羅 濤，魯承明，彭 書，張占元

(航天長征化學(xué)工程股份有限公司 北京 101111)

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關(guān)于多套粉煤氣化裝置設(shè)備布置的分析

羅 濤，魯承明，彭 書，張占元

(航天長征化學(xué)工程股份有限公司 北京 101111)

隨著現(xiàn)代煤化工的發(fā)展，粉煤氣化裝置不斷向大型化發(fā)展，但由于單臺(tái)氣化爐處理能力的限制，目前都采用多臺(tái)氣化爐并聯(lián)運(yùn)行的方式來滿足市場需求。以某采用4套航天爐粉煤加壓氣化裝置的1 200 kt/a合成氨項(xiàng)目為例，對(duì)多套粉煤氣化裝置并聯(lián)運(yùn)行的設(shè)備布置進(jìn)行了分析。4套粉煤氣化裝置的設(shè)備布置可采用聯(lián)合框架并聯(lián)布置方案，也可采用獨(dú)立磨煤框架的布置方案，方案的取舍需因地制宜。

粉煤氣化 設(shè)備布置 聯(lián)合框架 獨(dú)立磨煤框架

我國是一個(gè)多煤少油貧氣的國家，30多年來我國在煤化工技術(shù)上不斷探索，煤氣化技術(shù)得到了快速發(fā)展。傳統(tǒng)煤化工主要應(yīng)用于生產(chǎn)合成氨和甲醇，新型煤化工已逐漸應(yīng)用于煤制烯烴、煤制油和煤制天然氣等領(lǐng)域。隨著市場需求的不斷擴(kuò)大，要求現(xiàn)代煤化工向著具有規(guī)模效益的大型化發(fā)展，但由于單臺(tái)氣化爐處理能力的限制，目前都采用多臺(tái)氣化爐并聯(lián)運(yùn)行的方式來滿足市場需求。某1 200 kt/a合成氨項(xiàng)目擬采用4套Φ3 200 mm航天爐粉煤加壓氣化裝置并聯(lián)運(yùn)行，以唐陽煤為設(shè)計(jì)煤種，氣化壓力4.0 MPa，裝置粗煤氣(CO+H2)產(chǎn)量約372 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，投煤量達(dá)8 000 t/d?，F(xiàn)對(duì)該項(xiàng)目的4套氣化裝置的設(shè)備布置方案進(jìn)行討論，以使設(shè)備布置合理緊湊、節(jié)約占地面積、減少建設(shè)投資、方便配管檢修并兼顧消防安全。

1 工藝流程

航天爐粉煤加壓氣化工藝以干煤粉為原料，采用激冷流程生產(chǎn)粗合成氣，工藝流程包括磨煤單元、粉煤加壓單元、氣化單元和渣水處理單元。磨煤單元采用輥式磨煤機(jī)磨煤、惰性氣體發(fā)生器干燥的工藝方案。粉煤加壓單元采用高壓氮?dú)饧訅好芟噍斔头勖海⒉捎梅勖烘i斗方案，可實(shí)現(xiàn)粉煤從低壓至高壓的連續(xù)輸送。氣化單元采用氣流床粉煤加壓氣化和激冷流程生產(chǎn)粗合成氣。渣水處理單元的主要作用是對(duì)氣化爐、合成氣洗滌塔和渣池排出的灰水以及渣鎖斗排出的固渣進(jìn)行初步處理，以實(shí)現(xiàn)熱量的回收和水的循環(huán)使用。航天爐粉煤加壓氣化工藝流程如圖1所示[1]。

S1.粉煤袋式過濾器 X1.螺旋輸送機(jī) X2.稱重給煤機(jī) A1.磨煤機(jī) V1.原料煤倉 S2.粉煤貯罐過濾器 F2.惰性氣體發(fā)生器 V2.粉煤貯罐 V3.粉煤鎖斗 V4.粉煤給料罐 A2.燒嘴 F1.氣化爐 V5.渣鎖斗 V6.汽包 V7.燒嘴冷卻水緩沖罐 H1.破渣機(jī) Q1.撈渣機(jī) C1.洗滌塔 C2.汽提塔 V8.高壓閃蒸罐 V9.低壓閃蒸罐 V10.除氧器 V11.灰水罐 S3.沉降槽 S4.過濾機(jī)圖1 航天爐粉煤加壓氣化工藝流程

