煤氣化裝置現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化及操作建議

耿文杰，馬振明，翟樹濤

(陽(yáng)煤太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了國(guó)家在能源使用上的政策和發(fā)展模式。多煤、少油、少氣的能源結(jié)構(gòu)決定了國(guó)家基于能源安全考慮，在一定時(shí)期內(nèi)還將要發(fā)展以煤為源頭的化工產(chǎn)品，而其中作為源頭的煤化工，特別是新型煤化工的發(fā)展，始終占有一席之地。

正是由于這種對(duì)煤炭資源較強(qiáng)的依賴性，使得眾多的煤氣化技術(shù)紛紛在我國(guó)落地并得到不同程度的發(fā)展，但同時(shí)工廠在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題[1]。結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，提出可供參考的現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化和操作建議，以期對(duì)現(xiàn)有工廠操作具有有價(jià)值的優(yōu)化操作建議，使得工廠生產(chǎn)更平穩(wěn)，運(yùn)行周期更長(zhǎng)，從而為企業(yè)帶來(lái)更多的效益。

1 氣化爐出口增設(shè)環(huán)狀水噴淋

合成氣從氣化爐燃燒室進(jìn)入到下部渣室經(jīng)激冷水浴后從氣化爐合成氣出口，通過(guò)合成氣管道進(jìn)入到下游文丘里洗滌器，再進(jìn)入到合成氣洗滌塔。在一些工廠操作過(guò)程中，發(fā)生氣化爐合成氣出口渣堆積、合成氣管道灰沉積、文丘里喉徑處堵塞、合成氣洗滌效果差帶來(lái)的外送合成氣灰含量超標(biāo)。

為了避免以上現(xiàn)象發(fā)生，可以嘗試在氣化爐出口合成氣管道切面設(shè)環(huán)狀噴淋，根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)噴淋水量，使合成氣中夾帶細(xì)灰充分潤(rùn)濕，逐步凝結(jié)聚集，避免在文丘里洗滌器因急劇噴水使粉塵不能均勻凝結(jié)帶來(lái)的局部灰凝聚堵塞文丘里洗滌器，同時(shí)對(duì)合成氣管道灰沉積可能也帶來(lái)一定減輕作用。

2 煤粉電動(dòng)纖維分離器處增設(shè)管道式除鐵器

在煤粉制備單元，一般在原料煤儲(chǔ)倉(cāng)至稱重給煤機(jī)之間設(shè)電磁除鐵器，防止煤中金屬物帶入磨煤機(jī)，對(duì)下游設(shè)備和輸送管線閥門造成損壞，影響裝置正常生產(chǎn)，甚者帶來(lái)生產(chǎn)安全隱患。

磨煤機(jī)磨出的合格煤粉經(jīng)袋式過(guò)濾器、煤粉旋轉(zhuǎn)卸料閥、電動(dòng)纖維分離器、螺旋輸送機(jī)進(jìn)入到后續(xù)煤粉輸送單元的常壓煤粉儲(chǔ)倉(cāng)。在原料煤稱重給煤機(jī)前設(shè)置的電磁除鐵器不能保證經(jīng)磨機(jī)磨煤后不帶來(lái)新的鐵質(zhì)雜質(zhì)，而煤粉中的鐵質(zhì)雜質(zhì)對(duì)后續(xù)煤粉管線，特別是煤粉調(diào)節(jié)閥、煤粉流量計(jì)、燒嘴將帶來(lái)消極影響[2]。

建議在煤粉袋式過(guò)濾器下部電動(dòng)纖維分離器處增設(shè)管道式除鐵器，對(duì)系統(tǒng)中煤粉進(jìn)一步除鐵，杜絕煤粉中夾帶鐵質(zhì)雜質(zhì)進(jìn)入下游，對(duì)后續(xù)設(shè)備、管道起到保護(hù)作用，也減少事故故障的發(fā)生。

3 熱風(fēng)爐出口連接方式優(yōu)化

熱風(fēng)爐(惰性氣體發(fā)生器)在整個(gè)煤粉制備單元是一臺(tái)重要的設(shè)備，一般采用立式圓筒爐，頂部安裝燃燒燒嘴，設(shè)備內(nèi)部采用澆注料的型式。其作用是為煤粉干燥和整個(gè)風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)提供熱源。

