劉玉潭

(恒力石化(大連)煉化有限公司,遼寧大連 116300)

恒力石化(大連)煉化有限公司(簡(jiǎn)稱恒力煉化)煤制氫氣化車間一共設(shè)有6臺(tái)四噴嘴氣化爐,采用5開(kāi)1備的運(yùn)行方式,每天消耗原料煤16 000 t,能產(chǎn)生2 000 t(濕基)左右廢渣。其中,1 200 t為粗渣,經(jīng)破渣機(jī)破碎后被鎖斗收集,排入撈渣機(jī);另外800 t為細(xì)灰,被激冷水洗滌后形成氣化黑水進(jìn)入閃蒸系統(tǒng),經(jīng)高壓、低壓及真空三級(jí)閃蒸、絮凝沉降后送至真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)行脫水。經(jīng)過(guò)真空過(guò)濾機(jī)脫水后的細(xì)灰一般含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在45%～60%,可燃物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在18%左右。目前,恒力煉化這部分細(xì)灰的主要處理方式是使用翻斗車運(yùn)送至廠外填埋。而在運(yùn)輸過(guò)程中,由于細(xì)灰含水量大,極易造成灰渣溢出車斗,造成環(huán)境污染[1]。因此,若有一種設(shè)備可以蒸發(fā)細(xì)灰中水分,使干燥后的細(xì)灰送入電廠鍋爐摻燒,不僅可以減少環(huán)境污染,而且可以回收細(xì)灰中的殘?zhí)肌?/p>

恒力煉化真空過(guò)濾裝置一共設(shè)有6臺(tái)空心圓盤槳葉干燥機(jī),其中4臺(tái)換熱面積為320 m2的空心圓盤槳葉干燥機(jī)(簡(jiǎn)稱小干燥機(jī))為中建五洲工程裝備有限公司生產(chǎn),2臺(tái)換熱面積為420 m2的空心圓盤槳葉干燥機(jī)(簡(jiǎn)稱大干燥機(jī))為天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司生產(chǎn)。6臺(tái)空心圓盤槳葉干燥機(jī)全部運(yùn)行,每天可處理約500 t細(xì)灰,處理后的細(xì)灰被送至電廠鍋爐進(jìn)行摻燒,運(yùn)送至廠外的細(xì)灰大大減少,細(xì)灰中的殘?zhí)嫉靡曰厥?環(huán)境也得到改善。

1 空心圓盤槳葉干燥機(jī)概況

1.1 結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)

空心圓盤槳葉干燥機(jī)主要由機(jī)身、空心熱軸、傳動(dòng)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)接頭、殼體、刮刀和抄板等組成(見(jiàn)圖1)。

圖1 干燥機(jī)結(jié)構(gòu)

空心圓盤和轉(zhuǎn)動(dòng)的空心熱軸組成的轉(zhuǎn)子是圓盤槳葉干燥機(jī)的核心結(jié)構(gòu),干燥機(jī)共有58片圓盤,每片圓盤邊緣安裝12片抄板(也稱推料板),抄板與圓盤呈45°夾角安裝,圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),抄板能逐漸將物料推向出料一端。每片圓盤與圓盤之間都安裝1根斜邊長(zhǎng)度為550 mm、厚度為14 mm的鈍型刮刀,可刮掉夾在圓盤之間的物料,防止物料架橋,確保換熱面的更新。干燥機(jī)殼體采用蜂窩夾套結(jié)構(gòu),低壓蒸汽通過(guò)轉(zhuǎn)子圓盤和殼體夾套間接加熱物料,達(dá)到干燥的目的。

干燥機(jī)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 干燥機(jī)主要參數(shù)

1.2 工藝流程

從上游真空過(guò)濾機(jī)來(lái)的細(xì)灰(水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%～60%)通過(guò)螺旋輸送機(jī)經(jīng)干燥機(jī)進(jìn)料口進(jìn)入干燥機(jī),飽和蒸汽通過(guò)干燥機(jī)空心熱軸、空心葉片和夾套將熱量傳遞給物料,物料中的濕基受熱蒸發(fā),同時(shí)物料被干燥(水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～20%),干燥的物料在抄板的推動(dòng)下,逐漸向出料口運(yùn)動(dòng),最后從出料口出干燥機(jī),進(jìn)入下道工序[2]。

