氣化爐磨煤系統提效優化探索

尹招進

(云南天安化工有限公司，云南安寧 650309)

1 系統概況

某煤氣化裝置采用AP粉煤氣化技術，以煤為原料生產合成氣，煤氣化裝置設計生產有效氣(CO+H2)體積流量為140 000 m3/h，與之相配套的磨煤系統為3條設計質量流量為77.57 t/h的磨煤線(A、B、C)，設計為2開1備。

磨煤與干燥單元(U-1100)的主要任務是研磨和干燥煤粉，并向煤粉中加入石灰石，調整灰熔點以改變渣流動性。控制指標有：煤粉粒度(粒徑為5～90 μm的煤粉質量分數為80%，粒徑小于5 μm和粒徑大于90 μm的煤粉質量分數不大于20%)和煤粉含水質量分數(<2%)。

磨煤工藝流程見圖1。

1—布袋除塵器(S1103)；2—磨煤機(A1101)；3—粉煤貯罐(V1201A/B)；4—熱風爐(F1101)；5—循環風機(K1102)。

2 磨煤系統運行狀況

該煤氣化裝置自2008年5月對磨煤系統進行投料試車，在長期運行中，通過不斷地技術改造，逐步解決了裝置設備故障率較高、設備運轉率較低、產品質量穩定性較差等問題，運行周期及保障度有了較大的提升。但隨著運行周期的增長及國家對能耗、安全、環保等方面要求的提升，磨煤系統逐漸暴露出能耗高、勞動力投入多、設備腐蝕加劇等問題。筆者對裝置運行過程中遇到的問題及處理進行分析，為磨煤系統在有效提升能效、符合國家產業政策等方面尋找可靠的解決方法。

3 存在問題及原因分析

3.1 裝置能耗較高

該煤氣化裝置配套磨煤系統由中國五環工程有限公司設計，配套磨煤機采用北京電力總廠GM133G中速輥式磨煤機，生產線設計為2開1備，系統干燥用熱風爐直接采用自產的合成氣，其主要設備(如磨煤機及循環風機等動設備)功率較高，在高負荷情況下，如果磨煤單線不能有效滿足生產需求，不得不啟動備用線，2條磨煤線運行時成本將大幅提高。

為了得到1%～2%含水質量分數的粉煤，每條磨煤線將消耗3 000 m3/h左右的合成氣，合成氣中的大量飽和水同時帶入系統，增加循環氣體的放空量，增加了能量的消耗及損失。

3.2 雨季磨煤機入口管堵煤嚴重

自開車以來，該煤氣化裝置用煤先后采用了富源煤、貴州煤混煤，富源煤、貴州洗精煤混煤，富源煤、貴州洗精煤摻燒石油焦，富源煤、貴州洗精煤摻燒煙煤，富源煤、貴州煤摻燒煙煤等。多次大幅的原料結構調整，使用包括了青海、甘肅、陜西等不同地區、不同熱值的石油焦、煙煤、原料煤，突破了原使用煤種的局限性。通過對不同煤種在氣化爐應用中的適用性進行了深入的探索，為氣化爐用煤找到了較好的操作控制方式及經濟性配煤方式。但隨著煤種的不斷變換，原料的水分含量、粒度變化較大，特別是在雨季，經常造成磨煤機入口管的堵塞。

3.3 布袋除塵器內部腐蝕及反吹系統故障

在長期的運行過程中，因系統內含水量高、腐蝕性物質含量高，對布袋除塵器頂部蓋板等冷熱交接處設備產生了較強的腐蝕；同時，由于布袋除塵器反吹系統存在部分缺陷，導致布袋除塵器反吹壓力較低，布袋除塵器壓差升高，磨煤系統不能正常運行[1]。