由于磨煤單元的磨煤機(jī)檢修率較高，一般需設(shè)置備用系統(tǒng)。以上工藝流程簡圖為磨煤系統(tǒng)與氣化系統(tǒng)合用1個(gè)聯(lián)合框架的工藝流程，每條磨煤單元生產(chǎn)線對(duì)應(yīng)1條氣化單元生產(chǎn)線，可采用2開1備的操作方式。另有將磨煤系統(tǒng)設(shè)置在獨(dú)立磨煤框架中的流程，工藝上需增設(shè)1條主要由粉煤收集器、粉煤倉和粉煤發(fā)送罐等設(shè)備組成的煤粉輸送工段。粒度符合要求的煤粉從磨煤機(jī)出來后，先進(jìn)入粉煤收集器，再進(jìn)入粉煤倉，最后進(jìn)入粉煤發(fā)送罐，由粉煤發(fā)送罐將粉煤輸送至氣化框架。粉煤輸送介質(zhì)為低壓氮?dú)?，采用正壓密相脈沖輸送方式。對(duì)于此工藝中磨煤單元每條生產(chǎn)線與氣化單元生產(chǎn)線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，應(yīng)根據(jù)單臺(tái)磨煤機(jī)的處理能力加以配置，對(duì)于4臺(tái)氣化爐的配置，可采用5開1備或6開1備的操作方式。

2 氣化裝置設(shè)備布置的特點(diǎn)

氣化工藝中含粉煤、粗合成氣、閃蒸氣、甲烷等易燃易爆的有毒氣體，同時(shí)含氧氣、蒸汽等高溫強(qiáng)氧化性氣體。粉煤氣化裝置的布置一般設(shè)置為氣化框架和渣水框架，2個(gè)框架之間采用連廊連接，其中氣化框架高度達(dá)90 m，屬于超高超限結(jié)構(gòu)[2]。為了降低投資并保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，氣化框架以氣化爐支撐樓層為界，其以上部分采用鋼結(jié)構(gòu)，以下部分采用混凝土結(jié)構(gòu)，除了高寒地帶，均采用敞開式框架。

由工藝流程可知，氣化裝置的布置可分為聯(lián)合框架布置和獨(dú)立磨煤框架布置。在聯(lián)合框架中，1個(gè)氣化框架的跨距為10 m，若將4套氣化裝置的框架簡單地并排布置，建筑結(jié)構(gòu)框架總面積大，對(duì)建筑的防火要求很高[3]。另外，由于并排布置跨度和框架面積太大，給靠中間布置的設(shè)備吊裝帶來困難。對(duì)于獨(dú)立的磨煤框架，由于磨煤框架與氣化框架分開布置，減少了單個(gè)框架的布置面積，4套氣化裝置的框架可并排布置。

總之，氣化裝置的設(shè)備按照工藝流程順序就近布置的原則進(jìn)行布置，并綜合考慮建筑用地面積和投資、設(shè)備的檢修及吊裝、管道的布置、閥門的操作和檢修以及防火間距的要求。

3 多套氣化裝置并聯(lián)布置方案的比較

3.1 聯(lián)合框架布置方案

3.1.1 布置方案一

對(duì)于4套氣化裝置的聯(lián)合框架布置，一般采用南北對(duì)稱的雙框架布置(或東西布置)，即2套氣化裝置共用1個(gè)氣化框架對(duì)應(yīng)1個(gè)渣水框架，2個(gè)框架以管廊分割，布置在管廊兩側(cè)。這樣既有利于公用工程管道的布置，又簡化了工藝流程，每個(gè)框架互不干擾，使現(xiàn)場的施工操作以及安全管理更加方便直接。

