郭文達

煤化工裝備如何“利其器”

郭文達

近十年來，隨著一批示范工程建成投產(chǎn)，具有自主知識產(chǎn)權技術的煤化工技術裝備開始從實驗室進入項目工程，中國煤化工裝備開始走在世界前列。目前，各煤化工項目的重點主要集中在產(chǎn)品經(jīng)濟規(guī)模、核心工藝技術、氣化效率、綜合能耗、“三廢”排放等方面，每一個環(huán)節(jié)都決定著煤化工裝置能否安穩(wěn)長滿優(yōu)運行。而能否實現(xiàn)安穩(wěn)長滿優(yōu)運行，在今年更已形成了煤化工業(yè)績的分水嶺。工欲善其事，必先利其器。煤化工裝備應從哪些方向適應當前及未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求呢？中國化工報記者上周進行了采訪。

預處理設備注重優(yōu)化

預處理是開車的初始環(huán)節(jié)，設備的工況將影響整套裝置的運行，所以必須注重優(yōu)化設計，注意解決各類小問題。

在談到預干燥器的設計時，航天長征化學工程股份有限公司總經(jīng)理姜從斌表示，要重點注意四個方面。一是安全性設計。開車期間，要保證系統(tǒng)氧含量低于13%的情況下投煤，同時工藝系統(tǒng)設計還要求若氮氣加入系統(tǒng)進行停車時，要保證系統(tǒng)原料可全部泄出，尤其是設備或管道的死角處。二是在預干燥緩沖倉設計中要考慮煤粉堆積密度差異帶來的生產(chǎn)線設計能力匹配問題。如褐煤煤粉的堆積密度是450kg/m3，實際測量的粉煤的堆積密度為380kg/m3。三是滾筒的盤根，出口疏水、粉煤發(fā)送系統(tǒng)的能力設計要留有余量。四是氣力輸送管道上要設計氮氣助推系統(tǒng)，主要是在彎頭位置采用補充氮氣的方法，防止管道堵塞，此處要采用耐磨設計。

國電南瑞富通公司副總經(jīng)理兼總工程師、GF國富爐開發(fā)項目負責人苗文華介紹說，富通經(jīng)過全面分析，采用了適用于GF國富爐的原煤投料方法——重力作用投料法。原煤經(jīng)皮帶機進入爐頂煤倉，在重力作用下首先進入干燥段，在干燥段原煤與來自冷卻段換熱后的煙氣進行換熱，換熱后煤的溫度升高到170℃，經(jīng)引風機一部分進入國富爐冷卻段，剩余部分經(jīng)布袋除塵器除塵后排空。

清華大學山西清潔能源研究院常務副院長張建勝教授則表示，華能爐采用兩段投煤處理法，并對二段投煤處理環(huán)節(jié)進行了優(yōu)化，不但解決了廢鍋積灰的問題，改變飛灰特性，廢鍋入口溫度可提高至820℃，且不發(fā)生積灰問題，還比同類技術高出100℃左右，提高了操作靈活性和可靠性。

氣化裝備各顯神通

氣化裝置中，各種爐型可謂各擅勝場，這也是我國煤化工產(chǎn)業(yè)的“底氣”所在。對煤種適應性廣是航天爐的顯著特點，該爐在中化長山項目中應用褐煤成功，碳轉化率達到99.2%以上，有效氣(CO+H2)高達87%～90%，運行穩(wěn)定，填補了航天爐在劣質(zhì)煤領域的應用空白。

姜從斌告訴記者，鑒于褐煤的一些特性，在氣化裝置設計中要考慮一系列問題。褐煤具有高揮發(fā)性、高流動性，預處理完畢后，要降低褐煤與空氣接觸的機會，采用螺旋輸送機將煤送至磨煤機系統(tǒng)，實現(xiàn)高流動褐煤的穩(wěn)定連續(xù)輸送；針對褐煤堆積密度低的特點，對煤加壓系統(tǒng)進行特別設計，調(diào)節(jié)循環(huán)時間，滿足穩(wěn)定下料的要求；氣化燒嘴調(diào)整后，實際運行最大有效氣產(chǎn)量可達74000Nm3/h。

華能爐干煤粉加壓氣化技術利用化學激冷原理，在二段投入水蒸汽和煤粉，利用一段高溫煤氣顯熱發(fā)生煤的裂解和氣化反應，從而降低合成氣溫度。通過分級氣化、化學激冷處理過程，可使激冷氣循環(huán)量降低50%至70%，最大限度降低氣化島耗功、減小煤氣冷卻器和除塵器的設計尺寸。張建勝表示，應用煤氣化輻射換熱技術，研發(fā)人員建立了高溫高壓、強還原氣氛下CO和H2的輻射及對流傳熱系數(shù)的基礎數(shù)據(jù)，提出了二段氣化噴入煤粉以提高煤氣輻射傳熱系數(shù)的方法，進一步提高蒸汽產(chǎn)量和品質(zhì)，氣化熱效率高達97%。

