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型煤氣化工程設(shè)計中的若干問題及解決途徑

作者/來源：趙樂群(江西昌昱實業(yè)有限公司，江西南昌 330013) 日期： 2008-07-09 點擊率：3547

0 引言

近年來由于無煙塊煤市場價位居高不下，煤炭生產(chǎn)企業(yè)和煤化工企業(yè)重新整合，使80％以上煤化工企業(yè)失去了穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)無煙塊煤原料基地。雙重困難使以塊煤焦為原料的煤化工企業(yè)選擇了型煤氣化的道路。但是在實際生產(chǎn)中，不同企業(yè)型煤氣化的效果卻有天壤之別。好的企業(yè)，噸氨耗入爐型煤≤1.6 t，差的企業(yè)高達2.0 t以上。一些企業(yè)靠型煤氣化每年實現(xiàn)經(jīng)濟效益上億元，有的企業(yè)卻被型煤拖入泥潭，勞民傷財，見不到效益。總結(jié)幾十家以型煤為原料的煤化工企業(yè)成功的經(jīng)驗和失敗的教訓，我們發(fā)現(xiàn)：型煤氣化造氣工程的設(shè)計是生產(chǎn)經(jīng)營效益好壞的根源，是影響企業(yè)生存和發(fā)展的重要問題。本文就型煤氣化工程設(shè)計中的問題進行分析。

1 煤氣爐

型煤氣化的特點與塊煤焦差距較大。型煤氣化生產(chǎn)的原料氣中CO₂含量較高，一般在9％～11％，要把CO₂含量降低到9％左右，必須提高氣化層中的還原層，因此需要把煤氣爐爐膛加高；另外，型煤熱穩(wěn)定性較差，需要把爐面溫度降低，也需要提高炭層進而加高爐膛。但是，爐膛高度并不是越高越好，高度超過了實際需要反而會帶來負面影響。同時，不同型號的煤氣爐，實際設(shè)計“高徑比”也會不一樣�！案邚奖取睉摳鶕�(jù)系統(tǒng)工程的要求設(shè)計，而不是所有爐型、所有企業(yè)的煤氣爐千篇一律。

型煤煤氣爐破排渣系統(tǒng)的設(shè)計與塊煤差別較大。型煤氣化煤氣爐要求排渣能力要強，破渣能力不要求太強；因為型煤灰分較高，灰渣量大，但渣塊較松軟，不易過度破碎，否則碎渣粉增多，反而增加灰層阻力。這樣，對爐箅、破渣條(板)、灰犁、排灰口的設(shè)計也應較塊煤爐有相應改動。型煤氣化強度較塊煤低，且氣化溫度范圍偏窄，這一特性要求爐風管、爐箅、通風面積要大，風道布風更均勻，否則會造成局部超溫和局部燒不透。塊煤的爐箅用于型煤，風道的分布是不適宜的，只能限制型煤氣化的強度，造成工藝不穩(wěn)定。

2 除塵器

型煤氣化過程中粉塵較多，并且氣流中焦油含量較高，對煤氣爐吹風氣和煤氣除塵要求比塊煤高得多。

固定層煤氣爐型煤氣化一般采用旋風除塵器。塊煤氣化氣流中的塵粒組成與型煤氣化氣流中的塵粒組成差別很大，因此在除塵器的設(shè)計選材上是有所差異的。燒塊煤、塊焦煤氣爐配套的旋風除塵器可以用防磨、防沖刷能力較強的鑄鐵內(nèi)襯，氣流切線運動時，粗糙的鑄鐵內(nèi)襯形成的渦流和減速對大顆粒粗塵的分離影響不大。而燒型煤就不同了，其氣流含塵量大，粉塵粒徑較塊煤粉塵小，微塵含量高，如果采用鑄鐵內(nèi)襯，筒體內(nèi)表面粗糙，形成氣體渦流和切線運動速度大幅度下降，對粉塵的沉降是非常不利的。因此，為型煤氣化工程設(shè)計的旋風除塵器，其內(nèi)襯應該盡量選用表面光滑、不易形成渦流并且氣阻較低的材料，同時考慮造價和使用周期等因素，以設(shè)計“龜甲網(wǎng)剛玉內(nèi)襯”為佳。

為了確保旋風除塵器的除塵效率，出口管的插入深度要嚴格控制，保證出口管的下沿略低于進口，控制在300mm之內(nèi)，這是型煤氣化特點決定的。

3 余熱鍋爐

型煤氣化工程選擇余熱鍋爐主要考慮防粉塵附著和避免堵塞換熱元件，影響換熱效率。設(shè)計時要確保換熱器內(nèi)氣體狀態(tài)和流速(＞3 m／s)；換熱翅片按縱片設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)較好的防附著、防堵效果。

