粉煤氣化設備布置及管道設計淺談

賴德海

摘要：介紹了粉煤氣化相關設備布置和管道設計，包括粉煤給料及氣化框架設備布置、重要管線的設計。

關鍵詞：粉煤氣化；粉煤氣化設備布置；管線配管

隨著社會經濟的發展，對能源的需求日益增加。我國煤炭資源相對豐富，通過發展煤化工，可替代石油化工產品的生產，在一定程度上緩解了石油資源日益減少的局面。煤氣化在煤化工中占有重要地位，其生成的合成氣是合成液體燃料、化工原料等多種產品的原料，氣化單元運行的好壞直接影響到下游單元。煤氣化技術分為粉煤氣化與水煤漿氣化，既有相同之處，又有所區別，本文主要針對粉煤氣化進行介紹。

一、粉煤氣化工藝簡介

粉煤在氣體壓力下被送到氣化爐燒嘴，進入氣化爐的反應室。粉煤的氣化過程是粉煤在高溫下的多相熱化學反應過程，反應過程非常復雜，可能進行的化學反應主要有以下幾種：

（1）粉煤的干燥、裂解及揮發物的燃燒氣化

CmHn+（m+n）O2=mCO2+（n/2）H2O

CmHn+（m/2）O2=mCO+（n/2）H2

2CO+O2=2CO2

2H2+O2=2H20

CH4+2O2=2H20+CO2

（2）固體顆粒與氣化劑（氧氣、水蒸氣）間的反應。

（3）生成的氣體與固體顆粒間的反應。

（4）反應生成的氣體彼此間的反應。

碳燃燒是一個放熱反應，它為氣化爐中的吸熱反應提供了熱源。生成的粗合成氣經過初步洗滌被送到變換單元。

二、粉煤給料及氣化框架設備布置

粉煤及給料氣化框架的特點是層數多、框架高，采用框架布置方式，通常框架下部為混凝土結構，上部為鋼結構，視建設現場氣候條件框架采用敞開式或進行部分圍護。為滿足安全及日常巡檢要求，設置相應的樓梯通道及電梯。

（1）粉煤給料設備為垂直串行布置，自上而下依次為粉煤貯罐過濾器、粉煤貯罐、粉煤鎖斗、粉煤給料罐。在進行設備布置時，從最下部的粉煤給料罐開始，粉煤給料罐有上出料和下出料兩種方式，對于下出料的情況粉煤給料管線從粉煤給料罐的出料口先向下再折向上去氣化爐燒嘴，要充分考慮粉煤給料管線的布置，粉煤給料管線的的彎曲半徑一般不小于30D（D為粉煤給料管線公稱直徑）。在布置粉煤鎖斗、粉煤貯罐的時候，要著重考慮重力流管線布置要求，重力流管線與水平面之間的夾角不小于70°，在兩個鎖斗對應一個給料罐配置的情況下，更要充分考慮重力流管線的布置，同時要考慮管線上的閥門及其他管件的空間要求。粉煤給料設備所處框架高度一般近100米左右，在綜合考慮各種因素的前提下，降低設備的布置高度，降低框架高度，節省建造成本，加快建設進度。降低框架高度可以采取優化設備參數的方法，在滿足工藝要求及設備設計的前提下，改變長徑比，盡量縮短設備的高度。

（2）氣化設備布置主要是氣化爐、渣鎖斗以及撈渣機等的布置，從上至下依次為氣化爐、渣鎖斗、撈渣機。核心設備氣化爐布置在混凝土框架最頂層，氣化爐支撐標高的確定，除了考慮為下面的渣鎖斗和撈渣機預留足夠安裝空間外，還要結合閃蒸框架的布置，滿足工藝上氣化爐黑水出口與高壓閃蒸罐之間的高差要求。氣化爐頂部設置吊裝系統，用于燒嘴及氣化爐的維修。在布置破渣機拖車軌道時，鑒于拖車的升降范圍有限，在確定軌道所在框架層標高時盡量準確。渣鎖斗支耳下方設有座簧，高度1米左右。上封頭上設有吊簧，生根在渣鎖斗頂部框架平臺下方，起穩定鎖斗的作用，同時考慮渣鎖斗進出口鎖渣閥的布置，這些因素均影響渣鎖斗的布置。撈渣機渣池部分有地上和地下兩種設計形式，目前一般采用地上形式。撈渣機渣池頂與其頂部框架平臺下方要留夠維修空間。

三、粉煤氣化主要管道設計

在粉煤給料及氣化單元的配管中，存在氣固管線、液固管線、重力流管線、燒嘴管線以及附氣化爐管線等諸多工況及場合，在進行這部分管線的配管時，針對每類管線的特點進行配管，使其滿足工藝要求及安全的需要。

（一）粉煤給料管線設計

粉煤給料管線是利用氣體壓力將煤粉從粉煤給料罐輸送到氣化爐燒嘴，在進行這部分管線配管時，為了保證輸送平穩、減少對管道內壁的磨蝕，在拐彎處需要采用大半徑彎管（一般要求不小于30D），同一粉煤給料罐上的幾路粉煤給料管線盡量做到對稱、走向相近，靠近燒嘴部分，考慮燒嘴維修需要拆卸，設置可拆卸管段。

（二）黑水管線設計

氣化爐下部的黑水管線，屬于液固管線。由于存在大量的灰渣，在流動過程中會對管道內壁產生磨蝕，另外，在分支處容易發生堵塞。在進行這部分管線配管時，盡量使管線簡潔、少拐彎，在拐彎處采用大半徑彎頭（一般要求5D），分支上的閥門靠近主管根部布置，放凈管管徑不宜過小（一般最小DN25）。為了解決堵塞問題，可以將彎頭結構改為三通加盲板，在管段上隔一定距離加裝沖洗水接頭。

（三）渣鎖斗沖洗水管線設計

渣鎖斗沖洗水管線連接渣鎖斗與渣鎖斗沖洗水緩沖罐，屬于重力流管線，在配這跟管線時盡量少用彎頭（最多應用1～2個），由于在沖洗時產生較大的振動，做管架時考慮必要的防振及加固措施。

（四）連接氣化爐體管線設計

氣化爐內的反應溫度一般在1300℃以上，在投產之前要進行烘爐，隨著烘爐溫度的升高，氣化爐體不斷熱膨脹，支耳以上部分管口向上位移，與之相連管線也發生相應位移，比如燒嘴管線、水冷壁管線以及燒嘴冷卻水管線等，在配這部分管線時，要充分考慮爐體熱膨脹的影響，采取合理措施比如自然補償、設置彈簧支架等來克服位移的影響。

四、結論

在粉煤給料及氣化設備布置與配管設計過程中，要針對工藝系統特點，綜合考慮各種因素，在保證安全、滿足工藝要求的前提下，做到系統經濟、高效。

參考文獻：

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