气化炉磨煤系统提效优化探索

尹招进

(云南天安化工有限公司，云南安宁 650309)

1 系统概况

某煤气化装置采用AP粉煤气化技术，以煤为原料生产合成气，煤气化装置设计生产有效气(CO+H2)体积流量为140 000 m3/h，与之相配套的磨煤系统为3条设计质量流量为77.57 t/h的磨煤线(A、B、C)，设计为2开1备。

磨煤与干燥单元(U-1100)的主要任务是研磨和干燥煤粉，并向煤粉中加入石灰石，调整灰熔点以改变渣流动性。控制指标有：煤粉粒度(粒径为5～90 μm的煤粉质量分数为80%，粒径小于5 μm和粒径大于90 μm的煤粉质量分数不大于20%)和煤粉含水质量分数(<2%)。

磨煤工艺流程见图1。

1—布袋除尘器(S1103)；2—磨煤机(A1101)；3—粉煤贮罐(V1201A/B)；4—热风炉(F1101)；5—循环风机(K1102)。

2 磨煤系统运行状况

该煤气化装置自2008年5月对磨煤系统进行投料试车，在长期运行中，通过不断地技术改造，逐步解决了装置设备故障率较高、设备运转率较低、产品质量稳定性较差等问题，运行周期及保障度有了较大的提升。但随着运行周期的增长及国家对能耗、安全、环保等方面要求的提升，磨煤系统逐渐暴露出能耗高、劳动力投入多、设备腐蚀加剧等问题。笔者对装置运行过程中遇到的问题及处理进行分析，为磨煤系统在有效提升能效、符合国家产业政策等方面寻找可靠的解决方法。

3 存在问题及原因分析

3.1 装置能耗较高

该煤气化装置配套磨煤系统由中国五环工程有限公司设计，配套磨煤机采用北京电力总厂GM133G中速辊式磨煤机，生产线设计为2开1备，系统干燥用热风炉直接采用自产的合成气，其主要设备(如磨煤机及循环风机等动设备)功率较高，在高负荷情况下，如果磨煤单线不能有效满足生产需求，不得不启动备用线，2条磨煤线运行时成本将大幅提高。

为了得到1%～2%含水质量分数的粉煤，每条磨煤线将消耗3 000 m3/h左右的合成气，合成气中的大量饱和水同时带入系统，增加循环气体的放空量，增加了能量的消耗及损失。

3.2 雨季磨煤机入口管堵煤严重

自开车以来，该煤气化装置用煤先后采用了富源煤、贵州煤混煤，富源煤、贵州洗精煤混煤，富源煤、贵州洗精煤掺烧石油焦，富源煤、贵州洗精煤掺烧烟煤，富源煤、贵州煤掺烧烟煤等。多次大幅的原料结构调整，使用包括了青海、甘肃、陕西等不同地区、不同热值的石油焦、烟煤、原料煤，突破了原使用煤种的局限性。通过对不同煤种在气化炉应用中的适用性进行了深入的探索，为气化炉用煤找到了较好的操作控制方式及经济性配煤方式。但随着煤种的不断变换，原料的水分含量、粒度变化较大，特别是在雨季，经常造成磨煤机入口管的堵塞。

3.3 布袋除尘器内部腐蚀及反吹系统故障

在长期的运行过程中，因系统内含水量高、腐蚀性物质含量高，对布袋除尘器顶部盖板等冷热交接处设备产生了较强的腐蚀；同时，由于布袋除尘器反吹系统存在部分缺陷，导致布袋除尘器反吹压力较低，布袋除尘器压差升高，磨煤系统不能正常运行[1]。

3.4 氮气消耗量高

该煤气化装置配套磨煤系统设计循环风体积流量为120 000 m3/h,在为原料煤干燥的过程中，系统带有大量的饱和水；为降低循环气露点，需要持续向系统补入空气，使系统含氧量上升。为保证系统安全，需要向系统补入0.5 MPa、6 000 m3/h左右的氮气，造成系统低压氮气消耗较高。

3.5 设备运转率较低

该煤气化装置配套磨煤系统运转设备较多，在对固体物料加工的过程中，设备磨损及设备故障率较高，单条磨煤线连续运行时间较短，特别是布袋除尘器锥部的振动筛、给料机，碎煤仓下部的给煤机、磨煤机等设备出现泄漏、故障的频率较高，常常因为一些较小的设备问题被迫停运或造成气化炉减负荷。

4 磨煤系统提效优化改造及运行效果

4.1 系统的优化提升改造

4.1.1 液氮洗尾气催化燃烧技术改造

在50万t/a合成氨生产过程中，从合成净化系统出来的液氮洗尾气(体积流量为30 000 m3/h，有效气(CO+H2)体积分数为5%～13%)可燃成分含量低，引入热风炉不能直接燃烧，导致磨煤系统循环气CO含量高，存在较大的安全风险。通过对液氮洗尾气催化燃烧的研究，开发了一种低热值液氮洗尾气催化氧化利用技术，并进行了工业化项目实施。项目实施后，一方面减少液氮洗尾气排放体积流量1.584亿m3/a，另一方面，液氮洗尾气可燃成分燃烧后，产生大量的热量加热氮气后直接供磨煤系统使用，在为系统提供热量的同时，也为系统提供了较为充足的氮气。通过尾气项目的实施，退出了原热风炉使用的2 500～3 000 m3/h的粗合成气燃料，每天可增加18 t左右的液氨产量。同时，由于充足的氮气加入，使低压氮气的加入体积流量大幅下降(可节约4 000～6 000 m3/h)，低压氮气仅作为反吹气源及石灰石输送气源。液氮洗尾气催化氧化燃烧作为热源，使系统的含水量大幅下降，减少了设备的露点腐蚀。液氮洗项目流程见图2[2]。

