粉煤气化装置工艺管道优化研究

张兴文 高新秋

鲁西集团有限公司 山东聊城 252200

摘要：在我国化石能源中，煤炭能源供应占很大比重，煤化工发展迅速。粉煤气化工艺已得到广泛应用。粉煤气化装置主要用于磨煤干燥、粉煤加压输送、气化及废水处理。其中，工艺管道是一个非常关键的组成部分。在机组运行过程中容易出现一些问题。因此，需要对管道进行优化，以确保装置的正常运行，有效提高资源利用率。

关键词：粉煤气化装置；工艺管道；优化措施

我国能源结构的特点决定了国家在能源利用方面的政策和发展模式。多煤、少油、少气的能源结构，决定了国家从能源安全的角度出发，在一定时期内发展以煤为源的化工产品，以煤化工为源的化工产业，特别是新型煤化工产业的发展，始终占有一席之地。正是由于这种对煤炭资源的强烈依赖，许多煤气化技术在中国得到了不同程度的实施和发展，但与此同时，工厂在实际生产过程中也发现了一些问题。结合生产过程中发现的问题，提出现场优化和运行建议供参考，以期对现有工厂的运行有价值的优化建议，使工厂生产更加稳定，运行周期更长，从而为企业带来更多的利益。

1工艺流程简介

粉煤气化装置的工艺流程主要分为四个环节：磨煤干燥、粉煤加压输送、粉煤气化、渣灰水处理。具体工艺为：将原煤送入磨煤机进行磨煤，用干燥的惰性气体进行干燥。粉碎干燥后的煤粉经旋转分离器筛分后，用惰性气体输送至煤粉袋式除尘器。进入煤粉袋式除尘器的煤粉通过滤袋进行气固分离。离开滤袋时，过滤器惰性气体的含尘量为≤10mg/Nm3。大部分过滤后的气体被回收，部分气体被排出。然后，煤粉从袋式除尘器输送至煤加压和给煤系统。煤粉粒度由循环空气流量、负载力和旋转分离器的转速控制。系统的惰性由氮气、燃气和空气的匹配燃烧控制。高压CO2或N2被输送至气化链路。煤粉和混合气进入气化炉反应生成合成气，经冷却、加湿、除尘后输送至转化系统。反应不完全的残灰经冷却固化后排入相应设备。洗涤塔和气化炉产生的黑水通过闪蒸输送至沉淀设备，除氧后循环使用。

2管道问题与优化措施

2.1磨煤干燥过程中存在的问题及优化

在粉煤气化过程中，磨煤和干燥是第一个环节。这个过程受温度的影响很大。如果温度低，湿煤容易结块硬化，影响磨煤机的正常使用和工艺生产质量。此外，在低温条件下，会影响煤粉的流化效果，容易堵塞管道。这样会降低煤粉的利用率，严重浪费资源。另外，在干燥过程中，会采用稀释风机降低管道内积聚的煤粉含量，但实际效果并不理想，会增加动力成本的投入。因此，这一环节需要优化和完善。

对于低温环境下的煤粉气化，可通过在煤粉与进料管之间增加伴热管来优化工艺管道，从而有效提高煤粉温度，增加煤粉流动性，提高工艺装置的运行效率。另外，使用稀释风机可以在一定程度上减少管道内积聚的煤粉，降低煤粉含量，但效果并不理想。因此，可以取消稀释风机的使用，减少电能的使用，从而节约成本，减少资源的浪费。

2.2材料和电能利用的问题和优化

2.2.1低压氮气节约

磨煤机磨辊密封低压氮气管路与密封风机出口管路之间增加连接管路。使用低压氮气作为磨辊密封氮气的补充，可节省氮气的使用。适当控制磨辊低压氮气密封阀的开度。如果开口太小，压差太小，密封效果不好。如果开口过大，低压氮气将注入密封风机出口管路。调整磨辊密封的低压氮气阀时，注意缓慢，联系主控制器注意密封空气与一次空气的压差。

2.2.2节约电能

在原有粉煤气化工艺中，使用稀释风机可以降低管道中的水分含量，但效果并不理想。取消稀释风扇可减少用电，并补充大气氮气。适当控制常压氮气阀的开度，注意惰性循环气体的含水量。

2.2.3冷凝水的回收

当常压罐中的液相到达沉淀罐管线时，冷凝液可回收至沉淀罐再利用。如果凝结水水质差，将影响系统的水质。当水质较差时，应增加系统水的置换量，以确保系统运行的安全。当低压蒸汽的冷凝水到达除氧器管道时，冷凝水将添加到补给系统中，以有效改善水质。由于蒸汽凝结水温度高，除氧器水温升高，影响除氧器水泵。因此，有必要对工艺指标进行合理控制。