4 洗氣塔

洗氣塔的設(shè)計不僅要求除塵效果好，同時又要防止粉塵對洗氣塔形成填料堵塞，使阻力升高。一般而言，空塔噴淋可以有效地防止型煤氣化中粉塵聚集形成的阻力升高，但容易導致除塵效果達不到理想狀態(tài)；填料塔除塵效果好，但卻容易造成阻力升高。

根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，筆者認為：型煤氣化系統(tǒng)中的洗氣塔應該吸取空塔噴淋技術(shù)中的優(yōu)點，如噴頭設(shè)計技術(shù)，同時吸取填料塔氣液充分接觸的優(yōu)點，設(shè)計一種新型洗氣塔——防堵高效洗氣塔。采用這種塔不會出現(xiàn)阻力升高、洗滌效果下降的情況，非常適合型煤氣化工程采用。

5 空氣鼓風機

較長時間以來人們有一個認識誤區(qū)：型煤氣化易在吹風時“吹翻”，因此空氣鼓風機不易選擇高風壓大流量的型號。但經(jīng)過最近多家企業(yè)實踐驗證，以型煤為原料造氣，吹風階段的空氣流量要比以塊煤為原料大。如江西氨廠以煤棒為原料，φ3.0m爐一次風流量達到35000 m³／h左右，而塊煤爐僅為30000 m³／h左右；洛陽氮肥廠改造后的造氣爐以煤球為原料，D800空氣鼓風機在吹風時控制閥全開，而燒塊煤卻達不到全開。

設(shè)計以型煤為原料的新煤氣爐要求一次風流量比塊煤大，主要原因是型煤的透氣性好，但蓄熱能力低，必須采用高炭層、高風量工藝才能滿足氣化要求。因此，在空氣鼓風機的設(shè)計選型時，必須走出原來型煤選風機的誤區(qū)。

一般而言，φ2.65m型煤氣化爐應選用風壓28 kPa、風量600m³／min、電機功率440kW的鼓風機組；φ3.0m～φ3.2 m型煤氣化爐應選用風壓28kPa、風量800m³／min、電機功率630kW的鼓風機組；φ3.6 m型煤氣化爐應選用風壓28kPa、風量1100m³／min、電機功率800kW的鼓風機組。3種煤氣爐比較理想的風量分別為：26000m³／h，35000m³／h，45000m³／h，即煤氣爐氣化強度達到4700m³／(h·m²)。

6 加氮空氣系統(tǒng)

型煤氣化如果用于生產(chǎn)半水煤氣，則應該充分考慮上吹階段加氮空氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。因為型煤氣化吹風需求的空氣量較大，全靠一次風供給難度較大，所以一部分空氣要靠上吹加氮空氣供給。要有足夠的上加氮空氣入爐，就必須有高效能的噴射器來實現(xiàn)。一般而言，φ2.65m型煤氣化爐選擇PS-Ⅱ型加氮噴射器可確保達到上吹蒸汽7 t／h，空氣0～7000 m3／h；φ3.0 m～φ3.2m型煤氣化爐選擇PS-Ⅱ型加氮噴射器，可確保達到上吹蒸汽9t／h，空氣0～10000m³／h；φ3.6 m型煤氣化爐選擇PS-Ⅲ型加氮噴射器，可確保達到上吹蒸汽11 t／h，空氣0～12000m³／h。

為確保煤氣中氮含量不超標，有條件的企業(yè)可以把富氧空氣用加氮噴射器在上吹時加入，或用加氮噴射器實現(xiàn)連續(xù)富氧氣化。用后一種方法可以實現(xiàn)固定床間歇氣化煤氣爐向富氧連續(xù)氣化的改造。三明化工用這種技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了型煤富氧連續(xù)氣化。

7 油壓控制系統(tǒng)和閥門

7.1 基本要求

型煤氣化煤氣爐的油壓控制系統(tǒng)和其他煤氣爐是一致的，其主要內(nèi)容如下。

(1)系統(tǒng)油壓低，總管油壓在4.0MPa。

(2)油壓驅(qū)動閥門變向快。所有油壓控制閥的變向應在2.0～2.5 s完成。其中：φ2.65 m

煤氣爐在2s內(nèi)完成，φ3.0m～φ3.6m煤氣爐在2.5 s內(nèi)完成。

(3)油壓波動小，不超出±0.2 MPa。

(4)夏季壓力油溫度≤60℃。

要滿足上述要求，油壓系統(tǒng)的設(shè)置就必須做到如下幾點。

(1)DN500以上的閥門，包括DN500，要用電液閥控制，通油口徑≥18 mm；其他閥可用電磁閥控制。

(2)DN250-DN700自控閥門的油缸應選擇80／40缸；DN700～DN1000自控閥門的油缸應選擇90／50～100／55缸。為了避免系統(tǒng)高油壓，所有自控閥不能用63／45油缸。

