褐煤预干燥装置的布置方案及优化探讨

江珍珍　中国五环工程有限公司　武汉　430223



褐煤预干燥装置的布置方案及优化探讨

江珍珍*中国五环工程有限公司武汉430223

摘要以实例介绍为壳牌煤气化(SCGP)提供原料煤的褐煤预干燥装置的工艺技术方案及流程，提出一种新型的联合布置方案。从装置占地、设备配置、干燥机吊装、厂房围护及爆炸危险区域划分等方面，对传统布置方案和新型联合布置方案进行分析比较，阐述预干燥装置的管道布置特点及优化。

关键词褐煤预干燥壳牌煤气化(SCGP)设备布置管道布置

*江珍珍：工程师。2003年毕业于湖北大学化学工程与工艺专业。现主要从事化工工程项目的工艺管道设计工作。联系电话：(027)81926305，E-mail：jiangzhenzhen@cwcec.com。

我国是煤炭资源相对丰富的国家，其中褐煤储量约占14%。褐煤含有20%~50%的水分，如此高的水分不但增加了运费，而且水分直接参与燃烧和气化，热损失严重，甚至影响煤气化装置的正常运行。壳牌气化炉采用的是干煤粉进料，要求进气化炉的煤粉的水含量在2%左右，高于该值就可能出现煤粉粘连，影响煤粉流化，造成输送困难。因此在使用褐煤作为壳牌煤气化的原料时，一般需先进行褐煤预干燥处理，然后在磨煤及干燥工序中再进一步干燥，水含量合格的煤供气化炉使用[1]。

目前国内的壳牌煤气化项目引入的预干燥装置有两套，一套是内蒙古某煤制烯烃项目(已投产)，另一套是内蒙古某原料及产品结构调整项目(在建)。笔者拟以这两个项目为例，对褐煤预干燥装置的设备布置进行比较和分析探讨；结合工程实际阐述预干燥装置的管道布置特点及优化。

1预干燥工艺技术

1.1　预干燥原理

根据干燥原理的不同，常见的预干燥技术有回转圆筒干燥技术、蒸汽流化床干燥技术、蒸汽管式干燥技术等[2]。经技术方案比选，目前最适合褐煤预干燥装置的是蒸汽管式干燥技术。

蒸汽管式干燥技术最早由德国开发应用，它的核心设备为管式干燥机，其工作原理是将一定粒度的原煤粉(粒径<6.3mm)均匀分布到旋转的滚筒内部的众多干燥管中，干燥管内设螺旋状叶片，煤通过重力和螺旋叶片导流作用在干燥管内运动。在滚筒内部干燥管周围通入180℃、 0.35~ 0.4MPa(G)的过热蒸汽，通过间接热交换加热干燥管内的原煤粉，使其表面吸附的水分受热蒸发，从而达到降低水份的目的。从管式干燥机的构造可以看出，它属于非接触式低温干燥机，其设计巧妙、换热面积大、热效率高、安全性好、干燥效果佳，非常适用于高水分和高挥发分的褐煤的干燥。从已运行的装置来看，预干燥后的煤粉质量稳定，能完全满足壳牌煤气化装置的生产需要。

1.2　工艺流程

预干燥工艺流程包括原煤输送、中间贮存、进料、干燥、出料、气粉分离等部分。具体流程：破碎后的原料煤经原煤贮运系统由带式输送机送至预干燥碎煤仓，经称重由给煤机送入管式干燥机干燥管内，干燥管外部通入过热低压蒸汽，使煤粉表面吸附的水分受热蒸发。对出干燥机的煤粉进行含水量检测，合格的干煤粉(水分含量约为10~12%)经埋刮板输送机和旋转给料机送入气化干煤仓；含水量不合格的碎煤由埋刮板输送机头部排出，人工运至煤堆场。碎煤干燥过程中产生的气体和煤粉通过排风机抽至袋式过滤器，经低压氮气反吹，分离出的合格煤粉经三通阀和旋转给料机送至气化干煤仓，不合格的煤粉加水通过管道排至废浆池。分离后的气体经排风机排入大气。预干燥工艺流程见图1。

2设备布置探讨

位于内蒙古的某煤制烯烃项目和某原料及产品结构调整项目，其预干燥工艺流程基本相同，故两装置的局部设备布置有一定的相似性。两项目的不同之处在于下游煤气化装置的生产规模及气化炉的能力不同。在单台干燥机能力相同的情况下干燥机的数量差别较大，导致预干燥装置迥然不同的两种布置方式。一种是传统的布置方案，即将多台管式干燥机及配套设备集中布置于预干燥厂房；另一种是新型的联合布置方案，即将预干燥装置与煤气化装置共用一个框架布置。笔者拟以这两个项目的设备布置为例对两种布置方案进行比较和分析探讨。

图1　预干燥工艺流程

2.1　传统布置方案

内蒙古某煤制烯烃项目采用了传统的预干燥厂房布置方案。

该项目有3个煤气化框架，每个煤气化框架内有1台投煤量2700t/d的壳牌气化炉，每台气化炉需要5台(4开1备)干燥机制备粗级干燥煤粉，3套煤气化一共对应15台干燥机。由于干燥机台数较多，按照同类设备集中布置的原则，并考虑到今后操作和检修的方便，将15台干燥机集中布置在长条形的预干燥厂房内；每5台干燥机为一组，预干燥后的煤粉经埋刮板输送机和斗提机分别送至1#、2#、3#煤气化框架。传统预干燥厂房布置见图2。

