離心機在煤化工行業上的應用報告

夏 堅

(重慶江北機械有限責任公司， 重慶 400714)

在傳統的煤化工行業中，離心分離設備已經有了不少應用，如煉焦的脫硫、電石渣的分離、煤炭的洗選等。近年來重慶江北機械有限責任公司(簡稱重慶江北機械)所生產的設備在煤的氣化、液化,以及煙氣中硫的回收等方面的離心分離應用也很廣泛，如：在煤氣化沉降槽黑水的分離中，臥式螺旋卸料沉降離心機(簡稱臥螺離心機)可取代真空帶式過濾機；在煤焦油的分離中，臥螺離心機可取代進口設備；在氨法煙氣脫硫流程中，雙級活塞氨法煙氣脫硫專機大大提高了易損件的壽命，具有國內領先水平。

1 臥螺離心機在煤氣化沉降槽黑水中的應用

1.1 煤氣化沉降槽黑水處理現狀

煤氣化工藝是生產合成氣產品的主要途徑之一，通過氣化過程將固態的煤轉化成氣態的合成氣，同時副產蒸汽、焦油、灰渣等副產品。隨著現代煤化工的發展，氣流床氣化技術逐漸成為煤氣化技術的主流，主要分為干煤粉加壓氣化技術和水煤漿加壓氣化技術兩種，其中包括HT-L粉煤加壓技術、Shell干煤粉氣化技術、GE水煤漿氣化技術、BGL熔渣氣化技術、水煤漿水冷壁氣化技術等。

在氣流床氣化爐中，煤與氣化劑發生化學反應，可以把煤炭轉變為燃料用氣或化工合成氣。氣流床煤氣化灰水處理工藝主要為采用水煤漿和干粉煤為原料的氣化爐工藝，其流程為黑水經過2級或3級閃蒸后，采用沉降槽添加絮凝劑進行沉降分離。沉降槽的上層清液進入黑水系統，循環利用；下層濁液進入過濾分離系統，通過臥螺離心機或真空帶式過濾機分離出濾餅(氣化細渣)[1]。

1.2 臥螺離心機與過濾機的對比

臥螺離心機具有運行連續、結構緊湊、占地小、操作維修方便、自動化程度高、全封閉操作等特點，可以減少對周邊環境的污染，同時降低工人勞動強度，初次調試成功后可長期穩定運行,良好地解決了生產問題,提高了工作效率[2]。

過濾機以物料重力和真空作為推動力， 當液體通過過濾介質時，固體顆粒被截留從而達到固液分離的效果[3]。過濾機大多存在水耗高、跑漿、濾布磨損更換頻率高的問題，遠不能滿足當前的環保排放許可證制度和水耗的控制。

國內某大型煤氣化裝置一期采用真空帶式過濾機，二期采用臥螺離心機，其參數對比見表1。

由表1可以看出， 臥螺離心機主要有以下優勢：

表1 真空帶式過濾機與臥螺離心機參數對比

(1) 臥螺離心機濾餅含水率比真空過濾機濾餅含水率更加穩定，利于濾餅后工序的運輸，不淌水，干度更高。

(2) 臥螺離心機結構緊湊，占地面積小;真空過濾機廠房大，基建投資大。

(3) 臥螺離心機自動化程度高，人員操作強度低。

(4) 臥螺離心機易損件比真空帶式過濾機少且日常維護方便簡單。

(5) 真空帶式過濾機為敞開式，臥螺離心機為全封閉式，二次污染小，使用后現場環境變得清潔干燥。

(6) 臥螺離心機初次投資成本低，且電耗及沖洗水量相比真空帶式過濾機大幅減少，能耗降低從而節約成本。

1.3 臥螺離心機的典型應用

1.3.1 案例1

中天合創能源有限責任公司 (簡稱中天合創)是集煤炭、煤化工產品和電力生產為一體的特大型煤炭深加工現代化企業。該公司因煤氣化裝置灰水處理單元技改需要，于2018年8月從重慶江北機械訂購了2臺LW650×2730-NB臥螺離心機替代真空抽濾機用于分離水煤漿氣化沉降槽黑水。

