褐煤預干燥裝置的布置方案及優化探討

江珍珍　中國五環工程有限公司　武漢　430223

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褐煤預干燥裝置的布置方案及優化探討

江珍珍*中國五環工程有限公司武漢430223

摘要以實例介紹為殼牌煤氣化(SCGP)提供原料煤的褐煤預干燥裝置的工藝技術方案及流程，提出一種新型的聯合布置方案。從裝置占地、設備配置、干燥機吊裝、廠房圍護及爆炸危險區域劃分等方面，對傳統布置方案和新型聯合布置方案進行分析比較，闡述預干燥裝置的管道布置特點及優化。

關鍵詞褐煤預干燥殼牌煤氣化(SCGP)設備布置管道布置

*江珍珍：工程師。2003年畢業于湖北大學化學工程與工藝專業。現主要從事化工工程項目的工藝管道設計工作。聯系電話：(027)81926305，E-mail：jiangzhenzhen@cwcec.com。

我國是煤炭資源相對豐富的國家，其中褐煤儲量約占14%。褐煤含有20%~50%的水分，如此高的水分不但增加了運費，而且水分直接參與燃燒和氣化，熱損失嚴重，甚至影響煤氣化裝置的正常運行。殼牌氣化爐采用的是干煤粉進料，要求進氣化爐的煤粉的水含量在2%左右，高于該值就可能出現煤粉粘連，影響煤粉流化，造成輸送困難。因此在使用褐煤作為殼牌煤氣化的原料時，一般需先進行褐煤預干燥處理，然后在磨煤及干燥工序中再進一步干燥，水含量合格的煤供氣化爐使用[1]。

目前國內的殼牌煤氣化項目引入的預干燥裝置有兩套，一套是內蒙古某煤制烯烴項目(已投產)，另一套是內蒙古某原料及產品結構調整項目(在建)。筆者擬以這兩個項目為例，對褐煤預干燥裝置的設備布置進行比較和分析探討；結合工程實際闡述預干燥裝置的管道布置特點及優化。

1預干燥工藝技術

1.1　預干燥原理

根據干燥原理的不同，常見的預干燥技術有回轉圓筒干燥技術、蒸汽流化床干燥技術、蒸汽管式干燥技術等[2]。經技術方案比選，目前最適合褐煤預干燥裝置的是蒸汽管式干燥技術。

蒸汽管式干燥技術最早由德國開發應用，它的核心設備為管式干燥機，其工作原理是將一定粒度的原煤粉(粒徑<6.3mm)均勻分布到旋轉的滾筒內部的眾多干燥管中，干燥管內設螺旋狀葉片，煤通過重力和螺旋葉片導流作用在干燥管內運動。在滾筒內部干燥管周圍通入180℃、 0.35~ 0.4MPa(G)的過熱蒸汽，通過間接熱交換加熱干燥管內的原煤粉，使其表面吸附的水分受熱蒸發，從而達到降低水份的目的。從管式干燥機的構造可以看出，它屬于非接觸式低溫干燥機，其設計巧妙、換熱面積大、熱效率高、安全性好、干燥效果佳，非常適用于高水分和高揮發分的褐煤的干燥。從已運行的裝置來看，預干燥后的煤粉質量穩定，能完全滿足殼牌煤氣化裝置的生產需要。

1.2　工藝流程

預干燥工藝流程包括原煤輸送、中間貯存、進料、干燥、出料、氣粉分離等部分。具體流程：破碎后的原料煤經原煤貯運系統由帶式輸送機送至預干燥碎煤倉，經稱重由給煤機送入管式干燥機干燥管內，干燥管外部通入過熱低壓蒸汽，使煤粉表面吸附的水分受熱蒸發。對出干燥機的煤粉進行含水量檢測，合格的干煤粉(水分含量約為10~12%)經埋刮板輸送機和旋轉給料機送入氣化干煤倉；含水量不合格的碎煤由埋刮板輸送機頭部排出，人工運至煤堆場。碎煤干燥過程中產生的氣體和煤粉通過排風機抽至袋式過濾器，經低壓氮氣反吹，分離出的合格煤粉經三通閥和旋轉給料機送至氣化干煤倉，不合格的煤粉加水通過管道排至廢漿池。分離后的氣體經排風機排入大氣。預干燥工藝流程見圖1。

2設備布置探討

位于內蒙古的某煤制烯烴項目和某原料及產品結構調整項目，其預干燥工藝流程基本相同，故兩裝置的局部設備布置有一定的相似性。兩項目的不同之處在于下游煤氣化裝置的生產規模及氣化爐的能力不同。在單臺干燥機能力相同的情況下干燥機的數量差別較大，導致預干燥裝置迥然不同的兩種布置方式。一種是傳統的布置方案，即將多臺管式干燥機及配套設備集中布置于預干燥廠房；另一種是新型的聯合布置方案，即將預干燥裝置與煤氣化裝置共用一個框架布置。筆者擬以這兩個項目的設備布置為例對兩種布置方案進行比較和分析探討。

圖1　預干燥工藝流程

2.1　傳統布置方案

內蒙古某煤制烯烴項目采用了傳統的預干燥廠房布置方案。

該項目有3個煤氣化框架，每個煤氣化框架內有1臺投煤量2700t/d的殼牌氣化爐，每臺氣化爐需要5臺(4開1備)干燥機制備粗級干燥煤粉，3套煤氣化一共對應15臺干燥機。由于干燥機臺數較多，按照同類設備集中布置的原則，并考慮到今后操作和檢修的方便，將15臺干燥機集中布置在長條形的預干燥廠房內；每5臺干燥機為一組，預干燥后的煤粉經埋刮板輸送機和斗提機分別送至1#、2#、3#煤氣化框架。傳統預干燥廠房布置見圖2。

