除渣装置在煤化工中的应用与优化

曹文龙, 姚 强

(国家能源集团宁夏煤业有限责任公司, 银川 750411)

目前国内煤化工项目日趋增多,无论是水煤浆气化炉,还是干煤粉气化炉,只要是以煤为原料的气化炉都势必离不开除渣装置。除渣装置的核心是渣锁斗系统,渣锁斗是一个渣水存储设备,能够实现高低压转换,起到承上启下的作用。渣锁斗的上部通过破渣机与气化炉相连接,收集气化炉中的残渣,一段时间后泄放渣锁斗压力,然后通过渣锁斗下部管道及阀门将渣排入捞渣机。渣锁斗实现了渣的高压收集和低压排放的目的。笔者主要就渣锁斗在Texaco全废锅水煤浆气化炉与GSP干煤粉气化炉[1]工艺设计及运行情况的不同点和共性问题逐一列举分析。通过生产实践论证,整合出一套较为优化的煤气化装置渣锁斗系统。

1 除渣装置的工艺流程

燃烧后的炉渣经过重力从气化炉激冷室自由落入破渣机内。渣锁斗高压时与气化炉连通收渣,渣锁斗降压后,将渣水排至捞渣机。捞渣机将炉渣刮至渣斗,渣斗再将渣排入渣车。

渣锁斗是一个自动顺控程序,渣锁斗循环分为泄压、排渣、清洗、充压、收渣5个阶段[2]。

(1) 泄压:排渣过程开始于渣锁斗上游阀组的关闭,渣锁斗中的压力泄至捞渣机。

(2) 排渣:渣锁斗泄至常压后,渣锁斗下游的球阀组打开,渣锁斗中的渣排至捞渣机。

(3) 冲洗:渣锁斗卸料过程中打开冲洗水罐冲洗管线切断阀,对渣锁斗进行冲洗和重新填水。

(4) 充压:排渣、冲洗完毕后,打开充压阀对渣锁斗充压。来自黑水处理单元的废水经泵和循环水换热器被冷却至45 ℃后送入渣锁斗冲洗水罐;冲洗水罐用于冲洗和填充渣锁斗。

(5) 收渣:将渣锁斗压力充至与气化炉压差小于一定值后,打开渣锁斗上游阀组,与气化炉激冷室/气化炉废锅连通,开始收渣过程;当渣锁斗收渣时间到,渣锁斗开始新一轮顺控程序。在收渣过程中,渣锁斗中的水将通过渣循环水泵送至气化炉,将破渣机上方渣水从气化炉冲至渣锁斗。渣循环水泵的作用为防止渣在破渣机中进行积累导致棚渣、架渣。

2 Texaco水煤浆与GSP干煤粉气化炉渣锁斗工艺流程对比

Texaco水煤浆与GSP干煤粉气化炉渣锁斗工艺流程见图1、图2,两者流程原理相同,具体差异见表1。

表1 Texaco水煤浆与GSP干煤粉气化炉渣锁斗对比分析

图1 Texaco水煤浆气化炉渣锁斗工艺流程

图2 GSP干煤粉气化炉渣锁斗结构工艺流程

3 除渣装置运行中存在问题及解决措施

3.1 渣锁斗冲洗水管线振动大

问题描述:渣锁斗排渣、冲洗完毕,冲洗水管线切断阀关闭时造成此管线振动,严重时易发生管线断裂、脱落,阀门法兰振松,高压介质泄漏等事故发生。

产生原因:冲洗水管线切断阀关闭,管线内急速流动的水被迅速切断。水流由于惯性,产生冲击波和水倒流,双向冲击力汇集在冲洗水管线止逆阀处,造成强力振动[3]。

解决措施:

(1) 调节冲洗水管线切断阀减压器,控制阀门关闭时间,将阀门关闭时间由2 s调至5 s。

(2) 冲洗水管线止逆阀安装在与切断阀最短距离处。

通过以上措施,可以消除渣锁斗冲洗水管线振动。

3.2 渣锁斗泄压时管线振动大

问题描述:渣锁斗泄压阀打开瞬间管线大幅度振动,经常发生管线支撑损坏,管线阀门、法兰泄漏事故。

产生原因:渣锁斗泄压阀打开速度过快,渣锁斗内高压渣水突然急速泄压造成管线振动。

解决措施:

(1) 渣锁斗泄压阀阀腔内安装限流孔板,通过限流孔板降低流体流速。

(2) 渣锁斗泄压阀由通径形式改为缩径形式。不同缩径比下的运行数据见表2。由表2可以看出,通过安装缩径比0.6(加限流孔板)的泄压阀,可以消除渣锁斗泄压时的管线振动。

表2 不同缩径比下的运行数据

3.3 除渣装置炉渣含水质量分数高

问题描述:经过捞渣机刮出的炉渣含水质量分数高(渣含水质量分数>25%)。在灰渣拉运过程中,造成环境污染及大量水资源流失,灰渣运输成本较高,在装车、运输过程中渣车流水,严重影响运输路径及周边环境[4]。

产生原因:捞渣机内炉渣控水时间短,原始设计除渣装置渣仓不具有强制脱水功能。

解决措施:安装1套具有沥水功能的渣斗,利用真空泵将炉渣内水分抽滤回收再利用(见图3)。沥水前后炉渣含水质量分数见表3。由表3可以看出:煤气化粗渣经过真空渣沥水设备可以将炉渣含水质量分数降低至10%以下,沥水率达到60%以上。

图3 煤气化除渣装置真空渣沥水设备

4 结语

通过Texaco全废锅水煤浆气化炉与GSP干煤粉气化炉渣锁斗系统,分析利弊,扬长补短,可以有效解决除渣装置瓶颈问题。通过缩短渣锁斗冲洗管线切断阀与止逆阀距离,可以消除渣锁斗冲洗水管线振动;将渣锁斗泄压阀改为缩径孔板形式阀门,可以消除渣锁斗泄压产生的振动。真空渣沥水装置有效降低了炉渣含水质量分数,在装置节水的同时,减少了炉渣的外排量,降低了环境污染。经过析水干燥后的粗渣,还可进一步进行烧砖、铺路等综合再利用。

除渣装置是煤化工气化行业重要生产设备,渣沥水装置是必不可少的环保设施,经过实践摸索及技术攻坚,优化改造后的除渣装置运行更加安全、稳定、清洁、高效。