煤氣化工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)操作建議

馬振明,耿文杰

（東華工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）

我國(guó)多煤、少油、少氣的能源結(jié)構(gòu)決定了利用政策和發(fā)展方式。為了能源的合理高效利用及國(guó)家能源安全，以煤為原料生產(chǎn)合成氣及下游產(chǎn)品的方式還將存在較長(zhǎng)一段時(shí)期。而正是由于這種對(duì)煤炭資源較強(qiáng)的依賴性，使得國(guó)內(nèi)外眾多的煤氣化技術(shù)紛紛落地我國(guó)，并得到不同程度的發(fā)展。筆者在設(shè)計(jì)過(guò)程和工廠實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)各煤氣化技術(shù)均有其各自的技術(shù)特點(diǎn)，并存在一些差異化做法，正是由于這些差異的存在使得在氣化流程設(shè)置和設(shè)備選擇上存在優(yōu)化的空間。

本文結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一些問(wèn)題，提出可供參考的建議和優(yōu)化方案，以期對(duì)現(xiàn)有工廠操作具有可行的操作及優(yōu)化建議，使得工廠生產(chǎn)操作更優(yōu)化，更平穩(wěn)，運(yùn)行周期更長(zhǎng)，從而為企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 撈渣機(jī)增設(shè)高頻脫水篩

因煤氣化裝置工藝的特殊性，氣化裝置原來(lái)為煤粉、煤漿、塊煤等，在場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸和輸送過(guò)程中可能存在外泄、外漏的可能，同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中需要間斷外排粗渣和細(xì)渣，很難保證現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境的潔凈，尤其是管理水平偏差的工廠，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境堪憂。其中對(duì)于撈渣機(jī)外排的粗渣，一般委托外部運(yùn)輸公司運(yùn)出，汽車需封閉轎廂，使企業(yè)運(yùn)輸成本增加。另一方面，外排粗渣含水過(guò)高也使不封閉貨車運(yùn)輸途中渣水外漏。一般地，撈渣機(jī)粗渣含水量為40%～50%，如在撈渣機(jī)機(jī)頭下部增設(shè)高頻脫水篩，降低粗渣中含水量至20%～30%，一方面減少粗渣中黑水外漏量；另一方面提高了貨車外運(yùn)粗渣的效率，使裝置現(xiàn)場(chǎng)的操作環(huán)境大為改善。

對(duì)于大型裝置的多系列氣化爐，還可以在撈渣機(jī)下部集中采用皮帶輸送，撈渣機(jī)粗渣經(jīng)高頻脫水篩進(jìn)一步脫水后，送入輸送皮帶。多臺(tái)撈渣機(jī)平行排放粗渣，經(jīng)皮帶統(tǒng)一輸送至指定地點(diǎn)，由汽車外運(yùn)，使汽車外運(yùn)效率進(jìn)一步提高，污染面進(jìn)一步減少，改變了氣化裝置傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)臟亂的形象。

2 多系列真閃罐底部增設(shè)切斷閥隔離

在某些干粉煤氣化的渣水單元設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到設(shè)備布置高差，多系列各個(gè)真空閃蒸罐底部排液管線無(wú)切斷閥，排液管線直接匯合至一條總管自流至澄清槽，真空閃蒸罐底部灰水不設(shè)泵。這樣的流程設(shè)置，當(dāng)其中一套氣化不運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行系列的真空閃蒸罐真空度發(fā)生波動(dòng)，未運(yùn)行系列的真空閃蒸罐常常會(huì)因?yàn)閴毫Σ痪獍l(fā)生劇烈的震動(dòng)現(xiàn)象，建議在考慮設(shè)備布置高差和管道阻力降的情況下，在保證真空閃蒸罐排液順暢的前提下，排液管增設(shè)切斷閥，或者調(diào)整真空閃蒸罐為地面布置，同時(shí)增設(shè)增壓泵。

