與循環流化床配套的干法排渣技術

肖紅 樊崇（東華工程科技股份有限公司 義馬煤業綜能新能源有限責任公司）

與循環流化床配套的干法排渣技術

肖紅 樊崇（東華工程科技股份有限公司 義馬煤業綜能新能源有限責任公司）

介紹了與循環流化床氣化技術配套的干法排渣技術，屬于新能源利用技術領域。為實現循環流化床氣化工藝的干法排渣要求，高溫高壓的灰渣，通過水夾套鎖斗、冷卻系統等措施來減溫減壓，最終干渣通過皮帶外排，實現干法排渣。

干法排渣;循環流化床氣化;鎖斗;旋轉閥;夾套

我國煤炭資源豐富，石油資源相對短缺，大力發展新一代煤化工產業，以煤代油是我國技術經濟發展過程中必須采取的一項措施，新一代煤化工的主要特點就是煤的潔凈利用和劣質煤的綜合利用。

義馬煤業綜能新能源有限責任公司煤制氣項目，氣化技術選擇U-gas氣化技術，氣化采用義馬長焰煤，技術來自于美國綜合能源系統有限公司（“SES”），是美國氣化技術研究院（GTI）研究開發成功的氣化爐。氣化爐操作壓力為1.0MPaG，操作溫度1000℃，項目建設地點為義馬馬莊工業園區，產品方案為甲醇。它具有煤種適應廣（高水、高灰和高灰熔點的各類煤種，且不用塊煤，用≤8mm的粉煤），氣化爐溫度適中（1000℃），碳轉化率高（98%），產品煤氣中不含焦油和酚，污水易于處理，氣化爐結構簡單，操作控制方便可靠，操作彈性大，干法排渣，節水環保等優點。

1 設計條件

氣化后產生的渣采用固態排渣技術，排渣采用干法排渣，氣化爐出口的灰渣由于高溫、高壓、磨損等特點，導致采用干法排渣技術存在較多問題需要解決，主要體現在：

(1)灰渣的溫度為800～1000℃，壓力為1.0Mpa，超出大多數鋼材的最高許用溫度，選材困難；

(2)灰渣為固體粉料，對設備和閥門會產生磨損、易堵等情況；

(3)灰渣的磨損、易堵等特性導致灰渣的物位測量難度大；

(4)灰渣來自氣化爐底部出口，排渣會影響氣化爐內的料位；

由于灰渣溫度高，降溫不能采用循環水，否則會產生結垢；

2 設計方案選擇

干法排渣工段，需要將高溫、高壓的灰渣降壓到常壓，降溫到100℃以內，滿足汽車外運條件。

干法排渣技術，包括旋轉排渣閥、帶壓緩沖斗、鎖斗、渣鎖過濾器、常壓緩沖斗、冷渣機、輸送帶、渣庫等設備，具體包括如下步驟：

(1)連續排渣

為滿足連續排渣的要求，設置高溫高壓旋轉排渣閥，此排渣閥采用高溫合金鋼復合材料和主體水夾套冷卻結構，滿足設備長周期運行；采用多種防卡料措施，防止設備過載與自我保護；采用變頻電機，對速度、溫度、壓力、流量實時監測，與控制系統聯鎖；設備進出口的工作壓力和軸氣封的工作壓力同步升降。

(2)降壓

氣化爐出口灰渣壓力為爐內壓力，在降溫前先降壓，通過鎖斗充卸壓進行減壓。降壓系統包括帶壓緩沖斗、鎖斗、常壓緩沖斗、渣鎖過濾器。從旋轉排渣閥排出來的高溫高壓灰渣源源不斷因重力落入帶壓緩沖斗，帶壓緩沖斗與旋轉排渣閥為直連，中間沒有設置閥門，保證旋轉排渣閥排出的灰渣直接落入帶壓緩沖斗，正常操作下，帶壓緩沖斗沒有動作要求，均為高壓收料狀態。

(3)降溫

常壓緩沖斗的灰渣依靠重力進入冷渣機，通過脫鹽水冷卻，把灰渣的溫度降至100℃以內。

(4)輸送

冷卻降壓后的灰渣落入帶式輸送機，通過皮帶和斗提等設備輸送到渣庫，最終汽車外運。考慮到灰渣的磨損，渣庫內部襯有耐磨材料。

(5)自動控制程序

干法排渣系統由自動控制程序控制，無需操作人員進行人為操作。控制程序的順控模式為：

帶壓緩沖斗充壓→常壓緩沖斗準備→帶壓緩沖斗進料→鎖斗反吹→鎖斗充壓→鎖斗收渣→鎖斗卸壓→鎖斗排渣

3 工藝流程選擇

每臺氣化爐對應兩條排渣線，高溫聯鎖閥進行切換。800～1000℃的高溫高壓灰渣出氣化爐后進入旋轉排渣閥，旋轉排渣閥通過變頻電機控制，根據氣化爐的負荷調整排渣的速度，保持氣化爐內床層料位的穩定。旋轉排渣閥通過脫鹽水冷卻，CO2氣體密封，以緩解操作工況的惡劣。旋轉排渣閥和高溫聯鎖閥、帶壓緩沖斗之間用水夾套管道連接。帶壓緩沖斗的壓力和氣化爐壓力保持一致，旋轉排渣閥排出的灰渣靠重力不斷落入帶壓緩沖斗。灰渣的壓力通過鎖斗充卸壓來泄放，鎖斗進出口設置有鎖斗閥，正常操作時用CO2進行充壓，鎖斗和帶壓緩沖斗之間設有平衡管線，壓力平衡后，帶壓緩沖斗可排渣至鎖斗。鎖斗收渣程控時間到達后，關閉入口閥，鎖斗卸壓，泄放氣通過渣鎖過濾器過濾后排放。卸壓后，鎖斗出口閥打開，排放灰渣至常壓緩沖斗。鎖斗排渣后在鎖斗充壓前，對渣鎖過濾器進行反吹。如此，鎖斗一個循環完成。常壓緩沖斗排出的灰渣靠重力不斷落入冷渣機，冷渣機將灰渣冷卻至100℃以內，冷卻后的灰渣通過帶式輸送機、斗提等設備輸送至渣庫，汽車外運。

4 現場運行

在義馬該套排渣系統自2013年運行以來，最大排渣量達到25噸/小時，排渣溫度自1000℃降溫到100℃以下，排渣套管、鎖斗閥、鎖斗都能夠適應高溫高壓下的沖刷磨損，采用的射線測量料位也能夠很好地反映料層高度，但因渣中含有大塊渣，易于卡堵旋轉排渣閥，后改用耐高溫的滑板閥來調節排渣量，很好的解決了該問題。整個排渣系統能夠滿足生產運行的需要，為高溫高壓下的固體顆粒干法排渣提供了一條新的解決方案。

5 結語

與循環流化床氣化技術配套的干法排渣技術，關鍵在于滿足長周期連續穩定運行的需求，合適的設備、流程配置、儀表控制等是決定運行周期的決定因素。義馬項目現場操作運行平穩，標志著循環流化床干法排渣連續穩定運行的實現。由于干法排渣的環保效應，將會在國內得到越來越廣泛的應用。

肖紅：女（1979-）年出生。畢業于四川大學化工學院，高級工程師，現工作于東華工程科技股份有限公司工藝室。