尹招進(jìn)

(云南天安化工有限公司，云南安寧 650309)

1 系統(tǒng)概況

某煤氣化裝置采用AP粉煤氣化技術(shù)，以煤為原料生產(chǎn)合成氣，煤氣化裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)有效氣(CO+H2)體積流量為140 000 m3/h，與之相配套的磨煤系統(tǒng)為3條設(shè)計(jì)質(zhì)量流量為77.57 t/h的磨煤線(A、B、C)，設(shè)計(jì)為2開1備。

磨煤與干燥單元(U-1100)的主要任務(wù)是研磨和干燥煤粉，并向煤粉中加入石灰石，調(diào)整灰熔點(diǎn)以改變渣流動(dòng)性?？刂浦笜?biāo)有：煤粉粒度(粒徑為5～90 μm的煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，粒徑小于5 μm和粒徑大于90 μm的煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于20%)和煤粉含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)(<2%)。

磨煤工藝流程見圖1。

1—布袋除塵器(S1103)；2—磨煤機(jī)(A1101)；3—粉煤貯罐(V1201A/B)；4—熱風(fēng)爐(F1101)；5—循環(huán)風(fēng)機(jī)(K1102)。

2 磨煤系統(tǒng)運(yùn)行狀況

該煤氣化裝置自2008年5月對磨煤系統(tǒng)進(jìn)行投料試車，在長期運(yùn)行中，通過不斷地技術(shù)改造，逐步解決了裝置設(shè)備故障率較高、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率較低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差等問題，運(yùn)行周期及保障度有了較大的提升。但隨著運(yùn)行周期的增長及國家對能耗、安全、環(huán)保等方面要求的提升，磨煤系統(tǒng)逐漸暴露出能耗高、勞動(dòng)力投入多、設(shè)備腐蝕加劇等問題。筆者對裝置運(yùn)行過程中遇到的問題及處理進(jìn)行分析，為磨煤系統(tǒng)在有效提升能效、符合國家產(chǎn)業(yè)政策等方面尋找可靠的解決方法。

3 存在問題及原因分析

3.1 裝置能耗較高

該煤氣化裝置配套磨煤系統(tǒng)由中國五環(huán)工程有限公司設(shè)計(jì)，配套磨煤機(jī)采用北京電力總廠GM133G中速輥式磨煤機(jī)，生產(chǎn)線設(shè)計(jì)為2開1備，系統(tǒng)干燥用熱風(fēng)爐直接采用自產(chǎn)的合成氣，其主要設(shè)備(如磨煤機(jī)及循環(huán)風(fēng)機(jī)等動(dòng)設(shè)備)功率較高，在高負(fù)荷情況下，如果磨煤單線不能有效滿足生產(chǎn)需求，不得不啟動(dòng)備用線，2條磨煤線運(yùn)行時(shí)成本將大幅提高。

為了得到1%～2%含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的粉煤，每條磨煤線將消耗3 000 m3/h左右的合成氣，合成氣中的大量飽和水同時(shí)帶入系統(tǒng)，增加循環(huán)氣體的放空量，增加了能量的消耗及損失。

3.2 雨季磨煤機(jī)入口管堵煤嚴(yán)重

自開車以來，該煤氣化裝置用煤先后采用了富源煤、貴州煤混煤，富源煤、貴州洗精煤混煤，富源煤、貴州洗精煤摻燒石油焦，富源煤、貴州洗精煤摻燒煙煤，富源煤、貴州煤摻燒煙煤等。多次大幅的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整，使用包括了青海、甘肅、陜西等不同地區(qū)、不同熱值的石油焦、煙煤、原料煤，突破了原使用煤種的局限性。通過對不同煤種在氣化爐應(yīng)用中的適用性進(jìn)行了深入的探索，為氣化爐用煤找到了較好的操作控制方式及經(jīng)濟(jì)性配煤方式。但隨著煤種的不斷變換，原料的水分含量、粒度變化較大，特別是在雨季，經(jīng)常造成磨煤機(jī)入口管的堵塞。

3.3 布袋除塵器內(nèi)部腐蝕及反吹系統(tǒng)故障

在長期的運(yùn)行過程中，因系統(tǒng)內(nèi)含水量高、腐蝕性物質(zhì)含量高，對布袋除塵器頂部蓋板等冷熱交接處設(shè)備產(chǎn)生了較強(qiáng)的腐蝕；同時(shí)，由于布袋除塵器反吹系統(tǒng)存在部分缺陷，導(dǎo)致布袋除塵器反吹壓力較低，布袋除塵器壓差升高，磨煤系統(tǒng)不能正常運(yùn)行[1]。

3.4 氮?dú)庀牧扛?/h3>

該煤氣化裝置配套磨煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)循環(huán)風(fēng)體積流量為120 000 m3/h,在為原料煤干燥的過程中，系統(tǒng)帶有大量的飽和水；為降低循環(huán)氣露點(diǎn)，需要持續(xù)向系統(tǒng)補(bǔ)入空氣，使系統(tǒng)含氧量上升。為保證系統(tǒng)安全，需要向系統(tǒng)補(bǔ)入0.5 MPa、6 000 m3/h左右的氮?dú)?，造成系統(tǒng)低壓氮?dú)庀妮^高。

