煤氣化粗渣脫水工藝設計及實施

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(新疆天智辰業化工有限公司， 新疆 石河子 832016)

我國煤氣化裝置普遍分布于東北、西北等多個省市[1]，液態排渣氣化爐廣泛應用于煤化工企業，提高了煤炭的利用效率，減少了污染物的排放量，但是氣化后產生的固體廢物對生態環境存在一定的負面影響[2]，煤氣化灰渣是煤化工生產過程中固體廢物的主要來源，大量的堆儲不僅嚴重占用土地面積，并且嚴重影響環境[3]。隨著環保意識的逐漸增強，廢渣作為一種資源備受人們關注，主要應用于建筑等領域。尹洪峰等[4]研究表明，氣化爐渣可制密度較低、保溫隔熱的墻體材料。Acosta 等[5]研究表明氣化爐渣可以作為原料生產玻璃、陶瓷材料等。高繼光[6]、李剛健[7]燃燒后的低碳爐渣可以作為建材、道路橋梁的摻混原料。

新疆天智辰業化工有限公司有2臺6.5MPa水冷壁氣化爐。氣化爐所排出的粗渣進入渣池，經撈渣機撈出送至渣車，粗渣含水量高達60%，車輛拉渣現場環境惡劣，員工勞動強度大，在運輸過程中，渣車內的渣水不斷滲漏至運輸公路，對環境造成極大的損害。同時因灰水流失，氣化系統中還需補入大量的一次水來維持系統中的水平衡，造成水資源浪費。

因此，新疆天業集團在循環經濟發展戰略中提出將氣化爐產生的粗渣送至水泥廠制水泥，但因粗渣含水量較高，需晾曬后才能使用，占用了大量土地，且利用率低。為使粗渣資源合理利用，促進循環經濟發展，公司決定對氣化粗渣進行脫水工藝設計并施工。

1 現有工藝技術路線比選

目前，大部分廠家采用晾曬法和沉降法進行粗渣脫水，建一個大的沉渣池并將其劃分為4個區域，氣化爐產生的粗渣通至第1個池子，經過一段時間的沉降，將底部沉積的粗渣用抓斗抓出至第2個池子中，再經過一段時間的沉降，依次進入第3、第4個池子，再將第4個池子中的粗渣用抓斗抓至渣車。該方法浪費時間，占地面積較大，且第4個池子的粗渣含水量依然較高，造成現場環境惡劣，氣味難聞。

回轉干燥技術采用600～900℃的熱風干燥，需要大型鼓風機、回轉窯、空氣加熱設備、熱渣冷卻器等大型設備，投資較大。需要大量的燃料氣或者蒸汽去加熱空氣，使水分蒸發，熱渣的冷卻系統利用循環水降溫，廠區需要很大的循環水處理能力，因此能耗較高，尤其在新疆水資源缺乏的條件下，蒸汽、水成本較高，設備數量多、占地面積大，現場難以布置，維護、維修困難。

為解決現有技術存在粗渣含水量高、環境惡劣、水資源浪費等問題，結合現場實際情況，需設計一種工藝簡單、操作方便、能耗低、成本低、占地面積小、運行穩定的裝置，以實現煤氣化粗渣脫水高效回收利用。

2 工藝設計

2.1 粗渣的形成及性質

煤氣化粗渣是煤在經歷高溫、高壓等一系列氣化過程后，煤中不可燃燒的的灰分和部分沒有完全反應的碳顆粒在高溫下形成熔渣，熔渣經渣口、下降管進入激冷室，在激冷室冷卻后形成固態小顆粒，經破碎機、鎖斗系統定期排入渣池，再由撈渣機撈出送出界區。

粗渣為灰黑色固體顆粒，化學組分以 SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 為主。工業分析數據為灰分(Aad)約88%，內水(Mad)較低約1%，揮發分(Vad)1.5%，固定碳(FCad)8.5%，但由撈渣機直接撈出的粗渣含水(Mar)量高達60%。