图2　传统预干燥厂房布置

2.2　新型联合布置方案

内蒙古某原料及产品结构调整项目采用的是预干燥与煤气化框架的联合布置方案。该项目为1个煤气化框架，框架内有1台投煤量900t/d的新型壳牌气化炉，该气化炉需要2台(1开1备)干燥机制备粗级干燥煤粉。由于干燥机台数较少，若按照传统的预干燥厂房的布置方案，势必要配备埋刮板输送机和斗提机，且不能节省占地。按照工艺流程，经预干燥后的煤粉是送往气化框架干煤仓的，直接进料是最经济、最利于操作检修的方式。预干燥与煤气化框架的联合布置见图3，预干燥与煤气化框架的联合布置立面见图4。

2.3　两种布置方案对比分析

从以下几方面对联合布置方案与传统布置方案比较。

图3　预干燥与煤气化框架的联合布置

图4　预干燥与煤气化框架的联合布置立面

(1)两方案相比，联合布置节省占地。利用煤气化框架磨煤区域上部的空间布置预干燥装置的设备，使工艺流程更加顺畅。

(2)联合布置方案能节省埋刮板输送机和斗提机等固体物料输送设备，无需设置转运站，降低了工程的投资。

(3)关键设备干燥机的吊装对比。管式干燥机均为整体吊装，总重量约280吨。传统预干燥厂房为混凝土框架，干燥机从侧面推入框架，需设置运输滑道梁和缓装钢梁使干燥机就位，吊装较困难。联合布置中干燥机与气化炉支撑在混凝土楼面上，上部钢结构可缓安装，利用吊气化炉的大吊车从框架顶部放下就位，降低了吊装难度，节省了吊装时间。

(4)厂房围护情况对比。两项目均位于内蒙，冬季极端严寒。为防止含水量高的褐煤冻结，需对厂房采取防风采暖措施。传统预干燥厂房为四面围护厂房(袋滤器顶部区域除外)。联合布置框架仅对预干燥区域进行围护。

(5)爆炸危险区域划分对比。一般由电气专业依据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB 50058和《可燃性粉尘用电气设备》GB 12476.3-2007对装置进行爆炸危险区域的划分。传统预干燥厂房的易燃易爆物质比较单一，为褐煤粉，仅考虑粉尘防爆；联合布置框架中易燃易爆物质除了褐煤粉外，还有合成气(CO，H2)等爆炸危险气体，同时存在气体和粉尘爆炸危险，但由于预干燥区域进行了围护，将气体爆炸危险区域隔离在预干燥布置区域之外，因此预干燥区域仍然只需考虑粉尘爆炸危险。

(6)管式干燥机的检修对比。两项目检修方式基本相同，都是在管式干燥机上层梁底设置2条检修轨道，用于拆卸大盖及检修干燥管。目前暂不考虑整机移走检修。厂家对整机检修提出了一个初步的构思，即在数台干燥机底部设计可移动的托座或利用设备上方的结构梁做吊点，但是由于实际情况的约束，实现起来存在诸多困难，是今后可优化之处。

3管道布置特点及优化

3.1　优先进行大口径和热应力管道的布置规划

布置首先宜结合袋式过滤器的尺寸合理定位设备，大口径和热应力管道优先排布。必要时可协调厂家略微调整袋式过滤器内部滤袋的排布方式，使袋式过滤器的外形尺寸满足布置要求。

3.2　与动设备连接的管道采用膨胀节

与动设备连接的管道或者上下直连的设备之间的管道，例如与称重给煤机、旋转给料机、风机等动设备连接的管道采用膨胀节，以保证设备和管道的运行安全。

3.3　干燥机出口气粉管道的优化

干燥机气粉出口为5008×2728的长方形管口，需经方变圆、弯头等管件变为DN1000的管道，并上穿一层楼面。干燥机气粉出口管道布置有三种布置方案，见图5。

图5　干燥机气粉出口管道布置

方案一为初始设计方案，由于偏心方变圆现场制作难度较大，对其进行优化后设计了后面两种方案;方案二的方变圆为同心，但是需倾斜安装，还需增加圆管弯头；方案三的同心方变圆为垂直安装，只需现场制作方管弯头，并且阻力小于方案二。经综合比较，最后选择用方案三安装施工。

4结语

用蒸汽管式干燥技术预干燥褐煤可以满足壳牌煤气化装置的生产需要，能合理有效利用资源。在确定布置方案时，应综合考虑项目的规模和用地情况以及工艺流程等，选择合理的布置方案。新型的联合布置方案在经典煤气化框架的基础上将煤气化和预干燥有机融合在一起，布置更加紧凑，工艺流程得到简化，并节省了占地，降低了工程的投资本，也方便了设备吊装、降低了施工难度。在爆炸危险区域划分和干燥机检修方面，两种布置方案差别不大。管道布置的优化能更好的满足工艺流程的要求、降低施工难度，保证装置平稳运行。对布置方案的分析比较和优化探讨可为今后类似工程提供借鉴和参考。

参考文献

1胡毅等.引入管式干燥机预干燥Shell炉气化原煤[J].中氮肥，2013，5(3)：16-18.

2万永周等.褐煤脱水预干燥技术进展[J].煤炭工程，2008(8)：91-92.

(收稿日期2015-09-07)