煤化工氣化工藝與機電設備的關鍵技術探析

陳凡剛

摘要：當前階段，我國社會中的各能源行業(yè)對煤炭資源的需求量越來越大，極大地促進了煤化工氣化工藝的發(fā)展，利用煤炭制成的燃氣得到了廣泛應用。在具體的生產過程中，需要充分結合不同煤炭的特征以及客觀條件來選擇合適的煤化工氣化工藝技術以及相應的機電設備，確保有效提升生產效率，獲得更高的經濟效益，同時最大程度降低對自然環(huán)境的污染。如果沒有選擇合適的氣化工藝，或是機電設備存在故障問題，就會對煤制燃氣的生產過程造成不良影響，從而使得企業(yè)遭受較大的經濟損失。該文對煤化工氣化工藝與機電設備的關鍵技術進行了分析，并對技術應用過程中的問題、如何提高煤化工的氣化技術水平等方面進行了探究。

關鍵詞：煤化工?氣化工藝?機電設備?關鍵技術

中圖分類號：TQ546??文獻標識碼：AAnalysis?of?Key?Technologies?of?Coal?Chemical?Gasification?Process?and?Electromechanical?Equipment

CHEN?Fangang

（Shaanxi?Future?Energy?and?Chemicals?Co.，?Ltd.，?Yulin，?Shaanxi?Province，?719000?China）

Abstract：?At the?current?stage，?the?demand?for?coal?resources?in?various?energy?industries?in?China's?society?is?increasing，?which?greatly?promotes?the?development?of?coal?chemical?gasification?process，?and?the?gas?made?from?coal?has?been?widely?used.?In?the?specific?production?process，?it?is?necessary?to?fully?combine?the?characteristics?of?different?coal?and?objective?conditions?to?choose?the?appropriate?coal?chemical?gasification?process?technology?and?the?corresponding?electromechanical?equipment，?so?as?to?ensure?the?effective?improvement?of?production?efficiency，?obtain?higher?economic?benefits，and?minimize?the?pollution?to?the?natural?environment.?If?the?appropriate?gasification?process?is?not?selected?or?electromechanical?equipment?is?faulty，?it?will?have?an?adverse?impact?on?the?production?process?of?gas?made?from?coal，?resulting?in?greater?economic?losses?for?enterprises.?This?paper?analyzes?key?technologies?of?coal?chemical?gasification?process?and?electromechanical?equipment，?and?explores?the?problems?in?the?process?of?technology?application?and?how?to?improve?the?level?of?gasification?technology?in?coal?chemical?industry.

Key?Words：?Coal?chemical?industry;?Gasification?process;?Electromechanical?equipment;?Key?technology

隨著人類社會的迅速發(fā)展，人類對能源的需求也越來越大，這也導致了許多能源資源的緊缺。煤化工在我國所有工業(yè)中占有舉足輕重的地位，其氣化技術具有其獨特的優(yōu)勢和特色。隨著煤化工技術的發(fā)展和應用，其生產工藝也相應地得到了優(yōu)化，因此，必須加大人力、物力、財力等方面的投資，以促進煤氣化技術的發(fā)展，從而使煤氣資源在社會上的需求量得以滿足。因此，該文就煤化工的氣化工藝和機電設備的技術要點作了詳細的論述。

1?煤化工氣化工藝基本概述

煤化工是國家發(fā)展中的一個重要產業(yè)，它是通過二次加工和綜合利用煤炭資源，利用各種化學方法生產出某種化學物質，從而能夠滿足市場的需要。隨著經濟社會的迅速發(fā)展，煤炭工業(yè)的氣化工藝和裝備技術不斷完善，不同的原料采用不同的生產工藝。從這一點可以看出，各種流程的形式也在逐步變得復雜。煤化工的實際生產過程主要分為三個階段：煤制合成氣、煤制合成氣預處理、煤制合成氣的深度加工。在煤制合成氣生產過程中，必須對煤粉原料進行烘干，然后進行氧化，使其在相應的裝置中發(fā)生氧化反應，通過這種方法，可以產生大量的合成氣體[1]。在此基礎上，通過預處理煤制合成氣，獲得適當?shù)奶佳躞w，然后在反應溫度和催化劑的作用下，對合成氣進行深度處理。

