魯承明

(航天長征化學(xué)工程股份有限公司 北京 101111)

航天粉煤加壓氣化是一種高效、穩(wěn)定的干煤粉氣化技術(shù)，具有裝置性能穩(wěn)定、運(yùn)行周期長、碳轉(zhuǎn)化率高、煤種適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該粉煤氣化技術(shù)主要由磨煤及干燥、粉煤加壓與進(jìn)煤、氣化及合成氣洗滌、渣及灰水處理4個(gè)獨(dú)立操作的單元組成。

在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模確定氣化裝置產(chǎn)能并選擇相應(yīng)生產(chǎn)能力的操作單元，從而保證生產(chǎn)能力的適應(yīng)性和合理性。在其工藝流程方案中，粉煤加壓與進(jìn)煤單元、氣化及合成氣洗滌單元、渣及灰水處理單元不進(jìn)行備用，但考慮到磨煤及干燥單元的主要設(shè)備為動(dòng)設(shè)備，具有故障率較高、維修周期長等特點(diǎn)，故需要備用1套磨煤及干燥單元。以化肥企業(yè)的“60·80”項(xiàng)目為例，其工藝流程方案如圖1所示。

圖1 航天粉煤加壓氣化技術(shù)工藝流程方案

1 磨煤及干燥單元簡介

在航天粉煤加壓氣化技術(shù)中，磨煤及干燥單元的主要工藝設(shè)備包括原料煤儲(chǔ)倉、稱重給煤機(jī)、磨煤機(jī)、粉煤袋式過濾器、循環(huán)風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐、稀釋風(fēng)機(jī)、電動(dòng)纖維分離器、粉煤螺旋輸送機(jī)等，其作用是為粉煤氣化爐提供合格的粉煤，從而保證碳的轉(zhuǎn)化率。

磨煤及干燥單元由制粉、惰性氣體輸送、粉煤與惰性氣分離、粉煤輸送4個(gè)部分構(gòu)成，其中：制粉主要采用輥式磨煤機(jī)制取粉煤；惰性氣體輸送是利用高溫惰性氣體稀相輸送，同時(shí)在輸送過程中進(jìn)行粉煤干燥；粉煤與惰性氣的分離由粉煤袋式過濾器完成；粉煤輸送是將粉煤由粉煤螺旋輸送機(jī)輸送至粉煤加壓與進(jìn)煤單元中。在每套粉煤氣化裝置中，均需設(shè)置備用磨煤及干燥單元，其設(shè)計(jì)能力為100%，以保證整套裝置的滿負(fù)荷運(yùn)行。

如圖2所示：原料煤經(jīng)破碎后由輸送皮帶機(jī)送至原料煤儲(chǔ)倉，然后通過稱重給煤機(jī)送至輥式磨煤機(jī)，經(jīng)磨輥研磨后得到滿足顆粒尺寸要求的粉煤(≤90 μm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占90%，≤5 μm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占10%)；惰性氣體發(fā)生器產(chǎn)生的高溫惰性氣體將所制備的粉煤干燥至含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)約2%，并將粉煤稀相輸送至粉煤袋式過濾器進(jìn)行分離；粉煤袋式過濾器過濾后的粉煤經(jīng)旋轉(zhuǎn)卸料閥、電動(dòng)纖維分離器及粉煤螺旋輸送機(jī)送至粉煤儲(chǔ)罐(即將粉煤輸送至粉煤加壓及進(jìn)煤單元)；粉煤袋式過濾器分離出的一部分惰性氣體經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)入惰性氣體發(fā)生器循環(huán)使用，其余的惰性氣體排放至大氣(目的是控制含水量，以達(dá)到干燥粉煤的效果)；為了維持系統(tǒng)循環(huán)氣體的量,由稀釋風(fēng)機(jī)補(bǔ)入惰性氣體。備用磨煤及干燥單元中的粉煤通過螺旋輸送機(jī)輸送至粉煤加壓與進(jìn)煤單元，保證每套磨煤及干燥單元之間形成互備關(guān)系。

圖2 磨煤及干燥單元流程

2 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

磨煤及干燥單元的主要介質(zhì)是粉煤和惰性氣體，且整個(gè)系統(tǒng)采用常壓操作。通過對設(shè)備長時(shí)間的監(jiān)測和記錄，總結(jié)得出故障率較高的設(shè)備為磨煤機(jī)，其檢修和調(diào)試時(shí)間也較長，而其他設(shè)備的故障率相對較低，且維修及調(diào)試時(shí)間較短。通過對粉煤氣化裝置連續(xù)生產(chǎn)耗煤量與粉煤儲(chǔ)罐容積的核算，并與設(shè)備的檢修時(shí)間進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，僅磨煤機(jī)的檢修時(shí)間影響裝置的運(yùn)行，其他設(shè)備可以通過調(diào)節(jié)裝置的負(fù)荷進(jìn)行檢修。因此，根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際情況對工藝流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在提高設(shè)備在線效率、降低生產(chǎn)成本、減少設(shè)備和土建投資、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和市場競爭力的同時(shí)，也給其他工藝和項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

3 方案優(yōu)化前后比較分析

根據(jù)對航天粉煤加壓氣化裝置長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，提出在整個(gè)磨煤及干燥單元中僅對磨煤機(jī)進(jìn)行備用的工藝優(yōu)化方案，即：優(yōu)化前，工藝方案為備用整套磨煤及干燥單元；優(yōu)化后，僅備用磨煤機(jī)(1開1備)。優(yōu)化后的磨煤及干燥單元流程如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后的磨煤及干燥單元流程

