真空系统在气化渣脱水中的应用探讨.pdf

Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry2023 年 6 月第 46 卷第 3 期Jun.2023Vol.46 No.31概述某公司煤气化装置是以煤为原料，年产 50 万吨合成氨的大型装置，于 2007 年建成投产。装置采用壳牌粉煤气化技术，在气化炉内粉煤与纯氧、水蒸气混合，通过 4 个烧嘴进行燃烧，生产出主要成分为 CO+H2的合成气，合成气中还含有 N2以及少量的CO2、CH4和 H2S 等组分1。含碳量少于 1%的气化渣通过气化炉底锥排放到除渣系统，气化装置产生的气化渣（含水量约 55%）通过捞渣机捞出，经过皮带输送至临时渣仓进行缓存，渣系统工艺流程如图 1所示。图 1渣系统工艺流程临时渣仓共有 5 个 76m3混凝土悬挂渣仓，装置正常运行期间承接废渣临时缓存。气化渣含水量不小于 50%，渣含水量较高，在渣斗中静置储存时靠重力分离脱水效果不理想，无法满足运输要求，导致气化渣在运输的过程中有大量的黑水洒落，气化渣需倒运至中间堆场进行二次脱水及晾晒，对环境及运输道路造成严重的污染，随着国家环保政策收紧，渣脱水后直接外运问题已刻不容缓。真空系统在气化渣脱水中的应用探讨尹招进，王小勇（云南天安化工有限公司，云南安宁 650309）摘要：介绍某煤气化装置渣脱水技术选择、真空脱水实验、渣脱水装置建设投用等方面的情况，总结真空系统在气化渣脱水中的应用，以便为气化渣脱水找到一种简单适用、易于维护的方式。关键词：煤气化气化渣真空系统脱水收稿日期：2022-09-10；收到修改稿日期：2023-03-03。作者简介：尹招进，男，1976 年 9 月出生，本科学历，化工工艺高级工程师，2018 年毕业于武汉理工大学化学工程与工艺专业，现在云南天安化工有限公司生产技术部从事技术管理工作。联系电话：[phone]；E-mail：。2渣脱水方式选择目前煤化工行业气化渣脱水主要形式有 3 种。2.1机械脱水主流产品为高频振动筛，采用振动电机（或激振器）作为动力源，高频振动使气化渣和黑水分离，渣脱水效果明显，在固体物料脱水中应用广泛，但在气化渣实际使用过程中故障率较高，筛网存在易堵塞、磨损快、使用寿命短、更换频繁等问题。尤其是当气化渣中细灰占比高、含水量较高时脱水效果差；渣中有大渣块时对设备造成卡涩及损坏，目前还没有更好结构的振动筛来彻底解决其存在的问题。高频振动筛脱水示意如图 2 所示3。图 2高频振动筛脱水示意运行中存在的问题主要有：振动筛的筛网更换频率高，使用寿命短；设备布置空间大，现场改造需要扩展平台，增加钢结构支架，现场施工工程量2002023 年第 46 卷大；设备运行噪音大，设备运行期间日常维护工作量大。2.2离心脱水目前在煤化工行业离心式脱水（图 3）多用于煤泥的脱水，在渣脱水中因渣颗粒度较大，并有大渣块的产生，应用比较少。叠螺式污泥脱水机理遵循力水同向、薄层脱水、适当施压及延长脱水路径的原则，脱水机采用全自动控制柜，操作及脱水效果比较明显。图 3离心脱水示意2.3真空脱水真空脱水装置是一种新型高效的脱水装置，利用真空压力差技术加速黑水的析出。气化渣渣仓周边分布析水原件和排渣门析水原件，通过管道连接真空罐进水孔，真空罐抽气孔通过管道与真空站中的真空罐连接，真空站排出的气水通过气水分离器分离，将真空罐内的气体排放到大气中。工作时，渣仓湿灰渣在真空站形成的负压作用下将析水原件（渣仓析水原件和排渣门析水原件）析出的水和废气流入到真空罐中，当真空罐中的灰渣水满了之后触发真空罐上方的液位计，控制柜系统打开真空罐的排水阀，使灰渣水流入到渣浆池或者渣沟中，渣水排完后关闭真空泵排水阀，渣仓中的灰渣水再次落入排水罐完成一个工作循环。2 台渣仓共用 1 套真空站，启停装置和 2 台渣仓抽气阀联锁，当 2 个抽气阀同时关闭时，真空站停止运行，2 个抽气阀其中有 1 个打开时，真空站启动运行。在整个工作过程中，周边析水装置、排渣门和真空罐在真空泵的作用下始终处于负压状态，持续析水。排渣门每次打开排完渣后，渣仓反冲洗系统会对周边析水装置滤网进行冲洗，以保证滤网的清洁。真空脱水装置现场安装示意如图 4 所示。该套装置具备空间占有量小、结构稳定、脱水效率高的优势，设备后期的维护量小，可实现连续或间断运行，根据实际运行工况设置运行模式，真空脱水后期的维护量小，滤网更换简单易操作、可靠性高。图 4真空脱水装置现场安装示意真空脱水具备的优势主要有：脱水效率高，煤渣脱水后含水量在 25%30%；后期脱水系统维护工作量小；改造现场施工工程量少，可实施性强。通过对以上 3 种设备进行对比，真空脱水装置在气化渣脱水方面有较强的优势。3真空脱水实验装置通过对 3 种不同方案的比选和论证，本次气化渣脱水装置采用真空脱水，并进行了先期的工程实践。