉塵爆炸危險(xiǎn)。

(6)管式干燥機(jī)的檢修對(duì)比。兩項(xiàng)目檢修方式基本相同，都是在管式干燥機(jī)上層梁底設(shè)置2條檢修軌道，用于拆卸大蓋及檢修干燥管。目前暫不考慮整機(jī)移走檢修。廠家對(duì)整機(jī)檢修提出了一個(gè)初步的構(gòu)思，即在數(shù)臺(tái)干燥機(jī)底部設(shè)計(jì)可移動(dòng)的托座或利用設(shè)備上方的結(jié)構(gòu)梁做吊點(diǎn)，但是由于實(shí)際情況的約束，實(shí)現(xiàn)起來(lái)存在諸多困難，是今后可優(yōu)化之處。

3管道布置特點(diǎn)及優(yōu)化

3.1　優(yōu)先進(jìn)行大口徑和熱應(yīng)力管道的布置規(guī)劃

布置首先宜結(jié)合袋式過(guò)濾器的尺寸合理定位設(shè)備，大口徑和熱應(yīng)力管道優(yōu)先排布。必要時(shí)可協(xié)調(diào)廠家略微調(diào)整袋式過(guò)濾器內(nèi)部濾袋的排布方式，使袋式過(guò)濾器的外形尺寸滿足布置要求。

3.2　與動(dòng)設(shè)備連接的管道采用膨脹節(jié)

與動(dòng)設(shè)備連接的管道或者上下直連的設(shè)備之間的管道，例如與稱重給煤機(jī)、旋轉(zhuǎn)給料機(jī)、風(fēng)機(jī)等動(dòng)設(shè)備連接的管道采用膨脹節(jié)，以保證設(shè)備和管道的運(yùn)行安全。

3.3　干燥機(jī)出口氣粉管道的優(yōu)化

干燥機(jī)氣粉出口為5008×2728的長(zhǎng)方形管口，需經(jīng)方變圓、彎頭等管件變?yōu)镈N1000的管道，并上穿一層樓面。干燥機(jī)氣粉出口管道布置有三種布置方案，見(jiàn)圖5。

圖5　干燥機(jī)氣粉出口管道布置

方案一為初始設(shè)計(jì)方案，由于偏心方變圓現(xiàn)場(chǎng)制作難度較大，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化后設(shè)計(jì)了后面兩種方案;方案二的方變圓為同心，但是需傾斜安裝，還需增加圓管彎頭；方案三的同心方變圓為垂直安裝，只需現(xiàn)場(chǎng)制作方管彎頭，并且阻力小于方案二。經(jīng)綜合比較，最后選擇用方案三安裝施工。

4結(jié)語(yǔ)

用蒸汽管式干燥技術(shù)預(yù)干燥褐煤可以滿足殼牌煤氣化裝置的生產(chǎn)需要，能合理有效利用資源。在確定布置方案時(shí)，應(yīng)綜合考慮項(xiàng)目的規(guī)模和用地情況以及工藝流程等，選擇合理的布置方案。新型的聯(lián)合布置方案在經(jīng)典煤氣化框架的基礎(chǔ)上將煤氣化和預(yù)干燥有機(jī)融合在一起，布置更加緊湊，工藝流程得到簡(jiǎn)化，并節(jié)省了占地，降低了工程的投資本，也方便了設(shè)備吊裝、降低了施工難度。在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分和干燥機(jī)檢修方面，兩種布置方案差別不大。管道布置的優(yōu)化能更好的滿足工藝流程的要求、降低施工難度，保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行。對(duì)布置方案的分析比較和優(yōu)化探討可為今后類似工程提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

1胡毅等.引入管式干燥機(jī)預(yù)干燥Shell爐氣化原煤[J].中氮肥，2013，5(3)：16-18.

2萬(wàn)永周等.褐煤脫水預(yù)干燥技術(shù)進(jìn)展[J].煤炭工程，2008(8)：91-92.

(收稿日期2015-09-07)