2?煤化工技術現(xiàn)狀分析

2.1煤炭焦化的技術現(xiàn)狀

隨著時代的發(fā)展，我國的科技水平得到了極大的提高，采用煤制焦化工藝能有效地降低生產成本，提高環(huán)境效益。目前，我國已是全球第一大焦炭出口國，占全球焦炭產量的半數(shù)以上。發(fā)展煤焦化工藝技術，其首要目標是降低成本，提高環(huán)境效益。焦化技術的快速發(fā)展也帶動了一些新的焦化技術，如選擇性粉碎、搗固煉焦、煤潤濕法等。煤炭焦化技術是一種高度密集的工業(yè)，在發(fā)展新的煤化工技術時，必須采用先進的技術對其進行改造，而我國目前還缺乏相應的人才和技術，這對煤化工企業(yè)的發(fā)展造成了一定的負面作用。

2.2煤液化技術現(xiàn)狀

煤炭液化技術以直接液化和間接液化兩種方式為主。在此方面，國內尚處于起步階段，但國內已有大量的液化產品，具有巨大的潛在市場，這是發(fā)展煤炭工業(yè)的一個主要方向。直接液化法是將液化煤炭在特定的溫度、壓力下，從液化煤炭中直接萃取[2]。目前，煤炭液化技術取得了重大突破，并實現(xiàn)了工業(yè)化。間接氣化技術是指在特定的條件下，將煤炭置于特殊的環(huán)境中進行氣化，并通過一定的壓力和溫度將其轉變成相應的液體產物，雖然此技術仍處于發(fā)展階段，但擁有十分廣闊的發(fā)展前景。

2.3煤炭氣化的技術現(xiàn)狀

煤氣化技術能夠實現(xiàn)煤炭的深層次轉化，從而使煤化工行業(yè)的發(fā)展更快、更穩(wěn)定地發(fā)展。目前，全球只有400多座大型的氣化爐可以使用。殼牌和德士古公司是當前規(guī)模最大的公司。從技術上講，我國的煤氣化技術相對落后，與國外相比還有很大的差距，但隨著時代的發(fā)展受到的重視程度越來越高，并且還得到了有關部門的大力支持與重視。

3?煤化工氣化工藝的設備及其關鍵技術

3.1水煤漿加壓氣化工藝

3.1.1單噴嘴水煤漿加壓氣化工藝

該技術基于渣油的局部氧化技術，美國科研人員開發(fā)出一種利用水煤漿作為原料的水煤漿，并將其質量含量控制在一定的范圍之內；在氣流床內進行了加壓氣化，將水氣與氧在高溫條件下轉化為合成氣，采用液壓技術進行除渣。通過提高汽化壓力，可以減少設備投資，達到節(jié)約能源的目的。德士古氣化爐的日投料量為2?000?t，其對環(huán)境的污染得到了較好的控制。根據(jù)不同的氣化工藝及產品的有關規(guī)定，對加壓水煤漿的氣化過程分為：廢鍋激冷聯(lián)合流程、廢鍋流程和激冷流程[3]。在生產合成氨時，通常采用激冷式工藝，這樣就可以直接用水對冷氣化爐產生的粗氣進行激冷處理，這種方法產生的粗氣中含有大量的水蒸氣，不需要通過蒸汽補充就可以進入轉換系統(tǒng)。廢鍋工藝適合作為燃氣渦輪循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電項目，在發(fā)電項目中，機組能高效地利用其副產物的高壓蒸汽。半廢鍋流程，在生產甲醛的過程中，會發(fā)生反應，即將廢鍋和激冷工藝相結合，產生的粗煤氣經過輻射廢鍋冷卻后，再進行激冷。當反應溫度滿足需要時，則在隨后的局部轉化期間，可以充分地利用由粗氣顯熱所生成的蒸汽。

3.1.2多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化

該工藝以德士古水煤漿加氣工藝為基礎，是一項具有創(chuàng)新性的先進技術。2000年，國內有關科研機構、高校、企業(yè)共同開展了一系列的研究，在多噴嘴對置式水煤漿的加壓氣化中，獲得了有關部門的認可和認可，并獲得了專利。與德士古氣化爐的技術性能比較，國內新開發(fā)的氣化爐在各項性能指標上具有明顯的優(yōu)越性，并通過對原有技術的優(yōu)化，使其操作更加靈活、方便。多噴嘴對向水煤漿氣化爐的安裝，不僅方便，而且還可以根據(jù)具體的情況，減少煤粉的投入量，相對于德士古煤氣化爐，這種新的水煤漿氣化爐在節(jié)能、環(huán)保等方面得到了廣泛的應用。