其次，就是是对审计数据的管理与存储。对于采集到的原始数据下一步骤就是进行分析、筛选、剔除、数据化处理等，利用计算机数据挖掘软件、数据处理软件等，构建数据模型，将全部有用的信息分门别类地归集到内部审计信息库里，再与已有信息进行对比，修正偏差，形成有效的审计数据仓库。

图2 液氮洗尾气催化工艺流程图

4.1.2 磨煤机落煤管改造

磨煤机投运以来，由于雨季煤粉含水量高，特别是使用洗精煤、石油焦、烟煤后，原煤粒径发生较大改变，由原来块煤占绝大部分的原料煤，变为全由粒径较小的粉煤组成。煤粉粒径变小，遇水后较易结块，原料煤含水量较高[3]。在使用过程中，原料煤与石灰石粉为同一根落煤管，两种原料在落煤管中混合，原煤与0～3 μm的石灰石粉接触后，会在磨煤机进料管上结成坚实的疤块。随着疤块的增大，在短时间内就会导致磨煤机落煤管堵塞，造成磨煤系统停运。在雨季，通常情况下每2 h左右必须对落煤管进行清理，每个班次都会发生因落煤管堵塞而造成的磨煤线停运。落煤管堵塞后，因结块较硬，清理困难，清理时间较长，给煤气化生产及维护带来较大困难。改造前磨煤机进料方式见图3。

图3 改造前磨煤机进料方式

通过技改，将石灰石与原煤进料进行分离，改造后的磨煤机进料方式见图4。

图4 改造后磨煤机进料方式

对磨煤机进料方式的具体改造为：

(1)将原石灰石管道割除。

(2)在磨煤机内旋转分离器动叶片与静叶片中间空隙处开孔，将石灰石加料口改至此位置，将石灰石下料管通至锥形罩上方。

(3)为防止物料冲刷，在石灰石管口与磨煤机锥形罩上部增加防磨板。

技改后杜绝了石灰石粉与煤粉在入口管的接触，从根本上解决了磨煤机入口管的堵塞问题。

4.1.3 布袋除尘器反吹系统改造

布袋除尘器反吹系统由氮气缓冲罐、过滤器、减压阀、电磁阀、反吹阀、反吹管、可编程控制器(PLC)控制系统等部件组成(见图5)[4]。

图5 布袋除尘器反吹系统流程图

为进一步查找反吹系统压力低的原因，分别对系统的各个部件进行逐一检查。对气源箱充空气进行检查，发现反吹管与气源箱连接处漏气较大，并且漏气点较多。对漏气点进行了补焊，补焊后气源压力恢复，但运行较短时间后又再次泄漏导致气源压力低。为从源头上解决此问题，决定将气源箱与布袋箱体分离，对气源进行整体提升改造(见图6)。

(a)改造前

经过对布袋除尘器反吹系统的改造，布袋除尘器的故障率大幅降低。

4.1.4 合成装置二氧化碳替代低压氮气改造

50万t/a合成装置甲醇洗净化合成气后产生0.2 MPa、40 000 m3/h的放空二氧化碳，现仅有部分进行利用，其余为放空。通过对该放空气体的使用，利用现有DN150 0.42 MPa 氮气管道(最大体积流量约2 000 m3/h)试验二氧化碳替代低压氮气实验，结果表明：二氧化碳在磨煤系统使用可有效替代低压氮气对石灰石进行输送。

4.1.5 布袋除尘器底部设备技改

为使磨煤单线运行时都能很好地满足生产的要求，对布袋除尘器底部分料设备进行改造。在埋刮板机下部增加1个液压阀门，打开时向A仓下料，关闭时向B仓下料；同时,将埋刮板机的负荷进行了提升，满足了单线100 t/h的生产能力，取消了原来大量的运转设备，如每条磨煤线取消4台旋转给料机、4台振动筛及击振器。布袋除尘器下部动设备由19台减少为3台，大大减少了因动设备故障而造成的停车事故，提升了装置的运行保障。

布袋除尘器4个锥的下料改造见图7。

X1102—旋转给料机；X1104—埋刮板机。

4.2 运行效果

AP粉煤气化装置磨煤系统通过使用液氮洗催化燃烧方式，减少了50万t/a合成氨液氮洗尾气1.584亿m3/a的排放量，低热值液氮洗尾气催化氧化利用技术使有效气(CO+H2)体积分数在5%～13%、氮气体积分数在80%左右的液氮洗尾气得到充分燃烧，在为系统提供热量的同时，也为系统提供了较为充足的氮气，每天可增加液氨产量18 t/d左右，减少4 000～6 000 m3/h的低压氮气用量。

通过将合成装置净化后的二氧化碳引入磨煤系统，替代部分低压氮气使用；同时，改变磨煤机入口管进料方式，杜绝了其堵料问题，减少了雨季清堵时的大量人员投入及堵料停车；对部分设备的提升改造，有效延长了磨煤线的运行周期。

5 结语

AP粉煤气化装置磨煤系统在经过不断的技术改进后，系统能耗大幅降低，装置运行效率大幅提升，很好地满足了气化炉长周期、高负荷的用煤需求；同时，对合成氨生产系统各放空气的有效利用，减少了有害气体排放，带来较好的经济及社会效益。打造了装置在节能降耗及安全、环保等方面的核心竞争优势，为企业的自主创新、效率提升及系统的可靠、安全、稳定运行方面打下了良好的基础。