熱風(fēng)爐出口管口，部分設(shè)計(jì)單位采用法蘭結(jié)構(gòu)和出口管道連接。因熱風(fēng)爐設(shè)備布置較高，法蘭密封不便于操作維護(hù)，而且此處操作溫度較高，約2 m甚至更大直徑的管道采用法蘭面密封對(duì)安裝要求較高，一旦此處泄露，將很難處理?？煽紤]采用焊接連接，但同時(shí)需要考慮設(shè)備內(nèi)部檢修維護(hù)和系統(tǒng)氣密分段問(wèn)題。

此外，煤粉制備單元的循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)氣密問(wèn)題是安裝、運(yùn)行時(shí)遇到的另一大難題。系統(tǒng)大、管道口徑大、設(shè)備(動(dòng)設(shè)備、定型設(shè)備、非標(biāo)設(shè)備)多。在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮好連接型式是選擇法蘭還是焊接，同時(shí)需要考慮現(xiàn)場(chǎng)如何做氣密以及檢修設(shè)備時(shí)如何隔斷系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)考慮充分了，對(duì)后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)施工及生產(chǎn)維護(hù)將帶來(lái)很大便利。

4 氣化水系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題

氣化裝置運(yùn)行的好壞，能否長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，往往和渣水系統(tǒng)運(yùn)行是否良好直接相關(guān)。澄清槽運(yùn)行狀況、絮凝劑的選取是否恰當(dāng)、細(xì)渣脫除設(shè)備運(yùn)行狀況以及操作管理水平等都會(huì)影響灰水指標(biāo)，從而對(duì)管道、閥門、動(dòng)設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。

對(duì)灰水水質(zhì)的關(guān)注，一直是各氣化裝置操作人員關(guān)注的要點(diǎn)和控制的難點(diǎn)，部分工廠采用在渣水單元內(nèi)部增加除硬設(shè)施，抽取部分澄清槽灰水經(jīng)處理后打回系統(tǒng)內(nèi)部，也有部分工廠采用外部除硬設(shè)施，在外送廢水流程后續(xù)增加獨(dú)立的除硬設(shè)施，以降低廢水處理的負(fù)荷和難度[3]。

如果渣水系統(tǒng)運(yùn)行不佳，帶來(lái)的直接后果就是動(dòng)設(shè)備故障率升高，不能連續(xù)運(yùn)行甚至系統(tǒng)停車。水系統(tǒng)如果不能及時(shí)有效的脫除懸浮物，降低水的硬度，水質(zhì)往往惡化很快，灰水固含量升高，管道內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重、澄清槽負(fù)荷加大、機(jī)泵運(yùn)行工況差。因此各氣化工廠需要根據(jù)各氣化技術(shù)不同的特點(diǎn)和煤種的不同，根據(jù)裝置的實(shí)際運(yùn)行狀況，選取合適的絮凝劑，優(yōu)化工藝單元操作，摸索出適合自身工廠的操作指標(biāo)和方式，降低因水系統(tǒng)問(wèn)題帶來(lái)的裝置停車。

5 煤粉給料罐增加振動(dòng)錘

干粉煤氣化技術(shù)中煤粉輸送系統(tǒng)常常會(huì)因?yàn)椴僮髅悍N的變化、操作方式、閥門和充氣部件等原因產(chǎn)生輸送卡塞、架橋，造成煤粉不能順暢輸送問(wèn)題。如果處理不及時(shí)甚至可能會(huì)導(dǎo)致裝置停車，從而對(duì)氣化爐安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

煤粉輸送單元，煤粉從常壓煤粉儲(chǔ)罐至煤粉鎖斗，至煤粉給料罐，然后通過(guò)粉煤輸送管線經(jīng)過(guò)粉煤調(diào)節(jié)閥至氣化爐燒嘴，整個(gè)工藝流程過(guò)程中，常壓煤粉儲(chǔ)罐不易架橋，煤粉鎖斗即使架橋可采用的坡橋手段較多，而煤粉給料罐出口至燒嘴間管道堵塞情況較少。而對(duì)于煤粉給料罐，如果出現(xiàn)架橋，將直接影響煤粉輸送效果，給生產(chǎn)留有處理的時(shí)間較短并且處理架橋的手段較少。如果不能及時(shí)有效處理煤粉給料罐的架橋問(wèn)題，將直接導(dǎo)致系統(tǒng)停車。

