磨煤干燥過程安全系統及環境因素分析

孫 一 ,李文杰 ,彌 勇

(1.中油燃料油股份有限公司 ,北京 100025;2.中國寰球工程公司 ,北京 100029)

1 前言

磨煤干燥是煤氣化階段的前提,經過磨煤干燥,才可向下游氣化工序提供合格的煤粉產品。本文針對磨煤干燥的系統進行分析,分析其工序,提出合理的優化方案。

2 磨煤干燥系統流程

原煤在磨煤機中擠壓和碾磨成為煤粉,來自熱風爐的熱惰性氣體以一定速度進入干燥空間,對煤粉進行干燥,經過磨煤機頂部的旋風分離器,粗煤粉返回重磨,合格的煤粉 (滿足粒度要求)由熱惰性氣體帶出,進入煤粉收集器過濾分離,煤粉收集送入煤粉倉。分離煤粉后的熱氣體,經循環風機大部返回熱風爐中重新作為熱氣體進入磨煤區,部分排入大氣。

磨煤干燥系統中,關鍵的影響因素是氧含量、水含量、灰塵含量以及 CO含量,根據相關國家環保標準,排入大氣中的灰塵含量設定為 50 mg/Nm3以下,CO設定為 100×10-6以下,氧含量設定為 8.0%以下,水含量設定為 37.5%以下。

2.1 磨煤工序

原煤在經過處理之后,進入磨煤機進行研磨,國內一般選用的是中速磨 (一般處理能力為 60 t/h左右),磨煤工序中有時由于煤質的原因,易出現架橋、堵塞等現象,可以采用原煤倉輸送機械進行原煤疏松來防止架橋等現象的發生。過細煤粉在系統中任何位置發生滯留,對安全生產帶來的危險性絲毫不亞于溫度的影響。因此合理的選擇磨煤機必須根據其下游的煤粉粒度的要求來進行選擇。

2.2 熱氣體工序

干燥煤粉所用的熱惰性氣體由熱風爐產生,熱風爐系統是通過燃料氣燃燒產生熱氣體,燃燒空氣和稀釋空氣的流量根據出口溫度以及氧含量進行調節。此時,可以適當的采用較大能力的燃燒風機,加大其燃燒空氣流量,這樣便可取消稀釋風機。熱風爐的燃燒能力直接決定著燃料氣是否能夠充分燃燒。并且其燒嘴的設計應該完全滿足不同的燃料的燃燒需求(目前,開車時選用的一般為 LPG或者柴油,正常運行時則選擇燃燒合成氣或者天然氣)。

2.3 煤粉過濾工序

熱惰性氣體進入磨煤區間,將合格的煤粉帶入煤粉收集器中進行過濾,過濾之后的煤粉通過纖維分離器以及螺旋輸送機進入粉煤倉。此段工序中,煤粉收集器是一個關鍵的設備,其存在著著火、爆炸等危險因素。先前的化工設計中采用的爆破片,由于在爆破之后引起停車,更換爆破片等種種不利因素,可以考慮采用開關式泄爆門 (壓力到達爆破壓力時,迅速打開,壓力降低,同時泄爆門關閉)。

2.4 氣力輸送工序

傳統的氣力輸送工序是利用氮氣作為載體輸送煤粉,目前國內已經有利用二氧化碳進行輸送的報道,考慮到二氧化碳的成本低,來源方便,可以考慮采用二氧化碳進行氣力輸送。

3 關鍵因素分析

3.1 氧含量

氧含量在煤氣化工藝中自始至終是一個關鍵的控制因素,其直接影響著整個化工裝置的安全性。目前在設計中一般考慮控制氧含量在 8.0%以下,自始至終將整個系統控制在惰性環境中。稀釋風機的流量直接影響著系統中氧含量的高低,稀釋風的流量增大,氧含量也會隨著升高;因此必須合理的調整稀釋風機的流量,使得系統中的氧氣含量始終維持在較低水平。但是過分的降低氧含量不太合理(必然會導致成本的升高以及其它參數的變化);另外氧含量的分析也需要對分析儀進行經常的校對檢查,防止假信號的產生導致不必要的停車等因素。

3.2 水露點

煤粉產品在系統輸送過程中,為了防止水分凝結,必須合理的控制水露點,使得系統中的水分始終維持在氣化的狀態下。影響水露點的因素也是稀釋風機的流量,隨著稀釋風機的流量的增大,水含量降低。但是同樣也不能無限制的增大稀釋風機的流量。必須在氧含量和水露點同時滿足合格的要求下,維持合理的稀釋風機的流量。

煤粉中的水分分為內水和外水,外水很容易干燥而去除。煤的內在水分指吸附或凝聚在煤顆粒內部毛細孔 (＜0.1μm)中的水分。在實際測定中指煤樣達到空氣干燥狀態時保留下來的那部分水分。內在水分多少與煤的內表面積有關,內表面積愈大,內在水分愈高。不同變質程度煤的內表面積不同,變質程度愈淺,內表面積愈大,其內在水分也愈高。的確,內在水在常溫下不能失去,但加熱到一定溫度就能逸出,不論是多大量的內水與外水,只要在檢驗時按規定時間加熱到 110℃,這些水分可以在生產煤粉中烘干出來。

3.3 粉塵含量以及 CO含量

煤粉收集器出口,進入循環風機的管線上設置粉塵含量的檢測以及 CO的檢測。粉塵含量一般控制在 50 mg/Nm以下,一氧化碳的含量一般控制在100 ×10-6以下。

3.4 有害物分析以及可采取的措施

煤粉達到一定濃度可能自燃、爆炸,人吸入粉塵易得矽肺病;噪音危害;熱風爐燃料采用燃料氣,易燃、易爆;有毒有害氣體,氮氣嚴重泄漏時造成區域缺氧,導致窒息;高溫氣體包括高溫蒸汽、凝結水汽化、循環風,氮氣的泄漏和排空可能引起燙傷和設備損壞。

可以采取的措施有:管道系統密閉嚴防泄漏;系統惰性化;氮氣消防;裝置內設置負壓清掃系統;燃料氣管道設置阻火器;動設備采用低噪音設備;強制通風;有可能因氮氣泄漏造成缺氧的環境懸掛安全警示牌;在進入可能出現缺氧環境的空間進行維修或操作時,佩戴空氣呼吸器。

4 環境因素分析

磨煤干燥過程中,能夠影響到環境的因素主要有:煤粉的泄漏造成環境的污染;氣體燃燒以及輸送過程中所用的二氧化碳的排放;系統過程中污染水的排放等。煤粉泄漏引起的因素很多,主要是要對設備的加工、管道的焊接等進行嚴格的檢驗制造;氣體燃燒排放以及二氧化碳輸送中所用的二氧化碳,必須經過嚴格的處理,在排放到大氣中的時候,必須滿足環保的要求;系統過程中產生的污水,必須進行凈化處理,嚴禁直接排放。

5 總結

針對磨煤干燥流程,進行了初步的分析總結,對于系統中可以考慮改進的部分也進行了描述,優化工序,才能合理、經濟的運行系統,為下游氣化工序提供合格的煤粉產品。