3.4 氮氣消耗量高

該煤氣化裝置配套磨煤系統設計循環風體積流量為120 000 m3/h,在為原料煤干燥的過程中，系統帶有大量的飽和水；為降低循環氣露點，需要持續向系統補入空氣，使系統含氧量上升。為保證系統安全，需要向系統補入0.5 MPa、6 000 m3/h左右的氮氣，造成系統低壓氮氣消耗較高。

3.5 設備運轉率較低

該煤氣化裝置配套磨煤系統運轉設備較多，在對固體物料加工的過程中，設備磨損及設備故障率較高，單條磨煤線連續運行時間較短，特別是布袋除塵器錐部的振動篩、給料機，碎煤倉下部的給煤機、磨煤機等設備出現泄漏、故障的頻率較高，常常因為一些較小的設備問題被迫停運或造成氣化爐減負荷。

4 磨煤系統提效優化改造及運行效果

4.1 系統的優化提升改造

4.1.1 液氮洗尾氣催化燃燒技術改造

在50萬t/a合成氨生產過程中，從合成凈化系統出來的液氮洗尾氣(體積流量為30 000 m3/h，有效氣(CO+H2)體積分數為5%～13%)可燃成分含量低，引入熱風爐不能直接燃燒，導致磨煤系統循環氣CO含量高，存在較大的安全風險。通過對液氮洗尾氣催化燃燒的研究，開發了一種低熱值液氮洗尾氣催化氧化利用技術，并進行了工業化項目實施。項目實施后，一方面減少液氮洗尾氣排放體積流量1.584億m3/a，另一方面，液氮洗尾氣可燃成分燃燒后，產生大量的熱量加熱氮氣后直接供磨煤系統使用，在為系統提供熱量的同時，也為系統提供了較為充足的氮氣。通過尾氣項目的實施，退出了原熱風爐使用的2 500～3 000 m3/h的粗合成氣燃料，每天可增加18 t左右的液氨產量。同時，由于充足的氮氣加入，使低壓氮氣的加入體積流量大幅下降(可節約4 000～6 000 m3/h)，低壓氮氣僅作為反吹氣源及石灰石輸送氣源。液氮洗尾氣催化氧化燃燒作為熱源，使系統的含水量大幅下降，減少了設備的露點腐蝕。液氮洗項目流程見圖2[2]。

其次，就是是對審計數據的管理與存儲。對于采集到的原始數據下一步驟就是進行分析、篩選、剔除、數據化處理等，利用計算機數據挖掘軟件、數據處理軟件等，構建數據模型，將全部有用的信息分門別類地歸集到內部審計信息庫里，再與已有信息進行對比，修正偏差，形成有效的審計數據倉庫。

圖2 液氮洗尾氣催化工藝流程圖

4.1.2 磨煤機落煤管改造

磨煤機投運以來，由于雨季煤粉含水量高，特別是使用洗精煤、石油焦、煙煤后，原煤粒徑發生較大改變，由原來塊煤占絕大部分的原料煤，變為全由粒徑較小的粉煤組成。煤粉粒徑變小，遇水后較易結塊，原料煤含水量較高[3]。在使用過程中，原料煤與石灰石粉為同一根落煤管，兩種原料在落煤管中混合，原煤與0～3 μm的石灰石粉接觸后，會在磨煤機進料管上結成堅實的疤塊。隨著疤塊的增大，在短時間內就會導致磨煤機落煤管堵塞，造成磨煤系統停運。在雨季，通常情況下每2 h左右必須對落煤管進行清理，每個班次都會發生因落煤管堵塞而造成的磨煤線停運。落煤管堵塞后，因結塊較硬，清理困難，清理時間較長，給煤氣化生產及維護帶來較大困難。改造前磨煤機進料方式見圖3。