低壓蒸汽通過(guò)調(diào)節(jié)閥調(diào)整到所需的壓力后進(jìn)入干燥機(jī)夾套和空心熱軸內(nèi)加熱物料,換熱后的蒸汽通過(guò)疏水閥排入凝液系統(tǒng)。

由于干燥尾氣中夾帶細(xì)粉較多,故設(shè)置尾氣洗滌系統(tǒng)。單套尾氣洗滌系統(tǒng)由1臺(tái)洗滌塔、2臺(tái)循環(huán)水泵、1臺(tái)換熱器、2臺(tái)引風(fēng)機(jī)組成。來(lái)自干燥機(jī)的尾氣通過(guò)干燥機(jī)風(fēng)管,從洗滌塔中部進(jìn)入,尾氣進(jìn)入洗滌塔后,經(jīng)過(guò)5層塔盤,與自上而下的洗滌水相向而行,尾氣中的灰塵被洗滌水去除。殘存的不凝氣經(jīng)過(guò)洗滌塔頂部的除沫器后排出洗滌塔。洗滌塔底部設(shè)有排放閥,當(dāng)液位超過(guò)90%時(shí),閥門打開(kāi),排出多余的凝結(jié)水與洗滌出的細(xì)灰。當(dāng)液位達(dá)到80%時(shí),排放閥關(guān)閉[3]。

每臺(tái)洗滌塔設(shè)置2臺(tái)并聯(lián)的引風(fēng)機(jī)用來(lái)抽吸洗滌后的尾氣,引風(fēng)機(jī)入口設(shè)置積液器,積液器底部設(shè)有排放閥定期排放收集的凝結(jié)水,防止凝結(jié)水帶入風(fēng)機(jī)。

每臺(tái)洗滌塔設(shè)置2臺(tái)循環(huán)水泵,泵入口設(shè)置在洗滌塔側(cè)面底部,泵出口設(shè)置在洗滌塔第二層塔盤上方。循環(huán)水泵出口設(shè)置循環(huán)水冷卻器,1開(kāi)1備,將洗滌水冷卻至50 ℃以下進(jìn)入洗滌塔,洗滌尾氣的同時(shí),也將尾氣中的濕分凝結(jié)。干燥機(jī)工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 干燥機(jī)工藝流程

2 經(jīng)濟(jì)效益分析

單臺(tái)大干燥機(jī)處理質(zhì)量流量原設(shè)計(jì)為249.6 t/d,實(shí)際處理質(zhì)量流量為150 t/d;單臺(tái)小干燥機(jī)處理質(zhì)量流量原設(shè)計(jì)為192 t/d,實(shí)際處理質(zhì)量流量為120 t/d。6臺(tái)干燥機(jī)實(shí)際總處理質(zhì)量流量為780 t/d,每年按運(yùn)行330 d計(jì)算,則總處理質(zhì)量流量為257 400 t/a。

被干燥的細(xì)灰經(jīng)測(cè)算平均熱值為8 373.6 kJ,1 t標(biāo)準(zhǔn)煤熱值為29 307.6 kJ,1 t細(xì)灰可折合動(dòng)力煤0.29 t。故每年可節(jié)約動(dòng)力煤73 542 t。動(dòng)力煤按800元/t計(jì)算,則每年可節(jié)省5 883.36萬(wàn)元。

單臺(tái)干燥機(jī)額定功率為110 kW,正常輸入功率為55 kW,每年按330 d計(jì)算,則6臺(tái)干燥機(jī)用電量為2 613 600 kW·h,按電單價(jià)為0.43元/(kW·h)計(jì)算,每年消耗電費(fèi)1 123 848元。

為6臺(tái)干燥機(jī)輸送物料的螺旋輸送器共16臺(tái),其中4臺(tái)額定功率為7.5 kW,正常輸入功率為4.8 kW,其余12臺(tái)額定功率為11 kW,正常輸入功率為6 kW。每年按330 d計(jì)算,則16臺(tái)螺旋輸送器每年消耗電量為722 304 kW·h,按電單價(jià)為0.43元/(kW·h)計(jì)算,每年消耗電費(fèi)310 590.72元。