3.2干粉煤的加壓氣化工藝

3.2.1殼牌干粉煤加壓氣化工藝

該技術采用了一種以豎立圓柱體為核心的薄膜式水冷壁，在壁面上鋪上一層耐熱土層，使熔融的灰渣在壁面上沉積，并在壁面上形成一層液體薄膜。由于高溫耐火材料需定期保養(yǎng)，易損毀，采用“以渣改渣”的方法進行防腐處理，可在圓筒與水冷壁間的環(huán)形孔內設置輸油管和進水管，以便維修、檢驗水冷壁。

3.2.2??太空爐粉煤加壓氣化技術

在所有的氣化工藝中，使用較多的是太空爐粉煤加壓氣化技術，也就是HT-L型煤粉加壓氣化爐，它的熱效率達到95%，碳轉化率達到99%，證明了該裝置的可靠性[4]。采用水冷壁結構的航空爐氣化反應器，其反應溫度可達1?500～1?700?℃。另外，由于航空爐所用的煤炭原材料品質不高，因而可以減少原材料的消耗，是國內自行研制的一種新型的設備，它的設備和技術維修費用都不高，比國外的設備投資要低得多。目前，我國每年利用太空爐裝置處理煤炭原料約250?000?t，是國內煤化工裝置中的佼佼者。與殼牌煤氣化爐相比，德士古煤氣化爐的投資要低了三億元，運行維護成本也要低出五百萬元。可見，航空爐是一種煤炭化工裝置，其經濟性能、加工性能和生產能力都具有較大的優(yōu)勢，同時還具有良好的運行性能，適用于國內的煤炭工業(yè)。采用的HT-L煤粉煤氣化技術，可以應用于不同的煤，從褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦，尤其是灰份、水分、硫含量較高的煤，均可采用，但技術人員要認真選擇和評價，選用能獲得更高產率的原料，以確保裝置運行的穩(wěn)定性和經濟效益。

3.3煙氣余熱回收技術分析

3.3.1利用蒸發(fā)器回收余熱技術

所謂的廢氣回收技術，就是通過對燃氣鍋爐內的氣體進行再一次的過濾，從而將其轉化為熱能，進而達到節(jié)能減排的目的。在氣溫較低的情況下，由于煙氣的溫度差異較小，因此在此期間，工作人員必須對排煙溫度進行持續(xù)的冷卻，以確保受熱表面的溫度處于正常狀態(tài)。但是，由于早期的煙塵回收裝置的回收量有限，當煙塵的溫度超過了設備的露點溫度，也就是在零下160?℃的時候，煙塵的回收量就會大大的下降，這就導致了大量的廢熱沒有得到回收，造成了巨大的浪費。但是，隨著技術的發(fā)展，對煙氣廢熱的回收技術進行了改進，形成了這種新的廢熱回收技術，它比傳統(tǒng)的廢熱回收技術更加容易操作、更加穩(wěn)定，并且可以提高廢熱的回收利用率，降低煙塵中的熱能損耗。

3.3.2?利用熱循環(huán)泵回收余熱技術

這是一種結合了熱能循環(huán)的熱泵技術，將熱能循環(huán)利用，再通過熱泵將熱量排出，從而達到最大限度的利用熱量。這是一種利用蒸發(fā)潛熱進行熱傳導的新型高效傳熱裝置，液體制冷劑在吸收了煙氣中的熱量后，在進入冷端的瞬間就會放出大量的熱量；熱管有許多優(yōu)點，如體積小、效率高、無需額外的功率，因而在市場上有著廣闊的應用前景。但是因為這種工藝的原材料非常稀有，而且工藝也非常的復雜，這就使得它的市場價值非常高，而且在工業(yè)上的應用并不是很普遍，而且它的技術還不成熟，包括堵塞、露點腐蝕等技術都還沒有得到很好的解決。

4?煤化工機電設備技術控制要點

4.1安裝施工過程中的主要要點

在設計施工方案時，相關人員要根據(jù)煤礦生產的具體條件，按照煤炭工業(yè)的技術要求，結合相關的行業(yè)規(guī)范和標準進行施工，確保工程的安全和質量。在具體的施工中，要遵循由內而外，由大到小的原則，并與預制及成片的吊裝規(guī)范相結合，從而能有效地減少工程造價，縮短驗收周期，保證設備的安裝質量。此外，在安裝煤化工機電設備時，應先在地板上涂上涂料，然后按設計相關規(guī)定進行部件的裝配；在安裝完畢后，應按相關技術規(guī)范對梁、柱進行防火處理，若發(fā)現(xiàn)零件尺寸有誤差，應按相關技術規(guī)范及時糾正。