磨煤單元2開1備，在氣化框架中磨煤單元設(shè)備占3個(gè)柱距共30 m，而粉煤加壓和氣化爐單元設(shè)備占2個(gè)柱距共20 m。在聯(lián)合框架布置中，可在2套氣化裝置跨距內(nèi)增加1個(gè)跨距，并設(shè)置4 700 mm×4 700 mm的吊裝孔，用作設(shè)備安裝和檢修的空間。吊裝孔四周必須采取相應(yīng)的安全保護(hù)措施，以免高空墜物而造成安全事故。聯(lián)合框架布置方案一如圖2所示。

布置方案一占地面積大、建筑投資成本較高，但由于具有獨(dú)立的吊裝和檢修空間，有利于設(shè)備的安裝與檢修；2套氣化裝置分開布置，有利于管道的配管和閥門、儀表的設(shè)置，并有利于裝置運(yùn)行后的設(shè)備、閥門、儀表的操作和檢修。

3.1.2 布置方案二

另一種方案是將2套氣化裝置進(jìn)行并排布置，2套氣化裝置之間不設(shè)安裝和檢修用的吊裝孔。聯(lián)合框架布置方案二如圖3所示。

很明顯，此種框架布置減少了項(xiàng)目的建設(shè)用地，可節(jié)省1個(gè)跨距的費(fèi)用，大大降低了建設(shè)結(jié)構(gòu)投資；但由于沒有固定的吊裝、檢修空間，給設(shè)備和管道的安裝及檢修帶來了不便。如23 m樓板上的中壓鍋爐水泵為2開1備，泵的電機(jī)長寬高約為1 500 mm×1 000 mm×1 000 mm，3臺(tái)泵基本占據(jù)了整個(gè)樓面的空間，泵的周圍配管復(fù)雜，當(dāng)需要將泵移出框架檢修時(shí)，由于沒有預(yù)留吊裝孔，給檢修帶來很大不便。另外，由于采用此種框架布置的2套氣化裝置并排布置，配管困難，也給裝置的閥門和儀表的操作及檢修帶來不便。如安裝氣化爐燒嘴的樓面，由于工藝管線復(fù)雜、操作閥門和儀表眾多、管道配管空間狹窄，管道施工及閥門操作時(shí)人員甚至無法通行。再次，當(dāng)2套氣化裝置毗鄰布置時(shí)，粉煤、粗合成氣等易燃易爆粉塵和氣體更容易聚集，給安全生產(chǎn)帶來了隱患。

圖3 聯(lián)合框架布置方案二

3.2 獨(dú)立磨煤框架布置方案

采用獨(dú)立的煤粉輸送工段時(shí)，可將磨煤機(jī)單獨(dú)設(shè)置在獨(dú)立的磨煤框架中。獨(dú)立磨煤框架布置方案如圖4所示。

獨(dú)立磨煤框架布置方案節(jié)約建設(shè)用地，布置靈活。磨煤框架從氣化框架中獨(dú)立出來后，可以將4套氣化裝置并排布置，節(jié)約了氣化框架布置的建筑用地；而且當(dāng)項(xiàng)目沒有足夠的建設(shè)用地來布置聯(lián)合框架時(shí)，可在氣化框架附近另行單獨(dú)布置磨煤框架，布置相對(duì)靈活。當(dāng)然，磨煤框架距氣化框架不宜太遠(yuǎn)，以防影響粉煤輸送的穩(wěn)定性。另外，獨(dú)立磨煤框架布置方案也節(jié)約了設(shè)備投資。在如圖4所示的布置方案中，磨煤機(jī)采取了5開1備的配置，相當(dāng)于5條磨煤單元生產(chǎn)線對(duì)應(yīng)4條氣化生產(chǎn)線，單臺(tái)磨煤機(jī)的投煤量較聯(lián)合框架的少，因此磨煤機(jī)的選型可相應(yīng)偏小。同時(shí)，聯(lián)合框架中需配置2臺(tái)備用磨煤機(jī)，而獨(dú)立磨煤框架布置方案可減少1臺(tái)備用磨煤機(jī)。再次，獨(dú)立磨煤框架布置降低了建筑層高，可節(jié)省建筑投資，且框架層高度的降低有利于消防安全。在聯(lián)合框架中，磨煤機(jī)出口的煤粉直接由氮?dú)廨斔椭涟惭b在90 m高的袋式過濾器內(nèi)，再由螺旋輸送機(jī)送至粉煤貯罐內(nèi)；而在獨(dú)立磨煤框架中，磨煤機(jī)出口的煤粉只需輸送至安裝在50 m高的粉煤收集器內(nèi)，再由粉煤發(fā)送罐輸送至粉煤貯罐內(nèi)，顯然獨(dú)立磨煤框架中磨煤單元的建筑層高大大降低了。由于獨(dú)立磨煤框架布置方案中的4套氣化裝置并排布置，導(dǎo)致管道布置較困難；另外，磨煤機(jī)的備用率較聯(lián)合框架降低，也會(huì)使裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性受到影響。