單臺(tái)引風(fēng)機(jī)額定功率為90 kW,單臺(tái)循環(huán)水泵額定功率為30 kW,單臺(tái)凝液泵額定功率為15 kW,查各電機(jī)性能曲線可得正常運(yùn)行引風(fēng)機(jī)功率為60 kW,循環(huán)水泵功率為20 kW,凝液泵功率為10 kW,每年按330 d計(jì)算,可計(jì)算出每年消耗電量712 800 kW·h,按電單價(jià)為0.43元/(kW·h)計(jì)算,每年消耗電費(fèi)306 504元。

單臺(tái)小干燥機(jī)消耗蒸汽質(zhì)量流量4 t/h,單臺(tái)大干燥機(jī)消耗蒸汽質(zhì)量流量7.5 t/h,每年按330 d計(jì)算,可計(jì)算出6臺(tái)干燥機(jī)每年消耗蒸汽質(zhì)量245 520 t,蒸汽單價(jià)按83元/t計(jì)算,則每年消耗蒸汽費(fèi)用2 203.7萬(wàn)元。

綜上可得,6臺(tái)干燥機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行每年可節(jié)省3 505萬(wàn)元,更重要的是減少了翻斗車向廠外運(yùn)輸灰渣造成的環(huán)境污染。

3 運(yùn)行期間存在問(wèn)題及處理措施

3.1 干燥機(jī)入料口堵塞

干燥機(jī)原設(shè)計(jì)進(jìn)口設(shè)置1臺(tái)旋轉(zhuǎn)給料閥,原理是采用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置,閥體內(nèi)裝有葉輪,通過(guò)葉輪的旋轉(zhuǎn)來(lái)均速、定量給料[4]。但是根據(jù)實(shí)際運(yùn)行分析,旋轉(zhuǎn)給料閥由于入料口狹窄,多次發(fā)生灰渣堵塞,不僅造成現(xiàn)場(chǎng)工作量加大,環(huán)境衛(wèi)生難以維持,而且干燥機(jī)的進(jìn)料不連續(xù),影響干燥機(jī)效率。

經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析研究,最終決定去除旋轉(zhuǎn)給料閥,改為上料設(shè)備螺旋輸送機(jī)直接進(jìn)料,入料口位置從干燥機(jī)本體移至上蓋(見(jiàn)圖3),且進(jìn)料口增加網(wǎng)孔為100 mm×100 mm的篦子板,防止大型異物進(jìn)入干燥機(jī)。經(jīng)過(guò)改造以后,問(wèn)題徹底解決,再未發(fā)生干燥機(jī)進(jìn)料口堵塞現(xiàn)象。

圖3 更改后進(jìn)料口

3.2 刮刀損壞

干燥機(jī)刮刀的安裝位置在圓盤與圓盤之間,作用是及時(shí)撥去附著在圓盤上的灰渣,以確保換熱面的更新。當(dāng)刮刀損壞后,圓盤之間堵滿灰渣,換熱面無(wú)法更新,不能有效將熱量傳遞給物料,會(huì)造成干燥機(jī)效率大幅下降。經(jīng)過(guò)測(cè)量,相鄰圓盤上抄板之間距離只有65 mm(見(jiàn)圖4),所以刮刀的運(yùn)行空間只是一個(gè)寬度為65 mm的圓圈,由于刮刀行進(jìn)空間狹小,而正常運(yùn)行時(shí)干燥機(jī)內(nèi)部溫度變化會(huì)使刮刀輕微形變,當(dāng)形變量達(dá)到刮刀與抄板相碰撞的時(shí)候,就會(huì)導(dǎo)致刮刀損壞。當(dāng)有1片刮刀掉落,經(jīng)過(guò)抄板推動(dòng)向下游移動(dòng),卡在圓盤之間會(huì)使下游刮刀變形,故刮刀損害一般都是成排的。