需要說(shuō)明的是，兩種流程設(shè)置和設(shè)備布置均同時(shí)存在，各有優(yōu)勢(shì)和不足，很難說(shuō)某種配置有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)工廠實(shí)際情況、操作習(xí)慣、裝置布置要求等進(jìn)行選擇和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 氣化爐火檢

氣化爐火焰檢測(cè)在氣化爐點(diǎn)火時(shí)擔(dān)負(fù)重要的監(jiān)測(cè)任務(wù)，是判斷氣化爐是否成功點(diǎn)火的重要依據(jù)。

部分氣化爐開車火檢采用紅外監(jiān)控，實(shí)際生產(chǎn)中往往會(huì)因?yàn)槎喾N原因失效，不能實(shí)時(shí)監(jiān)控到實(shí)際的火焰情況。部分氣化技術(shù)采用視頻監(jiān)控的方式，采用特殊的設(shè)計(jì)和吹掃手段，保證監(jiān)控能多次正常使用，可以直觀檢測(cè)到火焰的燃燒情況，對(duì)于判斷氣化爐是否點(diǎn)火成功，是否良好燃燒起到很好的作用。

4 增加除硬設(shè)施

現(xiàn)有煤氣化裝置，常常因在工藝包設(shè)計(jì)階段對(duì)外排水量的計(jì)算過(guò)于保守，或者工廠實(shí)際生產(chǎn)中改變操作煤種，使得操作值偏離設(shè)計(jì)值過(guò)大，煤氣化裝置需要外排更多的水量，超出工廠已有污水處理裝置的處理能力，造成的后果就是必須限制煤氣化裝置外排水量，更多的灰水必須循環(huán)回系統(tǒng)使用，使水系統(tǒng)硬度和含固量增加，操作工況逐漸惡劣，對(duì)管道、閥門、設(shè)備均帶來(lái)不利影響，從而影響煤氣化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。

建議根據(jù)工廠氣化原料煤煤質(zhì)、渣水處理運(yùn)行情況、黑灰水水質(zhì)情況、污水處理能力等多方面因素，考慮增加除硬設(shè)施。對(duì)氣化外排灰水做進(jìn)一步處理，除硬設(shè)施可以設(shè)置在煤氣化裝置外排污水后，也可根據(jù)情況設(shè)置在澄清槽部位，從澄清槽取水，對(duì)灰水做除硬處理后，打回至澄清槽中，但此流程對(duì)澄清槽加入絮凝劑后水質(zhì)產(chǎn)生影響，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行難度增大。經(jīng)除硬設(shè)施后氣化外排污水懸浮物、氨氮指標(biāo)均大幅降低，污水排至污水處理廠，從而降低后續(xù)污水處理裝置壓力。如果是新建項(xiàng)目，并且項(xiàng)目投資額較大，建議除硬設(shè)施的設(shè)置和全廠污水處理裝置綜合考慮，找到操作和投資效益的最佳路徑。

5 熱風(fēng)爐柴油霧化噴頭選型

干粉煤氣化技術(shù)中，煤粉制備單元惰性氣體發(fā)生器的作用是加熱惰性氣體，熱惰性氣體進(jìn)入磨煤機(jī)，加熱輸送煤粉至煤粉袋式過(guò)濾器。惰性氣體發(fā)生器的燃料一般選擇燃料氣或者柴油，而采用柴油做燃料就需要使用霧化空氣，而霧化效果的好壞將直接影響燃燒的效果和能耗的高低。對(duì)霧化效果起直接作用的就是霧化噴頭的機(jī)械設(shè)計(jì)，而專門針對(duì)惰性氣體發(fā)生器所使用的燃燒器專業(yè)的研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)供貨廠家均較少，對(duì)燃燒器噴頭的設(shè)計(jì)往往不能按照實(shí)際需要的熱值負(fù)荷進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)以及按能力進(jìn)行粗放式的選擇，這樣就導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)中柴油霧化效果較差，造成大量柴油不能霧化成小顆粒的液滴，柴油直接噴入惰性氣體發(fā)生器，造成柴油的集聚，燃燒效率較差。因此，建議在做燃燒器設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)噴頭設(shè)計(jì)作專項(xiàng)研究，選取合適的霧化噴頭以提高燃燒器的燃燒效率。