3.5 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率較低

該煤氣化裝置配套磨煤系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備較多，在對固體物料加工的過程中，設(shè)備磨損及設(shè)備故障率較高，單條磨煤線連續(xù)運(yùn)行時(shí)間較短，特別是布袋除塵器錐部的振動(dòng)篩、給料機(jī)，碎煤倉下部的給煤機(jī)、磨煤機(jī)等設(shè)備出現(xiàn)泄漏、故障的頻率較高，常常因?yàn)橐恍┹^小的設(shè)備問題被迫停運(yùn)或造成氣化爐減負(fù)荷。

4 磨煤系統(tǒng)提效優(yōu)化改造及運(yùn)行效果

4.1 系統(tǒng)的優(yōu)化提升改造

4.1.1 液氮洗尾氣催化燃燒技術(shù)改造

在50萬t/a合成氨生產(chǎn)過程中，從合成凈化系統(tǒng)出來的液氮洗尾氣(體積流量為30 000 m3/h，有效氣(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)為5%～13%)可燃成分含量低，引入熱風(fēng)爐不能直接燃燒，導(dǎo)致磨煤系統(tǒng)循環(huán)氣CO含量高，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。通過對液氮洗尾氣催化燃燒的研究，開發(fā)了一種低熱值液氮洗尾氣催化氧化利用技術(shù)，并進(jìn)行了工業(yè)化項(xiàng)目實(shí)施。項(xiàng)目實(shí)施后，一方面減少液氮洗尾氣排放體積流量1.584億m3/a，另一方面，液氮洗尾氣可燃成分燃燒后，產(chǎn)生大量的熱量加熱氮?dú)夂笾苯庸┠ッ合到y(tǒng)使用，在為系統(tǒng)提供熱量的同時(shí)，也為系統(tǒng)提供了較為充足的氮?dú)?。通過尾氣項(xiàng)目的實(shí)施，退出了原熱風(fēng)爐使用的2 500～3 000 m3/h的粗合成氣燃料，每天可增加18 t左右的液氨產(chǎn)量。同時(shí)，由于充足的氮?dú)饧尤?，使低壓氮?dú)獾募尤塍w積流量大幅下降(可節(jié)約4 000～6 000 m3/h)，低壓氮?dú)鈨H作為反吹氣源及石灰石輸送氣源。液氮洗尾氣催化氧化燃燒作為熱源，使系統(tǒng)的含水量大幅下降，減少了設(shè)備的露點(diǎn)腐蝕。液氮洗項(xiàng)目流程見圖2[2]。

其次，就是是對審計(jì)數(shù)據(jù)的管理與存儲(chǔ)。對于采集到的原始數(shù)據(jù)下一步驟就是進(jìn)行分析、篩選、剔除、數(shù)據(jù)化處理等，利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)挖掘軟件、數(shù)據(jù)處理軟件等，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，將全部有用的信息分門別類地歸集到內(nèi)部審計(jì)信息庫里，再與已有信息進(jìn)行對比，修正偏差，形成有效的審計(jì)數(shù)據(jù)倉庫。

圖2 液氮洗尾氣催化工藝流程圖

4.1.2 磨煤機(jī)落煤管改造

磨煤機(jī)投運(yùn)以來，由于雨季煤粉含水量高，特別是使用洗精煤、石油焦、煙煤后，原煤粒徑發(fā)生較大改變，由原來塊煤占絕大部分的原料煤，變?yōu)槿闪捷^小的粉煤組成。煤粉粒徑變小，遇水后較易結(jié)塊，原料煤含水量較高[3]。在使用過程中，原料煤與石灰石粉為同一根落煤管，兩種原料在落煤管中混合，原煤與0～3 μm的石灰石粉接觸后，會(huì)在磨煤機(jī)進(jìn)料管上結(jié)成堅(jiān)實(shí)的疤塊。隨著疤塊的增大，在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)導(dǎo)致磨煤機(jī)落煤管堵塞，造成磨煤系統(tǒng)停運(yùn)。在雨季，通常情況下每2 h左右必須對落煤管進(jìn)行清理，每個(gè)班次都會(huì)發(fā)生因落煤管堵塞而造成的磨煤線停運(yùn)。落煤管堵塞后，因結(jié)塊較硬，清理困難，清理時(shí)間較長，給煤氣化生產(chǎn)及維護(hù)帶來較大困難。改造前磨煤機(jī)進(jìn)料方式見圖3。

圖3 改造前磨煤機(jī)進(jìn)料方式

通過技改，將石灰石與原煤進(jìn)料進(jìn)行分離，改造后的磨煤機(jī)進(jìn)料方式見圖4。

圖4 改造后磨煤機(jī)進(jìn)料方式

對磨煤機(jī)進(jìn)料方式的具體改造為：

(1)將原石灰石管道割除。

(2)在磨煤機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)分離器動(dòng)葉片與靜葉片中間空隙處開孔，將石灰石加料口改至此位置，將石灰石下料管通至錐形罩上方。

