煤氣化濾餅資源化利用工藝設(shè)計(jì)

李啟輝

（中煤科工集團(tuán)南京設(shè)計(jì)研究院有限公司，南京 210031）

煤炭在中國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位，煤氣化是煤炭清潔轉(zhuǎn)化的龍頭技術(shù)之一，是發(fā)展煤基化學(xué)品、煤基液體燃料、IGCC發(fā)電等項(xiàng)目的基礎(chǔ)，其中水煤漿和粉煤氣化為典型的煤氣化工藝。上述兩種氣化反應(yīng)過程中，約有60%的灰分和部分未反應(yīng)的碳由粗煤氣帶出。為進(jìn)一步凈化煤氣，去除其中的粉塵，生產(chǎn)中多采用洗滌的方式對(duì)粗煤氣進(jìn)行處理。洗滌廢水經(jīng)過絮凝和真空過濾處理后，產(chǎn)生的濾餅主要含有灰分、未反應(yīng)的碳顆粒、55%左右的水分、大量的重金屬以及有機(jī)污染物。其彈筒發(fā)熱量7.6～8.9 MJ/Kg，粒度小于1 mm占到了99%。若直接將濾餅進(jìn)行填埋處理，不僅占用土地，也會(huì)導(dǎo)致土壤和水體污染等環(huán)境問題，造成資源的浪費(fèi)。

根據(jù)《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》《中國制造2025》和《國務(wù)院關(guān)于推進(jìn)國際產(chǎn)能和裝備制造合作的指導(dǎo)意見》，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《石化和化學(xué)工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，提出以提質(zhì)增效為中心，以供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線，深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略和綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。本研究通過氣化濾餅配入煤粉的方式進(jìn)行混合成型，并將成型產(chǎn)品供給流化床鍋爐使用，達(dá)到固廢循環(huán)利用的目的。這對(duì)于煤氣化濾餅進(jìn)行資源化利用具有重要意義。

1 研究現(xiàn)狀

煤氣化濾餅的粒度比燃燒濾餅更小，多在50 μm以下，脫水難度大，氣化濾餅的高含水量導(dǎo)致其無害化處理和資源化利用難度大。采用真空抽濾脫水時(shí)，當(dāng)濾餅水分降低（保持在50%～60%）時(shí)，濾餅即產(chǎn)生裂紋，無法通過真空抽濾進(jìn)一步脫水[1]。王宏偉采用高效濃縮機(jī)串聯(lián)快速高效隔膜壓濾機(jī)的方法對(duì)氣化飛灰進(jìn)行脫水，但僅將氣化飛灰的水分含量降低至46%[2]。

吳楓等通過循環(huán)流化床鍋爐摻燒氣化濾餅的實(shí)際運(yùn)行情況，分析了摻燒氣化濾餅與不摻燒氣化濾餅的情況對(duì)鍋爐燃料消耗量、鍋爐灰渣量、空氣量及煙氣量的影響，同時(shí)分析了摻燒氣化濾餅對(duì)爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)的影響[3]。李剛健通過對(duì)神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司三種氣化爐黑水濾餅進(jìn)行組分分析和討論，詳細(xì)闡述了各組分含量對(duì)濾餅綜合利用的影響[4]。

2 氣化濾餅摻燒試驗(yàn)研究

2.1 摻燒鍋爐的選擇

粉煤鍋爐對(duì)煤質(zhì)要求較高，一旦煤種達(dá)不到設(shè)計(jì)值，其燃燒效率就會(huì)降低，而循環(huán)流化床鍋爐采用飛灰再循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)于劣質(zhì)煤有較強(qiáng)的適應(yīng)性。雖然氣化濾餅的殘?zhí)亢枯^高，但就綜合指標(biāo)而言，應(yīng)屬于品質(zhì)極為低劣的燃料。因此，本次摻燒僅針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐開展相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)循環(huán)流化床鍋爐的用煤指標(biāo)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)循環(huán)流化床鍋爐用煤指標(biāo)

2.2 氣化濾餅的摻燒特性

取各裝置正常運(yùn)行時(shí)濾餅樣，設(shè)定鼓風(fēng)干燥箱為105℃對(duì)濾餅進(jìn)行烘干處理后，對(duì)彈筒發(fā)熱量進(jìn)行檢測。經(jīng)檢測，濾餅樣品一、二、三的發(fā)熱量分別為8.889 7 MJ/kg、6.943 8 MJ/kg 和7.613 2 MJ/kg，濾餅平均發(fā)熱量為7.815 6 MJ/kg，以此發(fā)熱量值進(jìn)行摻配可得出保守的摻配后發(fā)熱量值，可保證高于此發(fā)熱量的動(dòng)力煤均按合理摻配比例進(jìn)行摻混。

