關于G E水煤漿氣化技術優化的探討

翟霆鈞

（神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古包頭 014010）

關于G E水煤漿氣化技術優化的探討

翟霆鈞

（神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古包頭 014010）

根據已經投產的GE水煤漿氣化裝置生產運行狀況遇到的問題，對橡膠水平帶式真空過濾機進行分析，提出優化方案。通過分析，認為可將臥式螺旋離心過濾機替換濾布式真空過濾機，以此降低過濾機生產過程中的使用成本及維修工作量。

水煤漿；氣化；結構；原理

神華包頭煤化工180萬t/a煤制烯烴項目采用GE水煤漿氣化工藝技術。該工藝主要目的是在一定溫度和壓力下將水煤漿和氧氣在氣化爐內充分燃燒反應，產出下游裝置需要的合格原料氣。整個裝置包括水煤漿制備單元、氣化單元、渣水處理單元、公用工程單元四部分組成。采用5臺DU型橡膠水平帶式真空過濾機，兩開三備。

龍宇煤化工是河南能源化工集團永煤公司的控股子公司，生產能力主要包括一期年產50萬t甲醇、20萬t二甲醚和二期年產40萬t醋酸、20萬t乙二醇項目。一期項目氣化技術采用一套日投煤量2 200t級殼牌粉煤加壓上行廢鍋流程氣化工藝，采用有兩臺臥式螺旋離心過濾機，一開一備。二期項目氣化技術采用兩套日投煤1 240t五環粉煤上行激冷流程氣化爐，采用四臺臥式螺旋離心過濾機，兩開兩備。

GE水煤漿氣化技術采用下行激冷的方式冷卻合成氣，產生的粗渣和細灰的比率通常維持在7∶3的范圍。殼牌上行粉煤廢鍋氣化流程，合成氣從氣化爐燃燒室上部出去，經低溫合成氣激冷后送飛灰過濾器（陶瓷過濾罐）將大部分飛灰過濾掉，后去往文丘里及洗滌塔洗滌。燃燒室的粗渣從下部進入激冷室激冷。由于飛灰過濾器過濾掉大部分細灰，該工藝黑水中細灰含量低，渣灰比保持在7∶3，與水煤漿氣化爐相近。

渣水處理單元是GE水煤漿及干煤粉加壓輸送氣化技術中一個重要單元，該單元主要處理氣化爐和合成氣洗滌塔排放的黑水。排出的黑水經過多級閃蒸、澄清、過濾處理后、做為氣化裝置的工藝水循環利用。過濾機做為黑水過濾環節一個關鍵設備，主要用于對沉降槽內添加絮凝劑后的較高濃度黑水進行固液分離，過濾后的濾液回收利用，濾餅送出界區。

1 過濾機結構及原理簡介

1.1 DU型橡膠水平帶式真空過濾機

DU型橡膠水平帶式真空過濾機是一種固液分離設備，在水煤漿氣化工藝的渣水處理單元用來處理沉降槽底部含固5%～20%的黑水。此類型過濾機由機架組件、濾布糾偏裝置、壓布輥、布料裝置、立輥、隔板裝置、真空裝置、濾布洗滌再生裝置、橡膠帶、濾布、驅動輥組件、從動輥組件、驅動裝置、濾餅淋洗裝置、濾布張緊裝置、卸料裝置、各類托輥、排氣罩、氣水分離器等組成[1]。環形膠水平帶主要由電機經減速后的驅動頭輪帶動連續運行，濾布鋪敷在膠帶上與之同步運行，膠帶與真空盒滑動接觸（真空室與膠帶間有環形磨擦帶并通入水形成水密封），當真空盒接通真空系統時，在膠帶上形成真空抽濾區，料漿由布料器均勻地布在濾布上，在真空的作用下，濾液穿過濾布經膠帶上的橫溝槽匯總并由小孔進入真空室，固體顆粒被截留而形成濾餅，進入真空的液體經氣液分離器排出，最終實現固液分離[2]。

1.2 臥式螺旋離心過濾機

臥式螺旋離心式過濾機結構比較復雜，主要由轉鼓、螺旋推進器、差速器、溢流擋板、軸承及軸承座、機座、進料和排澄系統、驅動系統、控制系統等組成，其中轉鼓、螺旋推進器和差速器是最關鍵的部件。此類離心式過濾機是一種臥式螺旋卸料、連續操作的沉降設備。離心式過濾機工作原理：轉鼓與螺旋以一定差速同向高速旋轉，物料由進料管連續引入輸料螺旋內筒，加速后進入轉鼓，在離心力場作用下，較重的固相物沉積在轉鼓壁上形成沉渣層。輸料螺旋將沉積的固相物連續不斷地推至轉鼓錐端，經排渣口排出機外。較輕的液相物則形成內層液環，由轉鼓大端溢流口連續溢出轉鼓，經排液口排出機外。該機能在全速運轉下，連續進料、分離、洗滌和卸料。

2 過濾機技術參數及使用情況對比分析

以神華包頭煤化工有限責任公司氣化裝置使用的DU型橡膠水平帶式真空過濾機為例，最初配置為3臺13m3（有效過濾面積）膠帶式真空過濾機，后因處理能力不足增設2臺同類型有效過濾面積為36m3的膠帶式真空過濾。臥式螺旋離心過濾機以河南龍宇使用的過濾機為例，其一期配置兩臺臥式螺旋離心過濾機，一開一備。

1）龍宇煤化工一期采用日投煤量2 200t級殼牌粉煤加壓上行廢鍋流程氣化工藝，該流程合成氣從氣化爐燃燒室上部出去，經低溫合成氣激冷后送飛灰過濾器（陶瓷過濾罐）將大部分飛灰過濾掉，后送文丘里及洗滌塔洗滌。燃燒室的粗渣從下部進入激冷室激冷。工藝產生黑水中渣含量低，渣灰比保持在7∶3的比例范圍，與神華包頭水煤漿氣化爐相近。