2.3煤粉电纤维分离器处增加管式铁分离器

在煤粉制备装置中，通常在原煤储仓和称重给煤机之间设置电磁铁分离器，防止煤中的金属带入磨煤机，损坏下游设备和输送管道阀门，影响装置的正常生产，甚至带来安全生产隐患。

磨煤机磨出的合格煤粉通过袋式除尘器、煤粉旋转卸料阀、电纤维分离器、螺旋输送机进入后续煤粉输送装置的常压煤粉仓。原煤称重给煤机前设置的电磁除铁器不能保证磨煤机磨煤后不会带来新的铁杂质，煤粉中的铁杂质会对后续煤粉管道，特别是煤粉调节阀产生负面影响，煤粉流量计和燃烧器。

建议在煤粉袋式除尘器下部的电纤维分离器处增设管道除铁器，进一步去除系统内煤粉中的铁，防止煤粉中的铁杂质进入下游，保护后续设备和管道，减少事故和故障的发生。

2.4气化水系统的运行问题

气化装置的运行是长期稳定运行的关键，往往直接关系到渣水系统的良好运行。澄清池的运行状态、絮凝剂的选择、精除渣设备的运行状态和运行管理水平都会影响灰水指标，从而影响管道、阀门和动力设备的长期稳定运行。

对灰水质量的关注一直是各气化装置操作人员控制的重点和难点。在一些电厂，渣水装置中增加了额外的硬件清除设施，澄清池中的一些灰水在处理后被泵送回系统。在一些工厂中，使用外部硬件移除设施，并在输出废水过程中添加独立的硬件移除设施，以降低废水处理的负荷和难度。

如果渣水系统运行不好，直接后果是动态设备的故障率增加，不能连续运行，甚至系统停机。如果水系统不能及时有效地去除悬浮物，降低水的硬度，水质往往会迅速恶化，灰水含固量增加，管道结垢严重，澄清池负荷增加，机泵运行条件差。因此，各煤气化工厂需要根据各气化工艺的不同特点和不同煤种选择合适的絮凝剂，并根据装置的实际运行情况，优化工艺装置的运行，找出适合本厂的运行指标和运行方式，并减少因水系统问题导致的机组停机。

2.5其他组件的优化

如果袋式除尘器顶部煤粉积聚过多，容易发生阴燃安全事故。该问题的优化和改进是在消防氮气入口增加一条低压氮气管道。这里的阀门不能保持常开，也不能开得太大。注意避免过滤器超压，以免防爆板爆裂。在工艺现场，阀门应关闭并在紧急情况下使用。此外，燃烧器管道和启动氧气回路在使用前需要脱脂，资源浪费严重，效率低下。由于管道和阀门中的介质含有氧气，因此要求不含油脂。润滑脂在使用前必须清洗和脱脂。维护后，对氧气阀进行脱脂。此外，还对真闪蒸分离罐的下液管进行了优化。在原工艺装置中，真闪蒸分离池的下液管设计为除灰池，容易使灰水产生高浊度。使用沉淀池可以解决上述问题。最后，加厚燃烧器冷却水缓冲罐的通风管。在原有放空管径的情况下，气化炉与燃烧器冷却水缓冲罐之间的压差无法得到很好的控制。管径加厚后，压差可有效控制在标准要求范围内。

结论

总之，粉煤气化工艺是一种较好的煤转化技术，广泛应用于煤化工行业。由于工艺技术的不断发展，粉煤气化工艺的工艺操作要求也在逐步提高。粉煤气化装置的工艺管道需要不断改进和优化，以便更充分地利用资源，减少资源浪费，减少对环境的影响，从而为企业获得更好的经济效益。这就需要加强工艺技术研究，全面分析管道中容易出现的问题，制定合理的优化改进对策，以提高装置工艺管道的运行效率。

参考文献：

[1]邢京.煤气化装置的常见腐蚀及对策[J].化学工程与装备,2020(12):183-184.

[2]许建良,梁钦锋.熔融炼铁与粉煤气化耦合制备高浓度还原气方法[J].中国科学:技术科学,2021,51(02):195-206.

[3]庞睿.粉煤气化制甲醇配套变换工艺分析[J].煤化工,2020,48(05):32-36+57.

[4]陈亚龙,胡锋.浅谈煤气化装置真空带式过滤机长周期运行的方法[J].化工管理,2020(29):155-156.