2.2.2 不同摻配比例試驗(yàn)

將三種濾餅樣品與現(xiàn)有發(fā)熱量為22.026 3 MJ/kg動(dòng)力煤進(jìn)行摻配，濾餅具體摻配比例、摻配后樣品的發(fā)熱量及灰分如表2所示。

表2 不同摻配比例氣化濾餅摻燒指標(biāo)

由表2可以看出，在烘干的條件下，氣化濾餅摻配比例超過10%后的樣品不但灰分超出鍋爐的設(shè)計(jì)用煤要求，而且發(fā)熱量也不滿足要求。另外，循環(huán)流化床燃燒要求粒徑小于10 mm，但破碎后的粒度不能過細(xì)，否則會(huì)使得其不完全燃燒損失增加，降低鍋爐熱效率。一般對(duì)煤的粒度級(jí)分配比例為：1 mm以下占25%，1～5 mm占60%，5～10 mm占15%。通過檢測分析，化工濾餅的粒度小于1 mm占到了99%，故給濾餅直接摻燒增加了難度。

3 工藝設(shè)計(jì)方案

3.1 方案選擇

根據(jù)氣化濾餅的特性，同時(shí)降低項(xiàng)目生產(chǎn)成本和簡化工藝流程，本研究采用濾餅加入煤粉的方式進(jìn)行成型，然后供給流化床鍋爐使用，達(dá)到固廢循環(huán)利用的目的。

影響粉煤成型的因素有很多，如原料煤的性質(zhì)、粘結(jié)劑的選擇和添加量、成型工藝選擇等[5]。本研究利用含有水處理絮凝劑的化工污泥作為黏結(jié)劑，使氣化濾餅與原煤比例按照1:9進(jìn)行冷壓成型，然后通過煤粉和烘干工藝進(jìn)行表面固化，可滿足運(yùn)輸和循環(huán)流化床鍋爐混合進(jìn)料要求，達(dá)到固廢循環(huán)利用的目的。其工藝設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

3.2 主要工藝技術(shù)方案

項(xiàng)目工藝主要包含了原料預(yù)處理系統(tǒng)、產(chǎn)品成型干燥系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等三個(gè)主要部分。

3.寫作習(xí)慣較差，寫作能力不均。英國教育家洛克曾說過∶“一切教育都?xì)w結(jié)為養(yǎng)成兒童的良好習(xí)慣。”良好的習(xí)慣對(duì)寫作來說尤為重要。寫作習(xí)慣的養(yǎng)成，不僅在一個(gè)人寫作的起步階段很重要，而且會(huì)影響到他一生的寫作。有些學(xué)生之所以“會(huì)寫”，完全緣于他們已養(yǎng)成了良好的寫作習(xí)慣，而作文差的同學(xué)，究其根源，多半沒有養(yǎng)成良好的寫作習(xí)慣。比如：閱讀積累的習(xí)慣、研習(xí)佳作的習(xí)慣、觀察生活的習(xí)慣、記錄練筆的習(xí)慣等等。

圖1 工藝設(shè)計(jì)示意圖

3.2.1 原料預(yù)處理系統(tǒng)

原料預(yù)處理系統(tǒng)主要含有原料計(jì)量給料、原料混合等過程。本工程所需含氣化濾餅和化工污泥，分別從現(xiàn)儲(chǔ)存區(qū)經(jīng)專門運(yùn)輸汽車送至本工程車間內(nèi)區(qū)域受料坑，采用鏟車送至刮板輸送機(jī)并通過定量給料機(jī)送至液體攪拌筒。原煤經(jīng)汽車運(yùn)輸至廠區(qū)內(nèi)料倉儲(chǔ)存，經(jīng)除鐵器后破碎至10 mm以下，通過定量給料機(jī)送入液體攪拌筒，并利用攪拌機(jī)中與氣化濾餅、化工污泥按照一定比例充分混合。

