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一段時期。而正是由于這種對煤炭資源較強(qiáng)的依賴性,使得國內(nèi)外眾多的煤氣化技術(shù)紛紛落地我國,并得到不同程度的發(fā)展。筆者在設(shè)計過程和工廠實踐中發(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)過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題,提出可供參考的建議和優(yōu)化方案,以期對現(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,從而為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
因煤氣化裝置工藝的特殊性,氣化裝置原來為煤粉、煤漿、塊煤等,在場內(nèi)運(yùn)輸和輸送過程中可能存在外泄、外漏的可能,同時生產(chǎn)過程中需要間斷外排粗渣和細(xì)渣,很難保證現(xiàn)場操作環(huán)境的潔凈,尤其是管理水平偏差的工廠,現(xiàn)場環(huán)境堪憂。其中對于撈渣機(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)場的操作環(huán)境大為改善。
對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)場臟亂的形象。
在某些干粉煤氣化的渣水單元設(shè)計時,考慮到設(shè)備布置高差,多系列各個真空閃蒸罐底部排液管線無切斷閥,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,運(yùn)行系列的真空閃蒸罐真空度發(fā)生波動,未運(yùn)行系列的真空閃蒸罐常常會因為壓力不均衡發(fā)生劇烈的震動現(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,同時增設(shè)增壓泵。
需要說明的是,兩種流程設(shè)置和設(shè)備布置均同時存在,各有優(yōu)勢和不足,很難說某種配置有絕對的優(yōu)勢,可根據(jù)工廠實際情況、操作習(xí)慣、裝置布置要求等進(jìn)行選擇和優(yōu)化設(shè)計。
氣化爐火焰檢測在氣化爐點(diǎn)火時擔(dān)負(fù)重要的監(jiān)測任務(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,實際生產(chǎn)中往往會因為多種原因失效,不能實時監(jiān)控到實際的火焰情況。部分氣化技術(shù)采用視頻監(jiān)控的方式,采用特殊的設(shè)計和吹掃手段,保證監(jiān)控能多次正常使用,可以直觀檢測到火焰的燃燒情況,對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。
現(xiàn)有煤氣化裝置,常常因在工藝包設(shè)計階段對外排水量的計算過于保守,或者工廠實際生產(chǎn)中改變操作煤種,使得操作值偏離設(shè)計值過大,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,對管道、閥門、設(shè)備均帶來不利影響,從而影響煤氣化裝置長周期運(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,對灰水做除硬處理后,打回至澄清槽中,但此流程對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。如果是新建項目,并且項目投資額較大,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。
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。對霧化效果起直接作用的就是霧化噴頭的機(jī)械設(shè)計,而專門針對惰性氣體發(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,對燃燒器噴頭的設(shè)計往往不能按照實際需要的熱值負(fù)荷進(jìn)行個性化設(shè)計以及按能力進(jìn)行粗放式的選擇,這樣就導(dǎo)致實際生產(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)計時,對噴頭設(shè)計作專項研究,選取合適的霧化噴頭以提高燃燒器的燃燒效率。
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能進(jìn)行充氣的部件,一般安裝于煤粉儲罐底部、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)的煤粉在使用過程中會堵塞燒結(jié)金屬孔隙,另一方面,高壓側(cè)的氣體流量過大或者壓力控制不穩(wěn)定,導(dǎo)致燒結(jié)金屬內(nèi)外壓差超過設(shè)計值,燒結(jié)金屬就很容易發(fā)生斷裂,進(jìn)入煤粉罐中,對煤粉輸送、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)計燒結(jié)金屬支撐件的關(guān)鍵。經(jīng)過國內(nèi)多套粉煤氣化運(yùn)行經(jīng)驗,此部件的設(shè)計也在不斷優(yōu)化更新,建議燒結(jié)金屬廠家根據(jù)工廠經(jīng)驗,結(jié)合設(shè)計單位的意見進(jìn)行機(jī)械設(shè)計,最大化保證燒結(jié)金屬的支撐,延長使用壽命。
部分干煤粉氣化裝置的稱重給煤機(jī)無氮?dú)饷芊饪?,原料煤?jīng)過稱重給煤機(jī)后進(jìn)入磨煤機(jī)。在生產(chǎn)運(yùn)行的過程中,磨煤機(jī)在運(yùn)行過程中,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?,并在設(shè)備運(yùn)行時通入少量的氮?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。
煤化工在中國發(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。通過本文列出的一些技術(shù)優(yōu)化、操作建議,希望對已建成的煤氣化操作提供幫助,同時對新設(shè)計、新建設(shè)工廠也能提供參考。