圖4 刮刀運(yùn)行空間

經(jīng)過(guò)研究,具體改造為:首先,將刮刀厚度由原來(lái)的14 mm更改為18 mm,較厚的刮刀能夠減小因溫度變化而發(fā)生的形變;其次,在安裝刮刀過(guò)程中,刮刀與兩側(cè)圓盤的安裝距離比應(yīng)為5∶3,因?yàn)楦稍餀C(jī)在高溫運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子會(huì)向出料端方向膨脹12 mm左右,故刮刀與入料端圓盤距離應(yīng)比與出料端圓盤距離大,以保證在高溫運(yùn)行時(shí)刮刀在相鄰兩片圓盤的中心,減少刮刀與抄板碰撞的可能;最后,刮刀安裝后應(yīng)空轉(zhuǎn)試機(jī),確認(rèn)刮刀與抄板沒(méi)有相碰撞的情況。另外,應(yīng)強(qiáng)調(diào)員工精心操作,確保細(xì)灰入料與蒸汽壓力的穩(wěn)定,防止因干燥機(jī)介質(zhì)波動(dòng)對(duì)溫度產(chǎn)生較大的影響,從而導(dǎo)致刮刀形變。督促員工加強(qiáng)巡檢,現(xiàn)場(chǎng)若出現(xiàn)異響振動(dòng)應(yīng)及時(shí)匯報(bào),防止事故擴(kuò)大。

3.3 干燥機(jī)效率下降

隨著干燥機(jī)運(yùn)行時(shí)間增加,其出灰量會(huì)逐漸減少,效率逐漸下降。這種情況下若是按正常負(fù)荷進(jìn)料,經(jīng)分析產(chǎn)出物含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40%以上,遠(yuǎn)高于15%～20%的指標(biāo)。而且細(xì)灰在含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%左右的時(shí)候,黏性較大,容易成團(tuán),附著在干燥機(jī)圓盤和內(nèi)壁上,致使空心軸扭矩增加,電流逐漸升高甚至超標(biāo),非常容易產(chǎn)生事故。

干燥機(jī)效率下降的原因是在運(yùn)行期間圓盤上會(huì)逐漸附著細(xì)灰顆粒,隨著運(yùn)行時(shí)間增加,細(xì)灰顆粒越積越多形成垢片(見(jiàn)圖5),較厚的垢片阻擋了熱量傳遞,物料吸收熱量少,內(nèi)部水分無(wú)法蒸發(fā),導(dǎo)致出料含水量高,只能逐漸減少進(jìn)料量以維持運(yùn)行,這個(gè)周期一般在1個(gè)月左右。

圖5 干燥機(jī)清洗前

解決方法為定期對(duì)干燥機(jī)內(nèi)件進(jìn)行機(jī)械清洗。一般在干燥機(jī)運(yùn)行30 d左右,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,對(duì)干燥機(jī)泄壓降溫,進(jìn)行機(jī)械清洗。機(jī)械清洗是利用柴油機(jī)帶動(dòng)增壓泵,將水增壓到100 MPa,利用高壓水槍對(duì)圓盤上的垢片進(jìn)行清除,清洗后能去除大部分垢片(見(jiàn)圖6),增加熱量傳遞。

圖6 干燥機(jī)清洗后

5#干燥機(jī)出灰量統(tǒng)計(jì)折線圖見(jiàn)圖7。由圖7可以看出:2022年5月9日清洗前干燥機(jī)每天出灰量逐漸下降,5月13日清洗后干燥機(jī)出灰量恢復(fù)正常水平。

圖7 5#干燥機(jī)出灰統(tǒng)計(jì)折線圖

3.4 中心熱軸變形

2022年7月27日,5#干燥機(jī)結(jié)束機(jī)械清洗,開(kāi)始暖機(jī)。17:00:00左右,溫度升至160 ℃,現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)規(guī)律性刮蹭聲響。隨著時(shí)間推移,噪聲越來(lái)越大,且伴隨減速機(jī)劇烈振動(dòng),中央控制室顯示電流波動(dòng)逐漸增大(見(jiàn)圖8)。聯(lián)系設(shè)備工程師現(xiàn)場(chǎng)檢查,經(jīng)百分表測(cè)量,顯示中心軸跳動(dòng)值為2.5 mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)定值(0.3 mm)。綜合判斷,5#干燥機(jī)中心熱軸已彎曲變形,無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖8 干燥機(jī)電流

