磨煤及干燥單元的工藝優化

魯承明

(航天長征化學工程股份有限公司 北京 101111)

航天粉煤加壓氣化是一種高效、穩定的干煤粉氣化技術，具有裝置性能穩定、運行周期長、碳轉化率高、煤種適應性強等優點。該粉煤氣化技術主要由磨煤及干燥、粉煤加壓與進煤、氣化及合成氣洗滌、渣及灰水處理4個獨立操作的單元組成。

在進行工藝設計時，根據生產規模確定氣化裝置產能并選擇相應生產能力的操作單元，從而保證生產能力的適應性和合理性。在其工藝流程方案中，粉煤加壓與進煤單元、氣化及合成氣洗滌單元、渣及灰水處理單元不進行備用，但考慮到磨煤及干燥單元的主要設備為動設備，具有故障率較高、維修周期長等特點，故需要備用1套磨煤及干燥單元。以化肥企業的“60·80”項目為例，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中，磨煤及干燥單元的主要工藝設備包括原料煤儲倉、稱重給煤機、磨煤機、粉煤袋式過濾器、循環風機、熱風爐、稀釋風機、電動纖維分離器、粉煤螺旋輸送機等，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個部分構成，其中：制粉主要采用輥式磨煤機制取粉煤；惰性氣體輸送是利用高溫惰性氣體稀相輸送，同時在輸送過程中進行粉煤干燥；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輸送至粉煤加壓與進煤單元中。在每套粉煤氣化裝置中，均需設置備用磨煤及干燥單元，其設計能力為100%，以保證整套裝置的滿負荷運行。

如圖2所示：原料煤經破碎后由輸送皮帶機送至原料煤儲倉，然后通過稱重給煤機送至輥式磨煤機，經磨輥研磨后得到滿足顆粒尺寸要求的粉煤(≤90 μm質量分數占90%，≤5 μm質量分數占10%)；惰性氣體發生器產生的高溫惰性氣體將所制備的粉煤干燥至含水質量分數約2%，并將粉煤稀相輸送至粉煤袋式過濾器進行分離；粉煤袋式過濾器過濾后的粉煤經旋轉卸料閥、電動纖維分離器及粉煤螺旋輸送機送至粉煤儲罐(即將粉煤輸送至粉煤加壓及進煤單元)；粉煤袋式過濾器分離出的一部分惰性氣體經循環風機進入惰性氣體發生器循環使用，其余的惰性氣體排放至大氣(目的是控制含水量，以達到干燥粉煤的效果)；為了維持系統循環氣體的量,由稀釋風機補入惰性氣體。備用磨煤及干燥單元中的粉煤通過螺旋輸送機輸送至粉煤加壓與進煤單元，保證每套磨煤及干燥單元之間形成互備關系。

圖2 磨煤及干燥單元流程

2 運行經驗總結

磨煤及干燥單元的主要介質是粉煤和惰性氣體，且整個系統采用常壓操作。通過對設備長時間的監測和記錄，總結得出故障率較高的設備為磨煤機，其檢修和調試時間也較長，而其他設備的故障率相對較低，且維修及調試時間較短。通過對粉煤氣化裝置連續生產耗煤量與粉煤儲罐容積的核算，并與設備的檢修時間進行比較發現，僅磨煤機的檢修時間影響裝置的運行，其他設備可以通過調節裝置的負荷進行檢修。因此，根據運行的實際情況對工藝流程進行優化設計，在提高設備在線效率、降低生產成本、減少設備和土建投資、提高企業經濟效益和市場競爭力的同時，也給其他工藝和項目提供經驗借鑒。

3 方案優化前后比較分析

根據對航天粉煤加壓氣化裝置長期運行經驗的總結，提出在整個磨煤及干燥單元中僅對磨煤機進行備用的工藝優化方案，即：優化前，工藝方案為備用整套磨煤及干燥單元；優化后，僅備用磨煤機(1開1備)。優化后的磨煤及干燥單元流程如圖3所示。

圖3 優化后的磨煤及干燥單元流程

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

通過對比優化前后的工藝流程可發現，2種工藝方案均能滿足設計功能和裝置生產能力要求，但優化后的工藝方案在設備投資方面較省，即僅增加1臺磨煤機。工藝優化后，降低了配套的電氣、儀表、設備和管道等一系列投資建設費用，同時提高了設備的在線使用率，控制系統得到簡化；缺點是對于維修人員的技能要求較高，設備的備品備件較多，維修時對效率要求高，同時對企業的管理要求更嚴格。

工藝優化前，工藝裝置需要提前將整個系統進行熱備，根據計劃進行停車，避免出現系統開車時間過長而導致整套裝置停車；工藝優化后，可以隨時進行磨煤機的在線切換，節省了整個系統的熱備開車過程，同時降低了系統熱備時公用工程的消耗，有助于降低生產成本、簡化生產操作過程。

通過以上分析可知，在優化后的磨煤及干燥單元中，通過備用磨煤機即可實現原工藝方案的要求，在設計技術上是可行的，也是合理的。

4 優化方案的實施措施

對于優化方案而言，在優化的工藝系統中，首先考慮磨煤機與備用磨煤機之間進料和出料的切換問題。為了實現相互切換，將磨煤機與備用磨煤機的進風口和粉煤出口相接，連接處用風門進行切斷，可以滿足1開1備的要求。此外，需對進入磨煤機的粉煤進行質量標定，滿足系統粉煤的監控要求，與氣化負荷的控制相匹配，故稱重給煤機必須與磨煤機同時備用，且將原料煤儲倉由單錐結構改為雙錐結構，才能滿足工藝要求。

另外，在管道布置上，由于磨煤機的進出口管徑較大(粉煤進料口公稱直徑為DN 800 mm，粉煤出料口公稱直徑為DN 1 600 mm，進風口公稱直徑為DN 1 600 mm)，且磨煤機空間尺寸較大(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，為了滿足標準規范對管道布置、粉煤輸送等方面的要求，建議將磨煤機的出料口和進風口處的標準三通閥改為70°特殊三通閥，同時各支路管道上增設切斷閥，從而實現磨煤機的備用，也便于磨煤機的檢修和粉煤輸送單元的隔離。

對優化后的工藝方案進行可行性分析得出：在實施該優化方案時，循環風入口、粉煤出口等管口連接的根部均設置相應的吹掃閥和切斷閥，避免出現管道盲端積粉堵塞；在正常的開車過程中，如果磨煤機出現故障后需啟動備用磨煤機，具體的操作是關閉故障磨煤機對應的原料煤儲倉的錐底插板閥和稱重給煤機，開啟備用磨煤機對應的原料煤儲倉的錐底插板閥和稱重給煤機，輸送惰性氣體管路同時相應切換，其他設備均不用切換，生產操作得以簡化。

5 結語

通過對優化前后的工藝進行對比分析，優化后的方案在工程設計上具有可行性，可以減少裝置建設前期的土建、設備、電氣、儀表、管道等方面投資，簡化生產工藝流程；在操作上降低了生產成本，減少了開停車時水、電、氣等公用工程的消耗量，設備切換操作便捷。通過對整個工藝系統的理論分析和探討，優化后的工藝對操作人員素質、企業管理水平、工作效率具有較高要求。