6 燒結(jié)金屬支撐型式的改進(jìn)

在干煤粉氣化中，多種結(jié)構(gòu)型式的燒結(jié)金屬被廣泛使用。燒結(jié)金屬是一種隔離煤粉的同時(shí)能進(jìn)行充氣的部件，一般安裝于煤粉儲(chǔ)罐底部、煤粉鎖斗內(nèi)部和出口管路、煤粉給料罐底部等位置。不同位置的燒結(jié)金屬部件外形和作用存在一定差異，但其工作原理相似。

燒結(jié)金屬材料本身的特性和使用環(huán)境決定了其在使用過(guò)程中容易脆斷。燒結(jié)金屬本身不能承受較大的壓差，在燒結(jié)金屬內(nèi)側(cè)的煤粉在使用過(guò)程中會(huì)堵塞燒結(jié)金屬孔隙，另一方面，高壓側(cè)的氣體流量過(guò)大或者壓力控制不穩(wěn)定，導(dǎo)致燒結(jié)金屬內(nèi)外壓差超過(guò)設(shè)計(jì)值，燒結(jié)金屬就很容易發(fā)生斷裂，進(jìn)入煤粉罐中，對(duì)煤粉輸送、煤粉調(diào)節(jié)閥和燒嘴造成不利影響。

燒結(jié)金屬部件由殼體和內(nèi)件組成，殼體和壓力容器相連或者組裝在一起，燒結(jié)金屬內(nèi)件裝于燒結(jié)金屬殼體內(nèi)部。如何有效支撐燒結(jié)金屬內(nèi)件，防止燒結(jié)金屬破損，同時(shí)保持通氣面積最大，降低燒結(jié)金屬自身承受的壓差是設(shè)計(jì)燒結(jié)金屬支撐件的關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)多套粉煤氣化運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，此部件的設(shè)計(jì)也在不斷優(yōu)化更新，建議燒結(jié)金屬?gòu)S家根據(jù)工廠經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合設(shè)計(jì)單位的意見進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，最大化保證燒結(jié)金屬的支撐，延長(zhǎng)使用壽命。

7 稱重給煤機(jī)通入氮?dú)?，防止水汽返進(jìn)入

部分干煤粉氣化裝置的稱重給煤機(jī)無(wú)氮?dú)饷芊饪?，原料煤?jīng)過(guò)稱重給煤機(jī)后進(jìn)入磨煤機(jī)。在生產(chǎn)運(yùn)行的過(guò)程中，磨煤機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，煤中的水分氣化分離經(jīng)管道反串回稱重給煤機(jī)，造成給煤機(jī)中煤卡堵，影響原煤的正常輸送。

在稱重給煤機(jī)本體增加氮?dú)馔ㄈ肟冢⒃谠O(shè)備運(yùn)行時(shí)通入少量的氮?dú)膺M(jìn)入系統(tǒng)，防止水汽反串進(jìn)入稱重給煤機(jī)，保證設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

8 結(jié)束語(yǔ)

煤化工在中國(guó)發(fā)展迅速，多種技術(shù)并存，各具特點(diǎn)和適用范圍。然而在流程設(shè)置、設(shè)備選擇、材質(zhì)選擇、操作方式等方面又存在類似。通過(guò)本文列出的一些技術(shù)優(yōu)化、操作建議，希望對(duì)已建成的煤氣化操作提供幫助，同時(shí)對(duì)新設(shè)計(jì)、新建設(shè)工廠也能提供參考。