关于多套粉煤气化装置设备布置的分析

罗 涛，鲁承明，彭 书，张占元

(航天长征化学工程股份有限公司 北京 101111)



关于多套粉煤气化装置设备布置的分析

罗 涛，鲁承明，彭 书，张占元

(航天长征化学工程股份有限公司 北京 101111)

随着现代煤化工的发展，粉煤气化装置不断向大型化发展，但由于单台气化炉处理能力的限制，目前都采用多台气化炉并联运行的方式来满足市场需求。以某采用4套航天炉粉煤加压气化装置的1 200 kt/a合成氨项目为例，对多套粉煤气化装置并联运行的设备布置进行了分析。4套粉煤气化装置的设备布置可采用联合框架并联布置方案，也可采用独立磨煤框架的布置方案，方案的取舍需因地制宜。

粉煤气化 设备布置 联合框架 独立磨煤框架

我国是一个多煤少油贫气的国家，30多年来我国在煤化工技术上不断探索，煤气化技术得到了快速发展。传统煤化工主要应用于生产合成氨和甲醇，新型煤化工已逐渐应用于煤制烯烃、煤制油和煤制天然气等领域。随着市场需求的不断扩大，要求现代煤化工向着具有规模效益的大型化发展，但由于单台气化炉处理能力的限制，目前都采用多台气化炉并联运行的方式来满足市场需求。某1 200 kt/a合成氨项目拟采用4套Φ3 200 mm航天炉粉煤加压气化装置并联运行，以唐阳煤为设计煤种，气化压力4.0 MPa，装置粗煤气(CO+H2)产量约372 000 m3/h(标态)，投煤量达8 000 t/d。现对该项目的4套气化装置的设备布置方案进行讨论，以使设备布置合理紧凑、节约占地面积、减少建设投资、方便配管检修并兼顾消防安全。

1 工艺流程

航天炉粉煤加压气化工艺以干煤粉为原料，采用激冷流程生产粗合成气，工艺流程包括磨煤单元、粉煤加压单元、气化单元和渣水处理单元。磨煤单元采用辊式磨煤机磨煤、惰性气体发生器干燥的工艺方案。粉煤加压单元采用高压氮气加压密相输送粉煤，并采用粉煤锁斗方案，可实现粉煤从低压至高压的连续输送。气化单元采用气流床粉煤加压气化和激冷流程生产粗合成气。渣水处理单元的主要作用是对气化炉、合成气洗涤塔和渣池排出的灰水以及渣锁斗排出的固渣进行初步处理，以实现热量的回收和水的循环使用。航天炉粉煤加压气化工艺流程如图1所示[1]。

S1.粉煤袋式过滤器 X1.螺旋输送机 X2.称重给煤机 A1.磨煤机 V1.原料煤仓 S2.粉煤贮罐过滤器 F2.惰性气体发生器 V2.粉煤贮罐 V3.粉煤锁斗 V4.粉煤给料罐 A2.烧嘴 F1.气化炉 V5.渣锁斗 V6.汽包 V7.烧嘴冷却水缓冲罐 H1.破渣机 Q1.捞渣机 C1.洗涤塔 C2.汽提塔 V8.高压闪蒸罐 V9.低压闪蒸罐 V10.除氧器 V11.灰水罐 S3.沉降槽 S4.过滤机图1 航天炉粉煤加压气化工艺流程

由于磨煤单元的磨煤机检修率较高，一般需设置备用系统。以上工艺流程简图为磨煤系统与气化系统合用1个联合框架的工艺流程，每条磨煤单元生产线对应1条气化单元生产线，可采用2开1备的操作方式。另有将磨煤系统设置在独立磨煤框架中的流程，工艺上需增设1条主要由粉煤收集器、粉煤仓和粉煤发送罐等设备组成的煤粉输送工段。粒度符合要求的煤粉从磨煤机出来后，先进入粉煤收集器，再进入粉煤仓，最后进入粉煤发送罐，由粉煤发送罐将粉煤输送至气化框架。粉煤输送介质为低压氮气，采用正压密相脉冲输送方式。对于此工艺中磨煤单元每条生产线与气化单元生产线的对应关系，应根据单台磨煤机的处理能力加以配置，对于4台气化炉的配置，可采用5开1备或6开1备的操作方式。

