衛(wèi)榮榮, 姚根有, 鄧 靖, 袁悅婷

（陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司化工研究院,山西 太原 030021）

我國(guó)煤炭資源豐富,石油資源相對(duì)短缺,大力發(fā)展新一代煤化工產(chǎn)業(yè),以煤代油是我國(guó)技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中必須采取的一項(xiàng)措施［1］。新一代煤化工產(chǎn)業(yè)的主要特點(diǎn)就是煤的清潔利用。煤氣化技術(shù)是煤的清潔利用技術(shù)之一,在國(guó)際油價(jià)飆升、國(guó)內(nèi)天然氣資源緊張、環(huán)保要求越來(lái)越高的背景下［2］,一種新型的煤氣化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

該新型煤氣化技術(shù)借鑒航天領(lǐng)域?qū)娚淦?、氣體流場(chǎng)、高溫高壓材料的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過(guò)幾十年的研制開(kāi)發(fā),目前建有一套中試裝置,快速混合燒嘴使煤及氣化劑在爐內(nèi)以柱塞流的形式進(jìn)行氣化反應(yīng)、耐高溫水冷壁內(nèi)襯套（以渣抗渣）和固體加壓輸送泵超高壓密相粉煤輸送是其三大技術(shù)核心［3］。

本文重點(diǎn)介紹該新型煤氣化技術(shù)的固體加壓輸送泵超高壓密相粉煤輸送技術(shù),將傳統(tǒng)氣流床氣化工藝［4－5］的進(jìn)料系統(tǒng)同這種新型煤氣化技術(shù)的進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比,突出該進(jìn)料系統(tǒng)的先進(jìn)性,以適應(yīng)現(xiàn)代新型大規(guī)模煤氣化技術(shù)的需求。

1 新型煤氣化技術(shù)的進(jìn)料方式

1.1 固體加壓輸送泵和超密相輸送系統(tǒng)

粉煤鎖斗系統(tǒng)氣力輸送技術(shù)的載氣一般為N2、CO2或合成氣［6］。N2作為載氣會(huì)對(duì)氣化爐產(chǎn)品產(chǎn)生不利影響,可增加后續(xù)合成氣系統(tǒng)惰性氣含量,降低有效氣成分含量及煤氣熱值。用合成氣代替N2,雖然可減少N2對(duì)合成氣的污染,但由于合成氣含有大量易燃易爆成分,危險(xiǎn)性較大［7－8］。CO2在一定程度上可減少工藝蒸汽的需求量,可作為理想的輸送載氣,且后續(xù)產(chǎn)品氣不會(huì)由于載氣為惰性氣體而降低產(chǎn)品氣的熱值及有效氣成分,同時(shí)還可改善產(chǎn)品氣的組成［9］。

與粉煤鎖斗加壓進(jìn)料系統(tǒng)相比,濕式煤漿進(jìn)料系統(tǒng)擁有升壓更高、無(wú)需使用惰性載氣、操作及控制計(jì)量簡(jiǎn)便、進(jìn)料連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是水煤漿中僅有部分水是氣化需要的,多余的水分需要加熱到氣化溫度蒸發(fā),氧氣消耗比干煤粉消耗要高,且冷煤氣效率低［10－11］。此外,水煤漿濃度、黏度、粒度分布特性變化較大,給水煤漿加壓輸送帶來(lái)了不穩(wěn)定因素［12－14］。

該新型煤氣化技術(shù)摒棄上述2種進(jìn)料系統(tǒng)的缺點(diǎn),其進(jìn)料系統(tǒng)采用固體加壓輸送泵和超密相輸送系統(tǒng),氣化爐煤粉進(jìn)料采用特殊的分流器對(duì)煤粉和氧氣進(jìn)行均勻分配,保證氣化爐的流場(chǎng)為柱塞流,從而有效提高氣化爐的氣化效率。該設(shè)計(jì)為一種全新的設(shè)計(jì),固體加壓輸送泵的示意圖見(jiàn)第100頁(yè)圖1。該新型煤氣化技術(shù)的固體加壓輸送泵可以取代傳統(tǒng)氣化系統(tǒng)中的鎖斗系統(tǒng),上部連接低壓料斗,下部連接高壓料斗。該新型煤氣化技術(shù)的超密相輸送系統(tǒng)及分流器置于高壓料斗及氣化爐噴嘴之間,使得高壓料斗中的高壓煤粉勻速、均勻、穩(wěn)定地送到氣化爐的噴嘴中。