(3)為防止物料沖刷，在石灰石管口與磨煤機(jī)錐形罩上部增加防磨板。

技改后杜絕了石灰石粉與煤粉在入口管的接觸，從根本上解決了磨煤機(jī)入口管的堵塞問題。

4.1.3 布袋除塵器反吹系統(tǒng)改造

布袋除塵器反吹系統(tǒng)由氮?dú)饩彌_罐、過濾器、減壓閥、電磁閥、反吹閥、反吹管、可編程控制器(PLC)控制系統(tǒng)等部件組成(見圖5)[4]。

圖5 布袋除塵器反吹系統(tǒng)流程圖

為進(jìn)一步查找反吹系統(tǒng)壓力低的原因，分別對系統(tǒng)的各個(gè)部件進(jìn)行逐一檢查。對氣源箱充空氣進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)反吹管與氣源箱連接處漏氣較大，并且漏氣點(diǎn)較多。對漏氣點(diǎn)進(jìn)行了補(bǔ)焊，補(bǔ)焊后氣源壓力恢復(fù)，但運(yùn)行較短時(shí)間后又再次泄漏導(dǎo)致氣源壓力低。為從源頭上解決此問題，決定將氣源箱與布袋箱體分離，對氣源進(jìn)行整體提升改造(見圖6)。

(a)改造前

經(jīng)過對布袋除塵器反吹系統(tǒng)的改造，布袋除塵器的故障率大幅降低。

4.1.4 合成裝置二氧化碳替代低壓氮?dú)飧脑?/p>

50萬t/a合成裝置甲醇洗凈化合成氣后產(chǎn)生0.2 MPa、40 000 m3/h的放空二氧化碳，現(xiàn)僅有部分進(jìn)行利用，其余為放空。通過對該放空氣體的使用，利用現(xiàn)有DN150 0.42 MPa 氮?dú)夤艿?最大體積流量約2 000 m3/h)試驗(yàn)二氧化碳替代低壓氮?dú)鈱?shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：二氧化碳在磨煤系統(tǒng)使用可有效替代低壓氮?dú)鈱κ沂M(jìn)行輸送。

4.1.5 布袋除塵器底部設(shè)備技改

為使磨煤單線運(yùn)行時(shí)都能很好地滿足生產(chǎn)的要求，對布袋除塵器底部分料設(shè)備進(jìn)行改造。在埋刮板機(jī)下部增加1個(gè)液壓閥門，打開時(shí)向A倉下料，關(guān)閉時(shí)向B倉下料；同時(shí),將埋刮板機(jī)的負(fù)荷進(jìn)行了提升，滿足了單線100 t/h的生產(chǎn)能力，取消了原來大量的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，如每條磨煤線取消4臺旋轉(zhuǎn)給料機(jī)、4臺振動(dòng)篩及擊振器。布袋除塵器下部動(dòng)設(shè)備由19臺減少為3臺，大大減少了因動(dòng)設(shè)備故障而造成的停車事故，提升了裝置的運(yùn)行保障。

布袋除塵器4個(gè)錐的下料改造見圖7。

X1102—旋轉(zhuǎn)給料機(jī)；X1104—埋刮板機(jī)。

4.2 運(yùn)行效果

AP粉煤氣化裝置磨煤系統(tǒng)通過使用液氮洗催化燃燒方式，減少了50萬t/a合成氨液氮洗尾氣1.584億m3/a的排放量，低熱值液氮洗尾氣催化氧化利用技術(shù)使有效氣(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)在5%～13%、氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)在80%左右的液氮洗尾氣得到充分燃燒，在為系統(tǒng)提供熱量的同時(shí)，也為系統(tǒng)提供了較為充足的氮?dú)?，每天可增加液氨產(chǎn)量18 t/d左右，減少4 000～6 000 m3/h的低壓氮?dú)庥昧俊?/p>

通過將合成裝置凈化后的二氧化碳引入磨煤系統(tǒng)，替代部分低壓氮?dú)馐褂?；同時(shí)，改變磨煤機(jī)入口管進(jìn)料方式，杜絕了其堵料問題，減少了雨季清堵時(shí)的大量人員投入及堵料停車；對部分設(shè)備的提升改造，有效延長了磨煤線的運(yùn)行周期。

5 結(jié)語

AP粉煤氣化裝置磨煤系統(tǒng)在經(jīng)過不斷的技術(shù)改進(jìn)后，系統(tǒng)能耗大幅降低，裝置運(yùn)行效率大幅提升，很好地滿足了氣化爐長周期、高負(fù)荷的用煤需求；同時(shí)，對合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)各放空氣的有效利用，減少了有害氣體排放，帶來較好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。打造了裝置在節(jié)能降耗及安全、環(huán)保等方面的核心競爭優(yōu)勢，為企業(yè)的自主創(chuàng)新、效率提升及系統(tǒng)的可靠、安全、穩(wěn)定運(yùn)行方面打下了良好的基礎(chǔ)。