圖3 改造前磨煤機進料方式

通過技改，將石灰石與原煤進料進行分離，改造后的磨煤機進料方式見圖4。

圖4 改造后磨煤機進料方式

對磨煤機進料方式的具體改造為：

(1)將原石灰石管道割除。

(2)在磨煤機內旋轉分離器動葉片與靜葉片中間空隙處開孔，將石灰石加料口改至此位置，將石灰石下料管通至錐形罩上方。

(3)為防止物料沖刷，在石灰石管口與磨煤機錐形罩上部增加防磨板。

技改后杜絕了石灰石粉與煤粉在入口管的接觸，從根本上解決了磨煤機入口管的堵塞問題。

4.1.3 布袋除塵器反吹系統改造

布袋除塵器反吹系統由氮氣緩沖罐、過濾器、減壓閥、電磁閥、反吹閥、反吹管、可編程控制器(PLC)控制系統等部件組成(見圖5)[4]。

圖5 布袋除塵器反吹系統流程圖

為進一步查找反吹系統壓力低的原因，分別對系統的各個部件進行逐一檢查。對氣源箱充空氣進行檢查，發現反吹管與氣源箱連接處漏氣較大，并且漏氣點較多。對漏氣點進行了補焊，補焊后氣源壓力恢復，但運行較短時間后又再次泄漏導致氣源壓力低。為從源頭上解決此問題，決定將氣源箱與布袋箱體分離，對氣源進行整體提升改造(見圖6)。

(a)改造前

經過對布袋除塵器反吹系統的改造，布袋除塵器的故障率大幅降低。

4.1.4 合成裝置二氧化碳替代低壓氮氣改造

50萬t/a合成裝置甲醇洗凈化合成氣后產生0.2 MPa、40 000 m3/h的放空二氧化碳，現僅有部分進行利用，其余為放空。通過對該放空氣體的使用，利用現有DN150 0.42 MPa 氮氣管道(最大體積流量約2 000 m3/h)試驗二氧化碳替代低壓氮氣實驗，結果表明：二氧化碳在磨煤系統使用可有效替代低壓氮氣對石灰石進行輸送。

4.1.5 布袋除塵器底部設備技改

為使磨煤單線運行時都能很好地滿足生產的要求，對布袋除塵器底部分料設備進行改造。在埋刮板機下部增加1個液壓閥門，打開時向A倉下料，關閉時向B倉下料；同時,將埋刮板機的負荷進行了提升，滿足了單線100 t/h的生產能力，取消了原來大量的運轉設備，如每條磨煤線取消4臺旋轉給料機、4臺振動篩及擊振器。布袋除塵器下部動設備由19臺減少為3臺，大大減少了因動設備故障而造成的停車事故，提升了裝置的運行保障。

布袋除塵器4個錐的下料改造見圖7。

X1102—旋轉給料機；X1104—埋刮板機。

4.2 運行效果

AP粉煤氣化裝置磨煤系統通過使用液氮洗催化燃燒方式，減少了50萬t/a合成氨液氮洗尾氣1.584億m3/a的排放量，低熱值液氮洗尾氣催化氧化利用技術使有效氣(CO+H2)體積分數在5%～13%、氮氣體積分數在80%左右的液氮洗尾氣得到充分燃燒，在為系統提供熱量的同時，也為系統提供了較為充足的氮氣，每天可增加液氨產量18 t/d左右，減少4 000～6 000 m3/h的低壓氮氣用量。

通過將合成裝置凈化后的二氧化碳引入磨煤系統，替代部分低壓氮氣使用；同時，改變磨煤機入口管進料方式，杜絕了其堵料問題，減少了雨季清堵時的大量人員投入及堵料停車；對部分設備的提升改造，有效延長了磨煤線的運行周期。

5 結語

AP粉煤氣化裝置磨煤系統在經過不斷的技術改進后，系統能耗大幅降低，裝置運行效率大幅提升，很好地滿足了氣化爐長周期、高負荷的用煤需求；同時，對合成氨生產系統各放空氣的有效利用，減少了有害氣體排放，帶來較好的經濟及社會效益。打造了裝置在節能降耗及安全、環保等方面的核心競爭優勢，為企業的自主創新、效率提升及系統的可靠、安全、穩定運行方面打下了良好的基礎。