2.2 工藝設計要求

(1)煤氣化粗渣產量58t/h(濕基)，設計一條進料量為80t/h的粗渣脫水工藝路線。

(2)將粗渣含水量由60%降低至10%，由渣車送出界區。

(3)結合現有裝置，使灰水回收至系統循環利用。

(4)系統安裝場地有限，其在氣化裝置的南面。

2.3 工藝流程設計

因含水量較高，粗渣需兩步脫水，第一步將粗渣中的水脫除到30%以下，第二步將粗渣中的水脫除到10%以下，整個流程包括粗渣一次脫水、粗渣二次脫水、灰水回收3部分。其中粗渣一次脫水部分包括高頻固液篩分分離裝置、皮帶輸送機、粗渣緩沖倉；粗渣二次脫水部分包括稱重給料機、離心脫水裝置、高頻母液篩分分離裝置；灰水回收部分包括沖洗水、灰水回收管道、母液水收集漏斗。

撈渣機撈出的粗渣經下料斗進入高頻固液篩分分離裝置，將粗渣水含量由60%脫至30%，含水30%的粗渣經皮帶輸送機送至粗渣緩沖倉的進口，粗渣緩沖倉內的粗渣經稱重給料機輸送至離心脫水裝置，脫水后含水10%的粗渣由渣車送出界區。離心脫水后的母液送至高頻母液篩分分離裝置，以降低灰水中的灰渣含量，經高頻母液篩分分離裝置后含水10%的粗渣由渣車送出界區。在高頻固液篩分分離裝置、高頻母液篩分分離裝置和離心脫水裝置上均設有沖洗水；高頻固液篩分分離裝置的灰水出口和高頻母液篩分分離裝置的灰水出口均連接各自的母液水收集漏斗，經管道匯合連接至后續灰水處理系統。其工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程注：1—高頻固液篩分分離裝置；2—皮帶輸送機；3—粗渣緩沖倉；4—稱重給料機；5—離心脫水裝置；6—高頻母液篩分分離裝置；7—母液水收集漏斗；8—倉壁振動器；a—含水60%的粗渣；b—沖洗水；c—灰水；d—含水10%的粗渣至渣車

2.4 設備及工藝設計特點

設備及工藝設計特點：①因粗渣含水量較高，脫水分兩步進行；②高頻固液篩分分離裝置的內部采用分級內部篩網，篩網采用條篩，且篩網采用耐磨材質，并預留篩網沖洗口；③在粗渣緩沖倉的內部襯有耐磨材質，為防止架橋，在倉壁配有振動器；④離心脫水裝置進口內壁呈大錐面，加有雙螺旋，實現強制給料，溜槽，殼體需采用耐磨、耐腐蝕材質；⑤高頻母液篩分分離裝置采用雙層篩網設計，篩網孔徑小于等于40目，材質采用耐磨、耐腐蝕材質，設備要預留篩網沖洗口；⑥灰水回收部分在高頻母液篩分分離裝置和高頻固液篩分分離裝置均設有母液水收集漏斗，利用位差，灰水可自流至灰水處理裝置；⑦設備布置在防爆區域，操作柜和驅動電機必須防爆設計。

3 系統運行效果及效益

裝置建成后試運行期間效果較好，撈渣機撈出的粗渣含水量由60%降低至10%以下，粗渣處理量1 440t/d(濕基)，回收水量約816t/d，渣車數量由每天的27車降低至12車，運輸費用大幅度降低。

4 結語

煤氣化粗渣脫水項目的實施不僅有效解決了環境問題，還創造了良好的經濟效益，使水資源合理化利用，粗渣在運輸過程中，有效解決了運輸道路上的環境問題，在送至水泥廠后，粗渣無需長時間地堆積和晾曬，大大縮短了粗渣循環利用的時間。在生產過程中實現粗渣脫水自動化控制，降低人員勞動強度，對發展循環經濟具有重要的指導作用。