苗文華介紹了GF國富爐氣化工藝過程：干燥后的煤在重力作用下進入干餾段，在干餾段與來自加熱爐的高溫煤氣進行換熱，煤的溫度升高到550℃，在此溫度下發(fā)生熱解反應，熱解產(chǎn)生的荒煤氣(冷煤氣、焦油氣、熱解水)經(jīng)高效旋風除塵器除塵后進入煤氣凈化與焦油回收系統(tǒng)。原煤熱解后生成高溫半焦，高溫半焦在重力作用下進入冷卻段，在冷卻段與來自干燥段的煙氣進行直接換熱，煙氣溫度升高到350℃左右，經(jīng)旋風除塵器除塵后進入干燥段；換熱后半焦溫度低于100℃，經(jīng)推焦機推出至埋刮板機，再經(jīng)輸焦皮帶進入儲焦倉。以榆林長焰煤為例，100萬噸/年的低階煤分質(zhì)綜合利用項目，工程投資約3.5億元，年產(chǎn)半焦65萬噸，焦油8.8萬噸，煤氣1.1億Nm3。

德國澤瑪克清潔能源技術有限公司負責人高俊表示，澤瑪克熔渣氣化技術選擇塊粉一體氣化爐，將塊煤從氣化爐頂部送入，而將粉煤或水煤漿通過不同類型的噴嘴噴入氣化爐的燃燒區(qū)，當煤種的氣化油含量高時，通過工藝調(diào)整，又可提高焦油產(chǎn)率。

滿足分質(zhì)利用需求

眾所周知，我國煤炭資源以低階煤為主，優(yōu)質(zhì)煤炭資源并不多?！懊禾糠仲|(zhì)分級階梯利用是實現(xiàn)煤炭資源高效、合理、清潔利用的有效途徑之一?！毙聤W能源研究院副院長汪國慶博士說，分質(zhì)利用從煤炭化學結構出發(fā)，充分利用煤炭自身含有的芳香族、脂肪族等官能團結構，獲得高附加值油品，提高工藝技術指標。相繼出臺的煤炭清潔高效利用行動計劃和能源技術革命創(chuàng)新行動計劃均明確提出了加強煤炭分質(zhì)轉化技術創(chuàng)新。煤化工裝備，也必須適應這一需求。

苗文華表示，應用GF低階煤分質(zhì)綜合利用技術及裝備，可將褐煤、長焰煤等低階煤及油頁巖等原料進行中、低溫干餾制取焦油、半焦、煤氣等產(chǎn)品。該裝置適用于煤礦企業(yè)就地轉化，以及煤化工企業(yè)產(chǎn)業(yè)升級。

據(jù)了解，錫林浩特國能能源公司2×50萬噸/年褐煤提質(zhì)工程，采用國富公司自行研發(fā)的褐煤提質(zhì)技術，分別于2009年9月和2011年3月建成兩條生產(chǎn)線，并順利投產(chǎn)運行。陜北乾元化工公司50萬噸/年長焰煤熱解工程，使用原料0～30mm長焰煤，目前主體設備GF國富爐已經(jīng)安裝完成。

“目前國內(nèi)外已經(jīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)實踐的主流爐型仍停留在較傳統(tǒng)的技術上，其他技術多停留在實驗室或中試階段。與傳統(tǒng)技術相比，GF低階煤分質(zhì)綜合利用技術具有工藝可靠、投資省、運行成本低、占地面積小等優(yōu)勢。”苗文華說。

姜從斌認為，結合粉煤氣化技術工藝流程特點，航天長征成立專項組開展了煤粉分質(zhì)利用技術的研發(fā)，持續(xù)研究煤質(zhì)對氣化影響機理，通過工藝流程優(yōu)化及關鍵設備研發(fā)，保證了高的碳轉化率(對于普通煙煤大于99%)，粗細渣比例大于7:3，合成氣出口固體顆粒含量小于1mg/L，灰水排放量小于40噸/10萬Nm3(CO+H2)。

“煤種適應性好是華能爐兩段式干煤粉加壓氣化爐的傳統(tǒng)?！睆埥▌俦硎?，該裝置對煤種的活性要求不高，能應用較寬范圍的煤種、焦炭等原料，在做好原料管理的前提下，幾乎可以氣化所有煤種，對灰含量要求低，含灰量5%～30%均可氣化。

據(jù)悉，華能爐采用水平多噴嘴進料方式，反應介質(zhì)停留時間長，充分混合，碳轉化率高，可達99%，氣化爐捕渣率高，多噴嘴結構有利于單爐容量的放大設計，氣化爐冷煤氣氣化效率高，可達80%～84%，同時耗氧量低。多噴嘴的結構設計可對合成氣顯熱全熱回收，蒸汽產(chǎn)量高、氣化熱效率高，同時可副產(chǎn)中壓過熱蒸汽或飽和蒸汽，此過程采用強化換熱技術，采用的廢鍋可提高回收換熱效率，蒸汽產(chǎn)量比同類技術提高了15%～20%。