(3)系統(tǒng)油壓總管儲能器應適當選大。

(4)油冷器換熱面積≥10m²。

(5)油壓泵站的配備：φ2.65m爐配80L／min泵站；φ3.0m～φ3.6m爐配140L／min泵站。

7.2 工藝閥門的配備

φ2.65 m爐一般大閥為DN600～DN800閥門，蒸汽、氮空氣為DN250～DN300閥門。

φ3.0m～φ3.2m爐一般大閥為DN700～DN900閥門，蒸汽、氮空氣為DN300～DN400

閥門。

φ3.6 m爐一般大閥為DN900～DN1000閥門，蒸汽、氮空氣為DN300～DN400閥門。

8 蒸汽緩沖罐

φ2.65m爐應為3～4臺爐1組；φ3.0m～φ3.2m爐、φ3.6m爐應為3臺爐1組。各組煤氣爐蒸汽緩沖罐盡量安裝在該組爐的中間位置，容積≥20m³。

9 自動加煤機

型煤氣化爐自動加煤機與塊煤爐自動加煤機區(qū)別很大，設(shè)計時應充分考慮其區(qū)別。

(1)型煤加煤體積大，要求自動加煤機容煤槽≥1.2 m³；

(2)型煤機械強度偏低，要求料斗設(shè)計能減少跌落、碰撞，使型煤入爐破碎率降至最低；

(3)型煤最怕吸水，要求型煤在自動加煤機中與爐內(nèi)漏出的蒸汽隔離；

(4)型煤在輸送中易產(chǎn)生煤粉，且產(chǎn)生的煤粉黏度大，因此型煤自動加煤機必須設(shè)計防堵型的固定篩，以減少入爐型煤帶粉率。

10 工藝及管系

10.1 造氣系統(tǒng)

型煤氣化一般應選用較簡短的“小氮流程”，即“四爐一機一站一鍋一塔”流程；但對

φ3.0m以上爐，應選用“三爐一機一站一鍋一塔”流程；φ3.6m爐，應選用“三爐一機一站三鍋一塔”流程。

有人認為煤氣爐系統(tǒng)在氣化過程中阻力越小越好，因此在設(shè)計煤氣系統(tǒng)管道時盡量加大直徑，這無疑是個誤區(qū)。筆者以為首先要把概念分清，煤氣爐的系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)阻力是兩個概念，前后壓力差為阻力，而不是壓力。煤氣爐在氣化過程中增大壓力是有利于氣化的，而不是增大阻力有利于氣化，同時，一定的阻力也是氣化所必須的，只要有設(shè)備、管道存在就會形成一定的阻力。煤氣系統(tǒng)管道的設(shè)計原則是要滿足煤氣在適當流通范圍內(nèi)的流量，煤氣總管直徑如果超過這個范圍，不但浪費投資，對工藝也沒有好處。

為了確保煤氣爐生產(chǎn)中的安全，所有進入煤氣爐的油壓控制閥門都應該高進低出，以防止油壓突然降低后工藝氣體把閥門(如：蒸汽總閥、一次風閥、加氮空氣總閥等)沖開。

吹風氣回收閥、上行煤氣閥和下行煤氣閥如果安裝位置為低進高出，則禁止采用油壓差動聯(lián)接方式，以防止漏氣。

控制高溫氣體的二通閥，如吹風氣回收閥，上、下行煤氣閥，煤氣總閥等，盡量要讓閥門密封面背對來氣方向，以防止直接沖刷密封面，造成閥門使用周期下降。

10.2 蒸汽系統(tǒng)

下行蒸汽入爐位置近年來有逐步靠近煤氣爐爐頂?shù)内厔�，這無疑是一進步。但是，越靠近爐頂，越應該解決蒸汽帶水問題以及蒸汽的均勻分布問題，否則會產(chǎn)生新的問題(如：爐上部耐火層損壞導致停爐檢修)，影響正常生產(chǎn)。

蒸汽系統(tǒng)要按每組煤氣爐1臺蒸汽緩沖罐設(shè)計，自產(chǎn)蒸汽過熱后進入蒸汽緩沖罐。減壓閥每套最多供2組煤氣爐，超過2組，煤氣爐必須增設(shè)減壓閥1套，并且要從煤氣爐蒸汽總管的中間部位接入。蒸汽系統(tǒng)壓力波動應不超過±0.001MPa。各組爐低壓蒸汽總管管徑：φ2.65 m爐，管徑應≥DN500；φ3.0m～φ3.2m爐，管徑應≥DN600；φ3.6 m爐，管徑應≥DN800。上述措施是確保型煤氣化爐生產(chǎn)中蒸汽流量和壓力適應型煤氣化的需要。