圖2　傳統預干燥廠房布置

2.2　新型聯合布置方案

內蒙古某原料及產品結構調整項目采用的是預干燥與煤氣化框架的聯合布置方案。該項目為1個煤氣化框架，框架內有1臺投煤量900t/d的新型殼牌氣化爐，該氣化爐需要2臺(1開1備)干燥機制備粗級干燥煤粉。由于干燥機臺數較少，若按照傳統的預干燥廠房的布置方案，勢必要配備埋刮板輸送機和斗提機，且不能節省占地。按照工藝流程，經預干燥后的煤粉是送往氣化框架干煤倉的，直接進料是最經濟、最利于操作檢修的方式。預干燥與煤氣化框架的聯合布置見圖3，預干燥與煤氣化框架的聯合布置立面見圖4。

2.3　兩種布置方案對比分析

從以下幾方面對聯合布置方案與傳統布置方案比較。

圖3　預干燥與煤氣化框架的聯合布置

圖4　預干燥與煤氣化框架的聯合布置立面

(1)兩方案相比，聯合布置節省占地。利用煤氣化框架磨煤區域上部的空間布置預干燥裝置的設備，使工藝流程更加順暢。

(2)聯合布置方案能節省埋刮板輸送機和斗提機等固體物料輸送設備，無需設置轉運站，降低了工程的投資。

(3)關鍵設備干燥機的吊裝對比。管式干燥機均為整體吊裝，總重量約280噸。傳統預干燥廠房為混凝土框架，干燥機從側面推入框架，需設置運輸滑道梁和緩裝鋼梁使干燥機就位，吊裝較困難。聯合布置中干燥機與氣化爐支撐在混凝土樓面上，上部鋼結構可緩安裝，利用吊氣化爐的大吊車從框架頂部放下就位，降低了吊裝難度，節省了吊裝時間。

(4)廠房圍護情況對比。兩項目均位于內蒙，冬季極端嚴寒。為防止含水量高的褐煤凍結，需對廠房采取防風采暖措施。傳統預干燥廠房為四面圍護廠房(袋濾器頂部區域除外)。聯合布置框架僅對預干燥區域進行圍護。

(5)爆炸危險區域劃分對比。一般由電氣專業依據《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》GB 50058和《可燃性粉塵用電氣設備》GB 12476.3-2007對裝置進行爆炸危險區域的劃分。傳統預干燥廠房的易燃易爆物質比較單一，為褐煤粉，僅考慮粉塵防爆；聯合布置框架中易燃易爆物質除了褐煤粉外，還有合成氣(CO，H2)等爆炸危險氣體，同時存在氣體和粉塵爆炸危險，但由于預干燥區域進行了圍護，將氣體爆炸危險區域隔離在預干燥布置區域之外，因此預干燥區域仍然只需考慮粉塵爆炸危險。

(6)管式干燥機的檢修對比。兩項目檢修方式基本相同，都是在管式干燥機上層梁底設置2條檢修軌道，用于拆卸大蓋及檢修干燥管。目前暫不考慮整機移走檢修。廠家對整機檢修提出了一個初步的構思，即在數臺干燥機底部設計可移動的托座或利用設備上方的結構梁做吊點，但是由于實際情況的約束，實現起來存在諸多困難，是今后可優化之處。

3管道布置特點及優化

3.1　優先進行大口徑和熱應力管道的布置規劃

布置首先宜結合袋式過濾器的尺寸合理定位設備，大口徑和熱應力管道優先排布。必要時可協調廠家略微調整袋式過濾器內部濾袋的排布方式，使袋式過濾器的外形尺寸滿足布置要求。

3.2　與動設備連接的管道采用膨脹節

與動設備連接的管道或者上下直連的設備之間的管道，例如與稱重給煤機、旋轉給料機、風機等動設備連接的管道采用膨脹節，以保證設備和管道的運行安全。

3.3　干燥機出口氣粉管道的優化

干燥機氣粉出口為5008×2728的長方形管口，需經方變圓、彎頭等管件變為DN1000的管道，并上穿一層樓面。干燥機氣粉出口管道布置有三種布置方案，見圖5。

圖5　干燥機氣粉出口管道布置

方案一為初始設計方案，由于偏心方變圓現場制作難度較大，對其進行優化后設計了后面兩種方案;方案二的方變圓為同心，但是需傾斜安裝，還需增加圓管彎頭；方案三的同心方變圓為垂直安裝，只需現場制作方管彎頭，并且阻力小于方案二。經綜合比較，最后選擇用方案三安裝施工。

4結語

用蒸汽管式干燥技術預干燥褐煤可以滿足殼牌煤氣化裝置的生產需要，能合理有效利用資源。在確定布置方案時，應綜合考慮項目的規模和用地情況以及工藝流程等，選擇合理的布置方案。新型的聯合布置方案在經典煤氣化框架的基礎上將煤氣化和預干燥有機融合在一起，布置更加緊湊，工藝流程得到簡化，并節省了占地，降低了工程的投資本，也方便了設備吊裝、降低了施工難度。在爆炸危險區域劃分和干燥機檢修方面，兩種布置方案差別不大。管道布置的優化能更好的滿足工藝流程的要求、降低施工難度，保證裝置平穩運行。對布置方案的分析比較和優化探討可為今后類似工程提供借鑒和參考。

參考文獻

1胡毅等.引入管式干燥機預干燥Shell爐氣化原煤[J].中氮肥，2013，5(3)：16-18.

2萬永周等.褐煤脫水預干燥技術進展[J].煤炭工程，2008(8)：91-92.

(收稿日期2015-09-07)