1.2 固體加壓輸送泵主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1）直線履帶概念（高效和可擴(kuò)展）；

2）商業(yè)組件的最大使用率；

3）可維護(hù)（快速零件更換）；

圖1 固體加壓輸送泵示意圖

4）高壓能力（可達(dá)到8.3MPa）。

具體運(yùn)行如下：干燥后的煤粉儲(chǔ)存在干燥煤粉收集過(guò)濾倉(cāng),煤粉通過(guò)重力作用進(jìn)入固體加壓輸送泵的頂部,固體加壓輸送泵將煤粉加壓到5.3MPa,并儲(chǔ)存在高壓加料斗中。在高壓加料斗中,通過(guò)超高壓密相輸送系統(tǒng)將煤粉輸送到氣化爐的頂部分流器。

2 固體加壓輸送泵相較于傳統(tǒng)進(jìn)料方式的優(yōu)勢(shì)

1）固體加壓輸送泵流程簡(jiǎn)單,無(wú)充卸壓操作,無(wú)需加壓輸送氣,程控閥門設(shè)置少,省去了流程復(fù)雜的鎖斗流程,運(yùn)行上減少了輸送氣的消耗,操作更簡(jiǎn)便。固體加壓輸送泵的電耗很低,故加煤系統(tǒng)投資成本更低,比煤鎖斗方案大約低20%～30%。

根據(jù)技術(shù)成熟的航天爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)［15－16］和該新型煤氣化技術(shù)擁有公司提供的相關(guān)數(shù)據(jù),對(duì)鎖斗流程和固體加壓輸送泵流程進(jìn)行投資和運(yùn)營(yíng)成本比較,見(jiàn)表1。

表1 鎖斗流程和固體加壓輸送泵流程對(duì)比表

通過(guò)以上對(duì)比可以看出,固體加壓輸送泵流程比鎖斗流程投資節(jié)省853萬(wàn)元,年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用節(jié)省5 120萬(wàn)元。從投資和運(yùn)營(yíng)成本角度來(lái)看,固體加壓輸送泵進(jìn)煤流程優(yōu)于鎖斗流程。

2）煤鎖斗的程控閥故障率高,可靠性沒(méi)有固體加壓輸送泵高,固體加壓輸送泵的不間斷運(yùn)行周期的設(shè)計(jì)期望值為1年。

3）固體加壓輸送泵更容易大型化。

4）固體加壓輸送泵的框架高度較傳統(tǒng)加煤鎖斗低。

3 結(jié)束語(yǔ)

粉煤鎖斗系統(tǒng)進(jìn)料技術(shù)和濕式煤漿泵加壓進(jìn)料技術(shù)在煤氣化技術(shù)中有廣泛應(yīng)用。但在應(yīng)用過(guò)程中,粉煤鎖斗系統(tǒng)進(jìn)料技術(shù)存在輸送壓力不高、粗煤氣有效成分受載氣影響且?guī)?lái)較高的后系統(tǒng)放空量、輸送系統(tǒng)密封及計(jì)量技術(shù)復(fù)雜等問(wèn)題。濕式煤漿泵加壓進(jìn)料因其輸送介質(zhì)含水多、煤耗氧耗高而使有效氣含量和冷煤氣效率相對(duì)較低。固體加壓輸送泵超高壓密相粉煤輸送技術(shù)摒棄上述2種進(jìn)料系統(tǒng)的缺點(diǎn),其進(jìn)料系統(tǒng)采用固體加壓輸送泵和超密相輸送結(jié)合,利用電機(jī)帶動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力及擠壓力,將低壓煤粉送入高壓料斗中。固體加壓輸送泵目前所顯現(xiàn)出的經(jīng)濟(jì)性及實(shí)用性等優(yōu)勢(shì)奠定了其在未來(lái)煤氣化技術(shù)中將具有重要地位。

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