圖4 獨(dú)立磨煤框架布置方案

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于4套粉煤氣化裝置的設(shè)備布置，可采用聯(lián)合框架并聯(lián)布置方案，也可采用獨(dú)立磨煤框架布置方案，對(duì)于多臺(tái)氣化爐并聯(lián)運(yùn)行的裝置設(shè)備布置可以此類推。方案的取舍應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目的建設(shè)用地面積、土建結(jié)構(gòu)投資、設(shè)備投資、裝置運(yùn)行穩(wěn)定性、操作檢修的方便性、防火間距的要求等諸多因素加以考慮。

隨著新建的煤氣化裝置規(guī)模越來越大，有些項(xiàng)目甚至考慮啟用20臺(tái)以上氣化爐的氣化裝置。當(dāng)然，隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，不可能讓煤化工無節(jié)制、無要求地發(fā)展，這要求開發(fā)出更大投煤量的氣化爐型以滿足市場需求，達(dá)到降低設(shè)備和建筑投資的目的；同時(shí)，以潔凈煤技術(shù)為基礎(chǔ)，發(fā)展更加節(jié)能、高效、環(huán)保的煤化工技術(shù)，讓現(xiàn)代煤化工向更健康的方向可持續(xù)發(fā)展。

[1] 盧正滔，姜從斌.航天粉煤加壓氣化技術(shù)(HT- L)的進(jìn)展及裝置運(yùn)行情況[J].化肥工業(yè)，2012(4):1- 2.

[2] 楊玉才.新型粉煤氣化裝置框架及設(shè)備布置設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺析[J].大氮肥，2013(4):228- 232.

[3] 黃習(xí)兵.淺談煤化工火災(zāi)消防存在的問題和應(yīng)對(duì)策略[J].大氮肥，2014(2):84- 87.

Analysis of Equipment Arrangement of Sets of Pulverized Coal Gasification Plants

LUO Tao, LU Chengming, PENG Shu, ZHANG Zhanyuan

(Changzheng Engineering Co., Ltd. Beijing 101111)

With progress of modern coal chemical industry, the pulverized coal gasification plant develops towards large- scale. Because of the limitation of processing capacity of single gasification plant, the method of parallel operation of multiple gasification plants is adopted to satisfy market demand at present. Taking a certain 1 200 kt/a ammonia project as an example, which uses 4 sets of HT- L pulverized coal pressurized gasification plants, an analysis is carried out of the equipment layout of multiple sets of pulverized coal gasification plants parallel- operated. The equipment arrangement of 4 sets of pulverized coal gasification plants can choose either united framework parallel arrangement scheme, or separated framework of coal- grinding unit scheme, local conditions must be taken into account in selecting scheme.

pulverized coal gasification equipment arrangement united framework separated framework of coal- grinding unit

羅濤(1981—)，女，工程師，從事煤化工管道設(shè)計(jì)工作；luotao200512@sina.com。

TQ545

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1006- 7779(2016)05- 0027- 05

2015- 10- 09)