2 气化装置设备布置的特点

气化工艺中含粉煤、粗合成气、闪蒸气、甲烷等易燃易爆的有毒气体，同时含氧气、蒸汽等高温强氧化性气体。粉煤气化装置的布置一般设置为气化框架和渣水框架，2个框架之间采用连廊连接，其中气化框架高度达90 m，属于超高超限结构[2]。为了降低投资并保证结构的稳定性，气化框架以气化炉支撑楼层为界，其以上部分采用钢结构，以下部分采用混凝土结构，除了高寒地带，均采用敞开式框架。

由工艺流程可知，气化装置的布置可分为联合框架布置和独立磨煤框架布置。在联合框架中，1个气化框架的跨距为10 m，若将4套气化装置的框架简单地并排布置，建筑结构框架总面积大，对建筑的防火要求很高[3]。另外，由于并排布置跨度和框架面积太大，给靠中间布置的设备吊装带来困难。对于独立的磨煤框架，由于磨煤框架与气化框架分开布置，减少了单个框架的布置面积，4套气化装置的框架可并排布置。

总之，气化装置的设备按照工艺流程顺序就近布置的原则进行布置，并综合考虑建筑用地面积和投资、设备的检修及吊装、管道的布置、阀门的操作和检修以及防火间距的要求。

3 多套气化装置并联布置方案的比较

3.1 联合框架布置方案

3.1.1 布置方案一

对于4套气化装置的联合框架布置，一般采用南北对称的双框架布置(或东西布置)，即2套气化装置共用1个气化框架对应1个渣水框架，2个框架以管廊分割，布置在管廊两侧。这样既有利于公用工程管道的布置，又简化了工艺流程，每个框架互不干扰，使现场的施工操作以及安全管理更加方便直接。

磨煤单元2开1备，在气化框架中磨煤单元设备占3个柱距共30 m，而粉煤加压和气化炉单元设备占2个柱距共20 m。在联合框架布置中，可在2套气化装置跨距内增加1个跨距，并设置4 700 mm×4 700 mm的吊装孔，用作设备安装和检修的空间。吊装孔四周必须采取相应的安全保护措施，以免高空坠物而造成安全事故。联合框架布置方案一如图2所示。

布置方案一占地面积大、建筑投资成本较高，但由于具有独立的吊装和检修空间，有利于设备的安装与检修；2套气化装置分开布置，有利于管道的配管和阀门、仪表的设置，并有利于装置运行后的设备、阀门、仪表的操作和检修。

3.1.2 布置方案二

另一种方案是将2套气化装置进行并排布置，2套气化装置之间不设安装和检修用的吊装孔。联合框架布置方案二如图3所示。

很明显，此种框架布置减少了项目的建设用地，可节省1个跨距的费用，大大降低了建设结构投资；但由于没有固定的吊装、检修空间，给设备和管道的安装及检修带来了不便。如23 m楼板上的中压锅炉水泵为2开1备，泵的电机长宽高约为1 500 mm×1 000 mm×1 000 mm，3台泵基本占据了整个楼面的空间，泵的周围配管复杂，当需要将泵移出框架检修时，由于没有预留吊装孔，给检修带来很大不便。另外，由于采用此种框架布置的2套气化装置并排布置，配管困难，也给装置的阀门和仪表的操作及检修带来不便。如安装气化炉烧嘴的楼面，由于工艺管线复杂、操作阀门和仪表众多、管道配管空间狭窄，管道施工及阀门操作时人员甚至无法通行。再次，当2套气化装置毗邻布置时，粉煤、粗合成气等易燃易爆粉尘和气体更容易聚集，给安全生产带来了隐患。