4.2對氣化工藝設備需求的鋼材進行檢驗

相關人員要檢驗所使用的鋼材是否有相關的質量證書，并鑒定證書的真實性，鋼鐵的性能也需要滿足設計的要求；產品的性能必須按照國家的行業(yè)規(guī)范和規(guī)范進行檢測，若不滿足設計和安裝的要求，則要及時采取措施，以確保使用的鋼材質量合格。相關規(guī)范規(guī)定，鋼鐵表面無裂紋、無疤痕、無皺褶等。如果鋼鐵表面有細微的劃傷和生銹，一定要保證鋼板的斷裂厚度不能超過負差的二分之一，否則就要換新的鋼板。

4.3矯正偏差

在施工中，鋼件的尺寸與標準值存在著一定的誤差，如果發(fā)現(xiàn)有偏差，應立即糾正。目前常見的矯形方法有：熱矯正和冷矯正。在汽化裝置裝配中，經常會發(fā)現(xiàn)鋼梁尺寸偏小，此時可采用鋼板拼接法進行合適的連接。在拼裝時，要注意避免結點，若鋼板厚度小于14??mm，則采用剪板機進行剪裁，以確保其尺寸滿足有關規(guī)定。

4.4?機電設備的保養(yǎng)

機械設備的日常維護要達到“潤滑，清潔，安全”的目標，整潔是最基本的要求，即日常維護要有控制系統(tǒng)，作業(yè)前，操作者要對機械和機械設備進行感官檢驗，嚴格檢查零件和螺絲是否松動。如果出現(xiàn)故障，應及時停止操作，查找故障的根本原因。完成作業(yè)后，應定期進行機械清洗。車間的設備主要負責日常的維護，要有詳細的記錄，并定期對工廠進行定期的檢查，對每個機械設備的清潔和設備進行清潔，并請專人進行清潔；維護機電設備及周圍的環(huán)境。同時，要制訂設備維護方案，對易損件進行定期的局部檢修，清理指定的部分，替換損壞的零件。

5?現(xiàn)代煤化工氣化工藝與機電設備存在的問題

5.1技術安全性得不到保障

任何事情都存在兩面性，我們不能僅從表面去分析，而是要通過表面現(xiàn)象來觀察它的本質。以煤化工產業(yè)為例，此產業(yè)在國民經濟中占有舉足輕重的地位，對國民經濟的發(fā)展產生了重大的影響。從環(huán)境保護的角度來看，煤化工工業(yè)在生產過程中會對環(huán)境造成很大的污染，而大量的化學試劑將會給周圍的人帶來危險，并對他們的身體健康產生不利影響；從安全的角度來看，煤化工工業(yè)是化學工業(yè)中的一個重要環(huán)節(jié)，因此，要加強對其技術層面的檢查，最大程度減少安全事故的發(fā)生；同時，也希望能引起有關方面和有關人員的重視，從而對國家的經濟發(fā)展起到一定的推動作用。煤化工行業(yè)也要對設備進行嚴格的檢測，一旦有什么問題，就會引起火災、爆炸等事故，不但會危及工人的人身安全，還會間接地影響到煤化工行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展[5]。

5.2煤化工機電設備存在安全隱患

隨著時代的發(fā)展，煤化工行業(yè)也在發(fā)生著改變，煤化工技術的使用范圍也在不斷的擴大，而且所使用的設備也是越來越先進。要想進一步促進煤化工行業(yè)的發(fā)展，就需要研發(fā)或引進更加先進的設備，但是這些設備的成本和維護成本都很高。目前，我國煤炭工業(yè)落后的主要原因是由于機械設備不達標。如今使用的大部分機械都是老舊的，根本無法適應新技術的發(fā)展，而且還存在著一些安全隱患問題。在這種形勢下，煤化工產業(yè)的發(fā)展面臨著嚴峻的考驗。總之，我們不但要更新技術裝備，而且要對目前所用的機器進行全面的檢驗，對不符合標準的、陳舊的機器，要進行更換和修理，進一步延長設備使用年限，為促進我國煤化工產業(yè)的快速發(fā)展打下堅實的基礎[6]。