在水煤漿氣化工藝中真空過濾機固相出料含水量能達到50%～55%，但由于粉煤氣化產生的細渣粒度非常細，在使用過程中真空過濾機濾布堵塞嚴重更換頻繁，不能穩定運行，細渣水含量大于65%。臥式螺旋離心過濾機固相出料分為兩種情況：第一種情況是在臥螺離心機的進料管線投用一定量的絮凝劑，分離效果能到達48%的含水量（絮凝劑配置濃度萬分之二，與物料投用比例為1∶10）；第二種情況不添加絮凝劑，固相出料含水量在55%～60%。

2）一臺過濾面積36m2的真空過濾機占地面積約200m2，一臺LW650的臥螺離心機的占地面積約為25m2，且安裝方便無需混凝土基礎。三臺臥螺離心機（兩開一備）占地面積僅為一臺真空過濾機的1/2。

3）單套真空過濾機需使用10t/h的脫鹽水，臥螺離心機在正常運行時無需使用沖洗水，如設備出現卡料造成震動較大的情況，工藝將進料切死通水對泵內件進行沖洗。沖洗時離心機繼續轉動，沖洗結束后切回進料，震動消除即可繼續使用。沖洗水用量為3t/h，單次沖洗時間15～20min。如投用絮凝劑每小時耗水5.5t。

4）真空過濾機的濾布壽命比較短，平均壽命在35～40d，一年需更換9次，每床濾布按2萬元計。離心過濾機在其螺旋、轉股處都安裝了耐磨塊、耐磨條，耐磨性得到了較好的解決。運行兩年時間，只有一次因螺旋鍵槽損壞返廠維修，有幾次軸承溫度高維修處理，暫時還沒有出現因為磨損嚴重進行大修或返廠維修的情況，檢維修工作量相對較小，偶爾有螺旋黏渣震動增大，有震動監測系統檢測。如出現震動較大情況，工藝將進料切死通水對泵內件進行沖洗。沖洗時離心機繼續轉動，沖洗結束后切回進料，震動消除即可繼續使用。如震動依舊存在，則需拆開大蓋人工進行內件清理，大蓋拆裝簡易方便。

5）真空過濾機為敞開式結構，若沉降槽底流泵泵送物料溫度較高，北方地區冬季過濾機廠房工作現場彌漫著霧氣，工作環境較差；臥螺離心機在密閉條件下工作，現場工作環境整潔，使整個細渣過濾單元衛生得到大幅改善。

6）一套真空過濾機含主機額定功率15kW，所用真空泵的額定功率為 115kW，按工業用電每度0.53元計算，單臺真空過濾機滿負荷運行一天需1 654元，按360d計一年耗電花費 59.5萬元；臥螺離心機配有主、輔電機，主電機額定功率90kW，輔電機額定功率45kW。輔電機工作工程中不耗電，主電機之所以配置功率較大是因為臥螺離心機轉動慣量大，啟動需要功率較大，正常運行中功率稍大一些也能提高對物料濃度、流量等工況波動的適用性。實際消耗功率低于50kW，按兩臺在線運行一年（360d計）用電量花費約46萬元。

3 總結

1）從使用經濟性來分析，盡管臥螺離心機需添加適量絮凝劑，但總體運行費用仍低于真空過濾機。因水煤漿氣化工藝相較于粉煤氣化工藝其細渣粒度較大，在實際運行臥式螺旋離心過濾機時可能不需添加絮凝劑仍能達到預期的脫水效果，這樣臥式螺旋離心過濾機年均節省費用約63.1萬元。

2）真空過濾機在運行時經常會出現濾布跑偏、膠帶跑偏、糾偏系統不工作、分液罐故障等狀況，造成檢維修工作量較大。臥螺離心機的耐磨材質提高了其耐磨性能，檢修次數非常少。且設置在線沖洗功能，處理設備故障更為簡便。

3）臥式螺旋離心過濾機固相出料含水率與細渣的粒度有關，細渣粒度越細，水含量會相應的增大。渣的粒度粗細與氣化選擇的工藝有關，水煤漿氣化工藝細渣的粒度較粗，若配置臥式螺旋離心過濾機其固相出料含水率應低于橡膠水平帶式真空過濾機，同時低于應用在粉煤氣化工藝中的臥式螺旋離心過濾機。

[1] 鮑金源，商志剛，王秉貞.GE水煤漿氣化裝置黑漿過濾系統技術改造[J].山東化工，2015，44（13）：82-84.

[2] 李蓉，蘇德林，黃斌，等.GSP 氣化裝置過濾機運行問題分析及操作優化[J].廣州化工，2016，44（13）：152-154.

[3] 劉振峰，李磊.無螺離心機在煤氣化水處理中的試驗研究[J].化肥設計，2016，54（4）：5-7.

D i s c u s s i o n o n O p t i mi z a t i o n o f G e C o a l-Wa t e r S l u r r y G a s i f i c a t i o n T e c h n o l o g y

Zhai Ting-jun

According to the problems encountered in the production and operation of GE coal-water slurry gasif i cation plant，the rubber level belt vacuum fi lter is analyzed and the optimization scheme is put forward.Through the analysis，that can be horizontal spiral centrifugal fi lter to replace the fi lter-type vacuum fi lter.In order to reduce the use of fi lter production costs and maintenance work.

coal-water slurry；gasif i cation；structure；principle

TP273

A

1003-6490（2017）08-0016-02

2017-06-09

翟霆鈞（1985—），男，內蒙古包頭人，助理工程師，主要從事氣化操作工作。