除渣裝置在煤化工中的應用與優化

曹文龍, 姚 強

(國家能源集團寧夏煤業有限責任公司, 銀川 750411)

目前國內煤化工項目日趨增多,無論是水煤漿氣化爐,還是干煤粉氣化爐,只要是以煤為原料的氣化爐都勢必離不開除渣裝置。除渣裝置的核心是渣鎖斗系統,渣鎖斗是一個渣水存儲設備,能夠實現高低壓轉換,起到承上啟下的作用。渣鎖斗的上部通過破渣機與氣化爐相連接,收集氣化爐中的殘渣,一段時間后泄放渣鎖斗壓力,然后通過渣鎖斗下部管道及閥門將渣排入撈渣機。渣鎖斗實現了渣的高壓收集和低壓排放的目的。筆者主要就渣鎖斗在Texaco全廢鍋水煤漿氣化爐與GSP干煤粉氣化爐[1]工藝設計及運行情況的不同點和共性問題逐一列舉分析。通過生產實踐論證,整合出一套較為優化的煤氣化裝置渣鎖斗系統。

1 除渣裝置的工藝流程

燃燒后的爐渣經過重力從氣化爐激冷室自由落入破渣機內。渣鎖斗高壓時與氣化爐連通收渣,渣鎖斗降壓后,將渣水排至撈渣機。撈渣機將爐渣刮至渣斗,渣斗再將渣排入渣車。

渣鎖斗是一個自動順控程序,渣鎖斗循環分為泄壓、排渣、清洗、充壓、收渣5個階段[2]。

(1) 泄壓:排渣過程開始于渣鎖斗上游閥組的關閉,渣鎖斗中的壓力泄至撈渣機。

(2) 排渣:渣鎖斗泄至常壓后,渣鎖斗下游的球閥組打開,渣鎖斗中的渣排至撈渣機。

(3) 沖洗:渣鎖斗卸料過程中打開沖洗水罐沖洗管線切斷閥,對渣鎖斗進行沖洗和重新填水。

(4) 充壓:排渣、沖洗完畢后,打開充壓閥對渣鎖斗充壓。來自黑水處理單元的廢水經泵和循環水換熱器被冷卻至45 ℃后送入渣鎖斗沖洗水罐;沖洗水罐用于沖洗和填充渣鎖斗。

(5) 收渣:將渣鎖斗壓力充至與氣化爐壓差小于一定值后,打開渣鎖斗上游閥組,與氣化爐激冷室/氣化爐廢鍋連通,開始收渣過程;當渣鎖斗收渣時間到,渣鎖斗開始新一輪順控程序。在收渣過程中,渣鎖斗中的水將通過渣循環水泵送至氣化爐,將破渣機上方渣水從氣化爐沖至渣鎖斗。渣循環水泵的作用為防止渣在破渣機中進行積累導致棚渣、架渣。

2 Texaco水煤漿與GSP干煤粉氣化爐渣鎖斗工藝流程對比

Texaco水煤漿與GSP干煤粉氣化爐渣鎖斗工藝流程見圖1、圖2,兩者流程原理相同,具體差異見表1。

表1 Texaco水煤漿與GSP干煤粉氣化爐渣鎖斗對比分析

圖1 Texaco水煤漿氣化爐渣鎖斗工藝流程

圖2 GSP干煤粉氣化爐渣鎖斗結構工藝流程

3 除渣裝置運行中存在問題及解決措施

3.1 渣鎖斗沖洗水管線振動大

問題描述:渣鎖斗排渣、沖洗完畢,沖洗水管線切斷閥關閉時造成此管線振動,嚴重時易發生管線斷裂、脫落,閥門法蘭振松,高壓介質泄漏等事故發生。

產生原因:沖洗水管線切斷閥關閉,管線內急速流動的水被迅速切斷。水流由于慣性,產生沖擊波和水倒流,雙向沖擊力匯集在沖洗水管線止逆閥處,造成強力振動[3]。

解決措施:

(1) 調節沖洗水管線切斷閥減壓器,控制閥門關閉時間,將閥門關閉時間由2 s調至5 s。

(2) 沖洗水管線止逆閥安裝在與切斷閥最短距離處。

通過以上措施,可以消除渣鎖斗沖洗水管線振動。

3.2 渣鎖斗泄壓時管線振動大

問題描述:渣鎖斗泄壓閥打開瞬間管線大幅度振動,經常發生管線支撐損壞,管線閥門、法蘭泄漏事故。

產生原因:渣鎖斗泄壓閥打開速度過快,渣鎖斗內高壓渣水突然急速泄壓造成管線振動。

解決措施:

(1) 渣鎖斗泄壓閥閥腔內安裝限流孔板,通過限流孔板降低流體流速。

(2) 渣鎖斗泄壓閥由通徑形式改為縮徑形式。不同縮徑比下的運行數據見表2。由表2可以看出,通過安裝縮徑比0.6(加限流孔板)的泄壓閥,可以消除渣鎖斗泄壓時的管線振動。

表2 不同縮徑比下的運行數據

3.3 除渣裝置爐渣含水質量分數高

問題描述:經過撈渣機刮出的爐渣含水質量分數高(渣含水質量分數>25%)。在灰渣拉運過程中,造成環境污染及大量水資源流失,灰渣運輸成本較高,在裝車、運輸過程中渣車流水,嚴重影響運輸路徑及周邊環境[4]。

產生原因:撈渣機內爐渣控水時間短,原始設計除渣裝置渣倉不具有強制脫水功能。

解決措施:安裝1套具有瀝水功能的渣斗,利用真空泵將爐渣內水分抽濾回收再利用(見圖3)。瀝水前后爐渣含水質量分數見表3。由表3可以看出:煤氣化粗渣經過真空渣瀝水設備可以將爐渣含水質量分數降低至10%以下,瀝水率達到60%以上。

圖3 煤氣化除渣裝置真空渣瀝水設備

4 結語

通過Texaco全廢鍋水煤漿氣化爐與GSP干煤粉氣化爐渣鎖斗系統,分析利弊,揚長補短,可以有效解決除渣裝置瓶頸問題。通過縮短渣鎖斗沖洗管線切斷閥與止逆閥距離,可以消除渣鎖斗沖洗水管線振動;將渣鎖斗泄壓閥改為縮徑孔板形式閥門,可以消除渣鎖斗泄壓產生的振動。真空渣瀝水裝置有效降低了爐渣含水質量分數,在裝置節水的同時,減少了爐渣的外排量,降低了環境污染。經過析水干燥后的粗渣,還可進一步進行燒磚、鋪路等綜合再利用。

除渣裝置是煤化工氣化行業重要生產設備,渣瀝水裝置是必不可少的環保設施,經過實踐摸索及技術攻堅,優化改造后的除渣裝置運行更加安全、穩定、清潔、高效。