图3 联合框架布置方案二

3.2 独立磨煤框架布置方案

采用独立的煤粉输送工段时，可将磨煤机单独设置在独立的磨煤框架中。独立磨煤框架布置方案如图4所示。

独立磨煤框架布置方案节约建设用地，布置灵活。磨煤框架从气化框架中独立出来后，可以将4套气化装置并排布置，节约了气化框架布置的建筑用地；而且当项目没有足够的建设用地来布置联合框架时，可在气化框架附近另行单独布置磨煤框架，布置相对灵活。当然，磨煤框架距气化框架不宜太远，以防影响粉煤输送的稳定性。另外，独立磨煤框架布置方案也节约了设备投资。在如图4所示的布置方案中，磨煤机采取了5开1备的配置，相当于5条磨煤单元生产线对应4条气化生产线，单台磨煤机的投煤量较联合框架的少，因此磨煤机的选型可相应偏小。同时，联合框架中需配置2台备用磨煤机，而独立磨煤框架布置方案可减少1台备用磨煤机。再次，独立磨煤框架布置降低了建筑层高，可节省建筑投资，且框架层高度的降低有利于消防安全。在联合框架中，磨煤机出口的煤粉直接由氮气输送至安装在90 m高的袋式过滤器内，再由螺旋输送机送至粉煤贮罐内；而在独立磨煤框架中，磨煤机出口的煤粉只需输送至安装在50 m高的粉煤收集器内，再由粉煤发送罐输送至粉煤贮罐内，显然独立磨煤框架中磨煤单元的建筑层高大大降低了。由于独立磨煤框架布置方案中的4套气化装置并排布置，导致管道布置较困难；另外，磨煤机的备用率较联合框架降低，也会使装置的运行稳定性受到影响。

图4 独立磨煤框架布置方案

4 结语

综上所述，对于4套粉煤气化装置的设备布置，可采用联合框架并联布置方案，也可采用独立磨煤框架布置方案，对于多台气化炉并联运行的装置设备布置可以此类推。方案的取舍应结合项目的建设用地面积、土建结构投资、设备投资、装置运行稳定性、操作检修的方便性、防火间距的要求等诸多因素加以考虑。

随着新建的煤气化装置规模越来越大，有些项目甚至考虑启用20台以上气化炉的气化装置。当然，随着人们对环保意识的不断加强，不可能让煤化工无节制、无要求地发展，这要求开发出更大投煤量的气化炉型以满足市场需求，达到降低设备和建筑投资的目的；同时，以洁净煤技术为基础，发展更加节能、高效、环保的煤化工技术，让现代煤化工向更健康的方向可持续发展。

[1] 卢正滔，姜从斌.航天粉煤加压气化技术(HT- L)的进展及装置运行情况[J].化肥工业，2012(4):1- 2.

[2] 杨玉才.新型粉煤气化装置框架及设备布置设计要点浅析[J].大氮肥，2013(4):228- 232.

[3] 黄习兵.浅谈煤化工火灾消防存在的问题和应对策略[J].大氮肥，2014(2):84- 87.

Analysis of Equipment Arrangement of Sets of Pulverized Coal Gasification Plants

LUO Tao, LU Chengming, PENG Shu, ZHANG Zhanyuan

(Changzheng Engineering Co., Ltd. Beijing 101111)

With progress of modern coal chemical industry, the pulverized coal gasification plant develops towards large- scale. Because of the limitation of processing capacity of single gasification plant, the method of parallel operation of multiple gasification plants is adopted to satisfy market demand at present. Taking a certain 1 200 kt/a ammonia project as an example, which uses 4 sets of HT- L pulverized coal pressurized gasification plants, an analysis is carried out of the equipment layout of multiple sets of pulverized coal gasification plants parallel- operated. The equipment arrangement of 4 sets of pulverized coal gasification plants can choose either united framework parallel arrangement scheme, or separated framework of coal- grinding unit scheme, local conditions must be taken into account in selecting scheme.

pulverized coal gasification equipment arrangement united framework separated framework of coal- grinding unit

罗涛(1981—)，女，工程师，从事煤化工管道设计工作；luotao200512@sina.com。

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1006- 7779(2016)05- 0027- 05

2015- 10- 09)