2019年中旬完成了設備安裝和設備調試等各方面工作，并連續負荷運行正常，其現場實測數據見表2，具體現場設備見圖1，脫水后固相狀態見圖2，出液狀態見圖3。

圖1 中天合創設備現場圖

圖2 現場脫水后固相狀態

圖3 現場出液狀態

表2 中天合創臥螺離心機實測數據

目前該設備已在現場連續運行了1 a左右，根據使用情況來看，該LW650×2730-NB臥螺離心機在現場使用狀況良好，可以很好地滿足煤化工的煤氣化沉降槽黑水的分離要求，且運行可靠性高，可全天24 h無故障運行，較早期真空帶式過濾機的日常維修和維護成本有明顯好轉。該臥螺離心機產品技術先進、自動化程度高、分離效果良好；自設備調試投入正常生產連續穩定運轉以來，較好地滿足了對水煤漿氣化沉降槽黑水的分離要求。

1.3.2 案例2

呼倫貝爾金新化工有限公司(簡稱金新化工)是一家由云南云天化股份有限公司控股、香港金新集團參股的中外合資公司。該公司因5080項目產生的煤氣化沉降槽黑水需要分離處理，于2014年3月訂購重慶江北機械2臺LW520×2184-NB臥螺離心機及其成套設備。

2015年初完成了設備安裝和設備調試等各方面工作，并連續滿負荷運行正常，完成了設備驗收，現場調試實測數據見表3，具體現場設備見圖4，脫水后固相狀態見圖5。

表3 金新化工臥螺離心機實測數據

圖4 金新化工設備現場圖

圖5 現場脫水后固相狀態

目前該設備已在現場連續運行了5 a左右，根據使用情況來看，該LW520×2184-NB臥螺離心機在現場使用狀況良好，可以很好地滿足煤化工的煤氣沉降槽黑水的分離要求。該臥螺離心機及其成套設備各方面性能先進、適應濃度變化大、耐負荷沖擊能力強、脫水效果好;同時,故障率低、日常維護成本低。

2 臥螺離心機在煤焦油中的應用

隨著煤焦油深加工技術的發展，不斷提取出高附加值的產品，國內煤焦油深加工市場蓬勃發展。煤焦油是一種黑色或褐色黏稠液體，又稱為煤溚,氣味與萘或芳香烴相似。它是在干餾煤制焦炭和煤氣時的副產物。煤焦油的成分復雜，主要是酚類、芳香烴和雜環化合物的混合物。多數情況下對煤焦油進行專門的分離、提純后再加以利用。

在煤焦油的分離上早期國內普遍采用的是進口flottweg兩相和三相Z6系列離心機，其具有分離因數大和運行可靠等優勢；但是隨著國內離心機自主研發水平的不斷創新，目前已基本可替代進口品牌離心機。國內離心機分離因數可達到3 500g(g為重力加速度)，設備全速運行振動在3 mm/s以下，可實現設備長期平穩運行[4-5]。

內蒙古海峽能源集團有限公司(簡稱海峽能源)位于內蒙古自治區鄂爾多斯市蘇里格經濟開發區圖克工業園項目區內，是一家專業處理危險廢物的環保新型企業。海峽能源因煤焦油分離加工項目需要，于2017年中旬至2020年先后從重慶江北機械訂購了多臺LW650、LWSX650和LW720臥螺離心機用于煤焦油分離提純，其部分現場和分離照片見圖6～圖9。

圖6 LW720現場設備圖

圖7 分離煤瀝青的固相狀態圖

圖8 LW650現場設備圖

圖9 分離煤焦油的固相狀態圖

通過長時間的穩定可靠運行，目前設備在現場使用效果較好。LW650臥螺離心機出渣含油質量分數低于10%，可實現煤粉的后工序直接使用；LWSX650臥螺離心機出油含固質量分數低于3%、出油含水質量分數低于2%；LW720臥螺離心機出油含固質量分數低于3%。各型號臥螺離心機的運行和分離指標良好，可以很好地實現煤焦油的分離，且具有自動化程度高、故障率低和日常維護成本低等優勢，可替代進口離心機。