建議在煤粉給料罐筒壁下部增加振動(dòng)錘，在一定程度上增加處理煤粉給料管煤粉架橋的手段，使得設(shè)備在煤粉架橋多了一種處理手段，對(duì)維持煤粉正常輸送穩(wěn)定生產(chǎn)帶來(lái)更多處理手段的可能。

6 常壓煤粉倉(cāng)和氧氣放空消音器布置優(yōu)化

某些煤氣化項(xiàng)目中，常壓煤粉倉(cāng)頂部爆破片直接安裝于設(shè)備頂部，爆破片后連接短管就近接至框架邊排放至大氣。而在排放管附近布置了氧氣放空消音器，氧氣消音器距離煤粉爆破片管線過(guò)近，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。

一般設(shè)計(jì)規(guī)范中要求爆破片后管線盡量短，對(duì)于易燃且可形成爆炸性粉塵的煤粉，在設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮爆破片破裂后煤粉的去向問(wèn)題，目前工廠中較難收集處理。此跟管道在工廠的實(shí)際布置時(shí)一般為就近引至框架高點(diǎn)。在實(shí)際的布置中，氧氣消音器一般也位于框架頂部，和粉煤放空管線距離較近。當(dāng)爆破片超壓泄放時(shí)，如果此時(shí)裝置開車氧氣放空或者停車放空時(shí)，則可能發(fā)生事故。一般，這些情況也極少可能疊加出現(xiàn)，在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行設(shè)備布置時(shí)充分考慮設(shè)備和重要管線走向，從而盡可能減小降低生產(chǎn)中可能存在的安全隱患[4]。

7 停車后水系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行

煤氣化裝置在緊急或者計(jì)劃停車時(shí)，氧氣系統(tǒng)、煤漿/煤粉系統(tǒng)將按照預(yù)先設(shè)定的聯(lián)鎖順控程序按步驟安全停車，使氣化系統(tǒng)進(jìn)入到安全狀態(tài)。而此時(shí)其他系統(tǒng)將根據(jù)裝置的狀況確定是否立即或延遲停車。

氣化的水系統(tǒng)是否在較短的時(shí)間內(nèi)停車，對(duì)下一次開車和系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行將產(chǎn)生影響。因系統(tǒng)內(nèi)存有大量黑灰水，并且水溫過(guò)高，為減少無(wú)組織酸性氣體排放，最大限度除去黑灰水中殘留的灰渣固體，避免灰渣在管路中沉積帶來(lái)堵塞問(wèn)題，同時(shí)為了下一次開車順利進(jìn)行，建議在氣化裝置停車后，水系統(tǒng)能夠繼續(xù)保持一定時(shí)間的循環(huán)狀態(tài)，使水溫逐步降低，同時(shí)使黑灰水中灰渣不斷聚集，通過(guò)帶式過(guò)濾機(jī)除去系統(tǒng)中的細(xì)渣，盡可能使水系統(tǒng)的固含量降低至較低水平，從而減少灰渣在設(shè)備管道中的堆積，減少酸性氣體的無(wú)組織排放量。

8 結(jié)語(yǔ)

煤化工行業(yè)在中國(guó)國(guó)內(nèi)不斷發(fā)展，近幾年不斷有新的煤氣化技術(shù)產(chǎn)生，現(xiàn)存的煤氣化技術(shù)也在不斷優(yōu)化和換代升級(jí)。具體到某個(gè)氣化工廠，在流程設(shè)置、設(shè)備選擇、材質(zhì)選擇、操作方式等方面存在可以優(yōu)化、改善的地方。

通過(guò)本文列出的一些操作優(yōu)化建議和技術(shù)優(yōu)化方案，希望對(duì)已建成的煤氣化工廠提供一些操作優(yōu)化建議和技術(shù)改造升級(jí)的可能性。也希望對(duì)新設(shè)計(jì)、新建設(shè)工廠提供一些可用的參考。相信在煤氣化行業(yè)技術(shù)人員的共同努力下，煤氣化技術(shù)將更加完善和成熟，為企業(yè)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障。