干燥機(jī)中心熱軸長(zhǎng)度為13 m,質(zhì)量為60 t,材質(zhì)內(nèi)部為碳鋼,外表包裹2205雙相鋼防腐。由于干燥機(jī)中心熱軸自身重且長(zhǎng),若平時(shí)運(yùn)行不注意保護(hù),就可能造成中心熱軸彎曲變形,甚至斷裂,致使干燥機(jī)壽命縮短。恒力煉化6臺(tái)干燥機(jī)均出現(xiàn)過(guò)中心熱軸變形事故,運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)則1.5 a,短則0.5 a。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),總結(jié)以下3點(diǎn)預(yù)防措施:

(1) 避免進(jìn)料過(guò)多。若干燥機(jī)進(jìn)料口進(jìn)料過(guò)多,無(wú)法與出料量達(dá)成平衡,干燥機(jī)內(nèi)部細(xì)灰會(huì)越積越多,大量的細(xì)灰由于不能平均受熱,內(nèi)部水分無(wú)法蒸發(fā),致使黏性變大,粘在圓盤與殼體上,造成中心熱軸扭矩增大,電流增高。就算此時(shí)停止干燥機(jī)進(jìn)料,也需要1 h以上才能將干燥機(jī)內(nèi)部物料全部轉(zhuǎn)出。而經(jīng)常性地進(jìn)料出料不平衡會(huì)造成中心熱軸金屬疲勞,是中心熱軸彎曲變形的誘因。

(2) 避免暖機(jī)過(guò)快。每次檢修清洗結(jié)束后,干燥機(jī)需要暖機(jī)達(dá)到運(yùn)行溫度才能進(jìn)料。暖機(jī)過(guò)程應(yīng)該保持升溫速率恒定,避免升溫速率過(guò)快。由于中心熱軸受熱會(huì)產(chǎn)生膨脹,急速的升溫會(huì)導(dǎo)致中心熱軸快速膨脹且不均勻,造成中心熱軸受損。2022年7月27日5#干燥機(jī)中心熱軸變形問(wèn)題就是暖機(jī)過(guò)快造成的。針對(duì)干燥機(jī)暖機(jī)問(wèn)題,在每臺(tái)干燥機(jī)蒸汽閥組處增加DN25暖機(jī)管線,通過(guò)減小管徑來(lái)降低蒸汽流量,拉長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間。同時(shí),小管徑閥門易操作、精確、更換簡(jiǎn)單。技改后,未發(fā)生因暖機(jī)快造成設(shè)備損壞。

(3) 避免進(jìn)入異物。螺旋輸送器部件掉落或者其他異物通過(guò)干燥機(jī)進(jìn)料口進(jìn)入干燥機(jī),卡在圓盤之間,阻擋刮刀的運(yùn)行路徑,異物與刮刀相碰瞬間,干燥機(jī)中心熱軸扭矩增加,電流增高。集散控制系統(tǒng)(DCS)顯示電流曲線呈心電圖樣式,由于金屬在高溫情況下,屈服強(qiáng)度會(huì)有所下降,經(jīng)常如此容易造成中心熱軸受損,故異物進(jìn)入干燥機(jī)也是中心熱軸變形的誘因。

4 結(jié)語(yǔ)

空心圓盤槳葉干燥機(jī)是氣化裝置渣水處理的一種新型設(shè)備,通過(guò)對(duì)干燥機(jī)的運(yùn)行分析、技術(shù)改造,以及提高操作管理,真空過(guò)濾系統(tǒng)目前運(yùn)行比較穩(wěn)定,干燥機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定為水煤漿氣化細(xì)灰處理提供了一種新方法。通過(guò)該設(shè)備干燥后的細(xì)灰被送入電廠鍋爐摻燒能充分回收細(xì)灰中的殘?zhí)?減少運(yùn)輸車外運(yùn),有效降低對(duì)環(huán)境的污染,電廠鍋爐摻燒細(xì)灰從而降低燃料煤的使用量,也給公司帶來(lái)實(shí)際的成本節(jié)約。