3 雙級活塞離心機在氨法煙氣脫硫上的應用

3.1 氨法煙氣脫硫處理現狀

氨法脫硫技術作為濕法脫硫技術的一種，具有脫硫效率高、無固廢產生、能耗低等優點，是屬于可資源化的脫硫技術之一。近年來得到了環保相關部門的政策鼓勵，氨法脫硫技術在中國得到了快速的推廣應用。氨法脫硫技術工藝是根據氨與SO2、水反應生成脫硫產物的基本機理而進行的，脫硫效率穩定在95%以上，副產硫酸銨達到GB 535—1995《硫酸銨》中農用硫酸銨一級品標準，含氮質量分數≥ 21%。

山東京博控股集團博興恒豐熱電有限公司(簡稱恒豐熱電)早期在煙氣脫硫流程中嘗試過GKH1250-NE臥式虹吸刮刀離心機，但由于煙氣除塵不徹底，得到的硫酸銨懸浮液含有一定量的煙灰，硫酸銨晶體粒徑偏小，在離心機運行過程中脫水速度慢，導致產量小、效率低,整體效果不理想。隨著工藝改進，硫酸銨晶體顆粒狀況等已經適宜采用效率更高的活塞離心機；接著在氨法煙氣脫硫流程中又嘗試過HY800-N單級活塞離心機，但效果仍然不理想。接著恒豐熱電又采用性能更高的雙級活塞推料離心機在煙氣脫硫項目中進行嘗試，效果不佳，主要表現在氨法硫酸銨晶體粒度較細，脫水難度大，產量、含濕量達不到設計要求；氨法硫酸銨對離心機的磨損速度，遠遠超過此前活塞離心機應用過的其他物料。

3.2 雙級活塞離心機關鍵技術創新

重慶江北機械結合數十年豐富的應用經驗和早期嘗試的試驗情況，專門開發了采用特殊篩網材質(WH-4)、特殊刮刀結構和特殊布料機構的HR400-NB、HR500-NA、HR630-NB、HR800-NA雙級活塞氨法煙氣脫硫專機，完全避免了以前使用中出現的各種問題，提高了離心機產量,降低了含濕量，且布料機構等易損件壽命提高到1 a以上(其他公司同類產品的布料機構等易損件壽命不超過3個月)。

重慶江北機械開發的雙級活塞氨法煙氣脫硫專機得到了十多家國內環保脫硫知名工程設計公司的廣泛認可，市場反應良好。雙級活塞氨法煙氣脫硫專機技術參數及應用數據見表4。

表4 雙級活塞氨法煙氣脫硫專機技術參數及應用數據

雙級活塞氨法煙氣脫硫專機的結構為重慶江北機械首創，獲得了2項國家專利[6-7]。雙級活塞氨法煙氣脫硫專機解決了氨法煙氣脫硫中分離工序的核心技術難點，為氨法煙氣脫硫技術的大力推廣打下了堅實的基礎。

3.3 雙級活塞氨法煙氣脫硫專機的典型應用

廣西水利電力建設集團有限公司田東電廠2×135 MW機組煙氣脫硫技改擴建工程，按照二爐一塔方式建設，脫硫塔徑14 m，高95 m(其中煙囪高53 m),總煙氣體積流量為115萬m3/h，設計燃煤含硫質量分數為2%，SO2質量濃度為4 800～5 000 mg/m3，共用1個硫銨后續系統，脫硫效率大于95%，年副產硫酸銨約10萬t，使用HR630-NB雙級活塞氨法煙氣脫硫專機，大大節約了運行成本。氨法煙氣脫硫工藝流程見圖10。

4 結語

重慶江北機械生產的各類離心機廣泛運用于煤化工領域，其臥螺離心機產品的不斷更新升級、活塞離心機的專機開發和刮刀離心機的聯合研制，為煤化工的綠色可持續發展提供技術支撐，為中國煤化工產業的轉型升級提供新的離心分離手段。

圖10 氨法煙氣脫硫工藝流程