工藝方案優(yōu)化前，備用磨煤及干燥單元需要設(shè)計(jì)長30 m、寬10 m和高90 m的建筑框架；工藝方案優(yōu)化后，由于僅備用磨煤機(jī)，在設(shè)備布置時(shí)，考慮磨煤機(jī)的布置和檢修，需要設(shè)計(jì)長20 m、寬10 m和高23 m的建筑框架。優(yōu)化后的整體建筑高度降低，消防、安全、建筑等方面的建設(shè)成本均有所下降。

通過對比優(yōu)化前后的工藝流程可發(fā)現(xiàn)，2種工藝方案均能滿足設(shè)計(jì)功能和裝置生產(chǎn)能力要求，但優(yōu)化后的工藝方案在設(shè)備投資方面較省，即僅增加1臺磨煤機(jī)。工藝優(yōu)化后，降低了配套的電氣、儀表、設(shè)備和管道等一系列投資建設(shè)費(fèi)用，同時(shí)提高了設(shè)備的在線使用率，控制系統(tǒng)得到簡化；缺點(diǎn)是對于維修人員的技能要求較高，設(shè)備的備品備件較多，維修時(shí)對效率要求高，同時(shí)對企業(yè)的管理要求更嚴(yán)格。

工藝優(yōu)化前，工藝裝置需要提前將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行熱備，根據(jù)計(jì)劃進(jìn)行停車，避免出現(xiàn)系統(tǒng)開車時(shí)間過長而導(dǎo)致整套裝置停車；工藝優(yōu)化后，可以隨時(shí)進(jìn)行磨煤機(jī)的在線切換，節(jié)省了整個(gè)系統(tǒng)的熱備開車過程，同時(shí)降低了系統(tǒng)熱備時(shí)公用工程的消耗，有助于降低生產(chǎn)成本、簡化生產(chǎn)操作過程。

通過以上分析可知，在優(yōu)化后的磨煤及干燥單元中，通過備用磨煤機(jī)即可實(shí)現(xiàn)原工藝方案的要求，在設(shè)計(jì)技術(shù)上是可行的，也是合理的。

4 優(yōu)化方案的實(shí)施措施

對于優(yōu)化方案而言，在優(yōu)化的工藝系統(tǒng)中，首先考慮磨煤機(jī)與備用磨煤機(jī)之間進(jìn)料和出料的切換問題。為了實(shí)現(xiàn)相互切換，將磨煤機(jī)與備用磨煤機(jī)的進(jìn)風(fēng)口和粉煤出口相接，連接處用風(fēng)門進(jìn)行切斷，可以滿足1開1備的要求。此外，需對進(jìn)入磨煤機(jī)的粉煤進(jìn)行質(zhì)量標(biāo)定，滿足系統(tǒng)粉煤的監(jiān)控要求，與氣化負(fù)荷的控制相匹配，故稱重給煤機(jī)必須與磨煤機(jī)同時(shí)備用，且將原料煤儲(chǔ)倉由單錐結(jié)構(gòu)改為雙錐結(jié)構(gòu)，才能滿足工藝要求。

另外，在管道布置上，由于磨煤機(jī)的進(jìn)出口管徑較大(粉煤進(jìn)料口公稱直徑為DN 800 mm，粉煤出料口公稱直徑為DN 1 600 mm，進(jìn)風(fēng)口公稱直徑為DN 1 600 mm)，且磨煤機(jī)空間尺寸較大(長約10 m，寬約8 m，高約11 m)，增大了管道布置難度。故在管道布置時(shí)，為了滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對管道布置、粉煤輸送等方面的要求，建議將磨煤機(jī)的出料口和進(jìn)風(fēng)口處的標(biāo)準(zhǔn)三通閥改為70°特殊三通閥，同時(shí)各支路管道上增設(shè)切斷閥，從而實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)的備用，也便于磨煤機(jī)的檢修和粉煤輸送單元的隔離。

對優(yōu)化后的工藝方案進(jìn)行可行性分析得出：在實(shí)施該優(yōu)化方案時(shí)，循環(huán)風(fēng)入口、粉煤出口等管口連接的根部均設(shè)置相應(yīng)的吹掃閥和切斷閥，避免出現(xiàn)管道盲端積粉堵塞；在正常的開車過程中，如果磨煤機(jī)出現(xiàn)故障后需啟動(dòng)備用磨煤機(jī)，具體的操作是關(guān)閉故障磨煤機(jī)對應(yīng)的原料煤儲(chǔ)倉的錐底插板閥和稱重給煤機(jī)，開啟備用磨煤機(jī)對應(yīng)的原料煤儲(chǔ)倉的錐底插板閥和稱重給煤機(jī)，輸送惰性氣體管路同時(shí)相應(yīng)切換，其他設(shè)備均不用切換，生產(chǎn)操作得以簡化。

5 結(jié)語

通過對優(yōu)化前后的工藝進(jìn)行對比分析，優(yōu)化后的方案在工程設(shè)計(jì)上具有可行性，可以減少裝置建設(shè)前期的土建、設(shè)備、電氣、儀表、管道等方面投資，簡化生產(chǎn)工藝流程；在操作上降低了生產(chǎn)成本，減少了開停車時(shí)水、電、氣等公用工程的消耗量，設(shè)備切換操作便捷。通過對整個(gè)工藝系統(tǒng)的理論分析和探討，優(yōu)化后的工藝對操作人員素質(zhì)、企業(yè)管理水平、工作效率具有較高要求。