主要設(shè)備選擇如下：籠式破碎機(jī)，用于粉煤成型制作煤球或煤棒；雙軸臥式攪拌機(jī)，用于工業(yè)和民用型煤攪拌、捏合，使多種物料、黏結(jié)劑、水分均勻混捏，增加型煤塑性，是整個(gè)型煤生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備。

3.2.2 產(chǎn)品成型干燥系統(tǒng)

經(jīng)攪拌機(jī)充分混合均勻的原料經(jīng)帶式輸送機(jī)送入煤棒擠壓機(jī)進(jìn)行成型，利用螺旋擠壓原理，將調(diào)制好的原料壓縮成具有一定強(qiáng)度的預(yù)定形狀的煤棒；成型后的煤棒經(jīng)帶式輸送機(jī)進(jìn)入網(wǎng)帶固化烘干機(jī)烘干后即可成型。干燥氣體利用燃?xì)忮仩t高溫尾氣。干燥成型后的產(chǎn)品型煤根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐燃料需求，需進(jìn)一步切割至小于10 mm后送至鍋爐房燃燒。

主要設(shè)備如下：煤棒擠壓機(jī)，利用螺旋擠壓原理，將調(diào)制好的粉煤壓縮成具有一定強(qiáng)度的預(yù)定形狀的煤棒成型設(shè)備；網(wǎng)帶烘干機(jī)是利用鋼網(wǎng)作為傳輸帶運(yùn)載物料進(jìn)行連續(xù)烘干的干燥設(shè)備。

3.2.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)

本工程廠區(qū)內(nèi)原料輸送、自動(dòng)給料、原料破碎、攪拌、固化烘干成型等各個(gè)部分均采用自動(dòng)控制，所有生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄，保障產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

4 投資及效益分析

4.1 項(xiàng)目投資

項(xiàng)目靜態(tài)單位投資113元/t氣化濾餅，其中：建筑工程38元/t、設(shè)備購置50元/t、安裝工程6元/t、其他費(fèi)用14元/t，預(yù)備費(fèi)5元/t。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益測算

4.2.1 節(jié)約煤炭采購費(fèi)用

摻燒1 t濾餅節(jié)約燃料煤0.3 t，燃料煤價(jià)格按160元/t計(jì)，節(jié)約煤炭采購費(fèi)用48元/t。

4.2.2 節(jié)約運(yùn)輸及填埋處理費(fèi)用

濾餅直接填埋費(fèi)用為：運(yùn)輸費(fèi)用0.738元/（t·km）；填埋處理費(fèi)用14元/t。

濾餅燃燒后填埋，按濾餅水分60%、殘?zhí)?5%計(jì)算，則濾餅燃燒后產(chǎn)生的廢渣為25%。燃燒后填埋費(fèi)用為：運(yùn)輸費(fèi)用0.25×0.738元/（t·km）=0.184 5元/（t·km）；填埋處理費(fèi)用為：0.25×14元/t=3.5元/t。

加工利用氣化濾餅后每年節(jié)約運(yùn)輸及填埋處理費(fèi)用（以運(yùn)輸1km距離計(jì)算）為：0.738×1+14-0.1845×1-3.5=11.0535 元/t。

4.2.3 濾渣加工利用年成本

人工費(fèi)為16元/t，電費(fèi)為30元/t，設(shè)備維護(hù)修理費(fèi)為1.25元/t（按設(shè)備費(fèi)2.5%計(jì)），建筑物折舊費(fèi)（折舊年限30年）為1.5元/t。設(shè)備折舊費(fèi)（折舊年限15年）=（173+21）×397/（397-50-19）/15=4.5 元/t。濾渣加工利用年成本為53.25元/t。

4.2.4 節(jié)省成本

加工利用濾渣后，每年節(jié)省成本總計(jì)為：48+11.0535-53.25=5.803 5 元/t。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目利用氣化濾餅摻混適量原煤（煤粉）成型后進(jìn)行摻燒，消除了濾餅粒度過細(xì)對(duì)循環(huán)流化床的影響，產(chǎn)品滿足廠內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐入爐燃料需要。項(xiàng)目的實(shí)施可節(jié)約資源，并減少污染物排放，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的減量化，具有良好的環(huán)保效益。同時(shí)，可有效節(jié)約氣化濾餅處置過程中涉及的運(yùn)輸費(fèi)、填埋費(fèi)、場地費(fèi)等各項(xiàng)費(fèi)用，可節(jié)約成本5.803 5元/t氣化濾餅。