6?促進煤化工產業(yè)發(fā)展的有效對策

6.1充分發(fā)揮政策優(yōu)勢

煤化工產業(yè)的發(fā)展直接關系到整個國家的經濟發(fā)展，因此，國家十分重視煤化工產業(yè)的發(fā)展狀況，并制定了相應的發(fā)展計劃，從一定意義上保證了煤化工產業(yè)的健康發(fā)展。當前階段，我們已經進入了信息化社會，許多行業(yè)都同時面臨著機遇和挑戰(zhàn)，煤化工行業(yè)也是如此，所以應該充分發(fā)揮出政策的導向作用，緊跟時代發(fā)展步伐，不斷促進多個系統(tǒng)的高效組合。目前，我國煤化工企業(yè)的業(yè)務規(guī)模在不斷擴展，技術水平也不斷提高，先進的技術水平已成為煤化工行業(yè)發(fā)展的核心力量，而且還可以將先進技術應用于其它產業(yè)，所以才會受到如此多的重視。

6.2充分發(fā)揮區(qū)域資源作用

對于煤化工行業(yè)來說，在具體的生產過程中不僅會對生態(tài)環(huán)境造成污染，而且耗資巨大，是一個技術含量較高的行業(yè)，因此對其生產和經營都要進行嚴格的控制。同時，國家也要加強有關部門的指導，對有較好發(fā)展前景的煤化工企業(yè)，要給予更多的扶持，以促進我國煤化工行業(yè)的發(fā)展，增強我國的經濟實力。此外，許多中小型企業(yè)也逐步發(fā)展，出現(xiàn)了多個行業(yè)集群。與區(qū)域煤炭資源相結合，為進一步開展煤化工技術的研究打下堅實的基礎。在我國煤炭資源豐富的地方，還可以建設更多的煤化工企業(yè)，這樣既能帶動地方的經濟發(fā)展，又能改善當?shù)厝嗣竦纳钏健?/p>

6.3?加強設備改造和專業(yè)人才的培養(yǎng)

機械設備技術改造人員在參與技術改造時，要強化自身的專業(yè)知識，不斷提升自身的設備改造水平，真正做到理論聯(lián)系實際。在煤化工企業(yè)的生產過程中，安全生產是一項重要的內容，要想實現(xiàn)這一目的，就需要注重提高職工的素質，使每位員工都能熟悉設備的工作原理，熟練掌握其使用技術。在后期的機械設備維修方面，也要保證維修保養(yǎng)人員具有較強的責任感。只有這樣，安全、有效的生產目的才能實現(xiàn)。機械設備的技術改造，既是設備的更新、維修，也是從事機械設備改造工作的人員的專業(yè)技術訓練，是一次很好的學習機會。煤化工企業(yè)員工的綜合素質和文化素質水平有待提升，企業(yè)要有針對性地開展定期的培訓和學習，并對其進行緊急處置和操作技能的培訓。維護人員應該對每一種機械設備的工作原理有一個明確的認識，并且能夠處理日常運行中經常出現(xiàn)的問題。另外，隨著機電設備自動化程度的不斷提高，對企業(yè)的管理者、工程師等進行相應的培訓，以提高他們自身的機電設備日常運行管理水平。

6.4 建立完善的機電設備管理制度

機電設備管理制度是煤化工行業(yè)機電設備管理工作的先決條件，煤化工企業(yè)要主動總結存在的問題，企業(yè)領導要建立健全的機電設備管理制度，并賦予管理人員相應的權力，實現(xiàn)統(tǒng)一管理的目的，同時還應制定一套完善的故障預防體系。第一，要加大機電設備的購置力度，在到達工廠后要進行質量檢查，安裝完成后再次進行檢驗；第二，要建立機電設備的日常管理體系，加強對機械設備的維護和管理，定期進行精度檢查。第三，加強機電設備的使用管理，嚴格杜絕違章作業(yè)，減少設備磨損、損壞的可能，同時，機電設備的管理者要經常去生產現(xiàn)場視察，確保及時發(fā)現(xiàn)故障隱患問題，并及時向上級報告，提出更多的工作意見，爭取上級對設備管理工作的支持。

7 結語

綜上所述，不同的煤化工氣化技術都有自己的特色，由于沒有開發(fā)出通用技術和氣化爐，所以目前還存在著對煤種的適應性不足的問題。因此，在選擇煤化工的氣化技術與設備時，首先要熟悉各種技術的特點，然后結合不同的煤炭種類和生產條件，選用適宜的氣化技術和機電設備，并嚴格按相關技術規(guī)范進行檢查、安裝，以保證氣化生產過程的安全，進一步提高氣化效果，充分利用煤化工的氣化技術，以適應當前社會對清潔能源的需求，推動我國煤化工產業(yè)的健康、快速發(fā)展。

參考文獻

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[2]?黃成龍，尹小偉，丁方園，等.低壓氣流床氣化技術應用于中小型煤化工行業(yè)的優(yōu)勢[J].化肥設計，2019，57（2）：1-3.

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