3.1实验装置建设和运行情况为验证真空脱水装置的实际效果，本次实验装置利旧原厂房内的真空泵，新采购 1 台真空脱水阀门进行安装，未对现有渣仓进行改造。2022 年 1 月22 日 11:00，气化渣 8#渣仓完成真空排渣阀脱水装置安装，13:30 投入运行。24 日 16:30，完成新装置阶段试验。现场安装示意如图 5 所示，分析数据如表 1所示。图 5真空脱水实验装置现场安装示意表 1真空渣脱水实验项目分析数据%时间渣仓料位进渣水分脱水后水分2022-01-221 2 仓51.1113.92022-01-231 2 仓50.9326.62022-01-24满仓53.4225.32022-01-251 2 仓49.6516.23.2实验结论现场进行了 3 天 3 次的排放，2 次渣较干，1 次满仓后有滴水情况。从实验装置运行情况来看，在仅安装 1 个脱水阀门的情况下，水分初步达到预期效果。在渣仓吸水时间过长的情况下，渣仓会出现堵渣无法放渣的情况。实验项目为手动操作，正式201第 3 期尹招进等.真空系统在气化渣脱水中的应用探讨项目时需同步考虑自动化操作，在阀门开关、真空入口管、排放管处加装自动控制阀门。此实验项目运行后，渣仓底部现场卫生明显改善，运行期间现场没有滴水现象。按第一阶段实验数据，在对渣仓和阀门同步实施的情况下，真空脱水装置可将 50%左右水分的气化渣脱水至 20%左右，能够满足渣不落地直接外运的生产需求。根据实验情况，将按渣仓底部切割 2m安装析水过滤元件、底部加装析水阀门及配套设施方向进行研究开发。4真空渣脱水项目的实施4.1改造情况由于现场渣仓本体采用混凝土结构，仓壁挂料严重，在渣仓内部若安装析水元件将很快堵塞滤网，并且渣仓没有检修人孔，对后续析水元件的更换与维修造成很大困难。本次改造将渣仓底部 2m 仓体切除，更换为 1套真空析水渣斗+真空析水排渣门，连接处更换新的析水渣斗套住原水泥渣仓，最后在结合处灌浆，保证其密封性能。真空析水渣斗下方安装真空析水排渣门，真空析水渣斗处设计检修平台，方便日后维修或更换析水元件。真空析水渣斗配带仓壁振打器、人孔门等相关设备。析水渣斗和真空析水排渣门采用 1 套真空站。渣仓改造示意如图 6 所示。图 6渣仓改造示意现场渣仓几何容积 76m3，有效容积 56m3。在渣仓同时投运能保证每台渣仓的析水时间大于 2h。经过真空析水渣斗和真空析水排渣门快速析水，渣含水率保持在 15%25%，满足现场运输要求。经过真空析水，渣中的水分减少，容易发生板结和仓壁挂料现象。为了解决此问题，在渣仓内部衬不锈钢板，渣仓仓壁夹角为 27，在渣内部的水分析出后也不会出现仓壁挂料的现象。每个渣仓增设 1 套与渣仓立柱同等跨距的检修平台，方便真空析水排渣门的检修与更换析水元件。本装置采用 PLC 自动控制，真空脱水装置结构示意如图 7 所示。图 7真空脱水装置结构示意4.2实施情况现场改造施工从 2022 年 6 月 20 日开工，于 7月 28 日具备输渣检验条件，现场施工效果如图 8 所示。图 8渣脱水项目施工效果真空脱水装置投用后，脱水效果明显，放渣顺畅，水分分析数据如表 2 所示。表 2真空渣脱水项目分析数据%日期渣仓料位进渣水分脱水后水分2022-07-28满仓55.0311.602022-08-02满仓50.3610.302022-08-05满仓48.4911.402022-08-07满仓52.1613.202022-08-15满仓50.1612.432022023 年第 46 卷从表 2 分析数据可以看出，渣含水量从入渣仓 50%左右经脱水后均小于 15%，达到了设计要求。装置投用后，运行平稳，渣水分含量均保持在10%15%，设备故障率低，维护工作量较小，渣经脱水后实现了长距离运输和贮存的目的。5结束语在气化渣含水量高，厂内无较大空间堆存的情况下，直接外运较为困难，通过对比不同的渣脱水方式，将真空装置应用于气化渣脱水项目，经过前期实验和正式项目建设，有效提升了气化渣脱水的效果，渣脱水后水分含量小于 15%，达到渣直接外运的标准。渣仓真空脱水系统设备结构简单，操作方便。真空析水排渣门采用电动 气动控制，并设有密封装置，启闭灵活，密封性能好，保证了工作环境的清洁。整套装置采用 PLC 自动控制，减轻了现场劳动强度，可很好的满足气化炉渣不落地直接运输的要求，为气化炉渣的脱水提供了一条新的路径。参考文献1王小勇.合成气冷却器蒸发器更换的工艺方法探讨 J.大氮肥，2023，46（1）：62-64，69.2郭凡辉.煤气化细渣陶瓷膜真空脱水试验与数值模拟 J.化工进展，2022，41（8）：4047-4056.3李刚.煤气化粗渣脱水工艺设计及实施 J.化肥设计，2019，57（1）：19-21.THE APPLICATION OF VACUUM SYSTEM IN GASIFICATION SLAG DEHYDRATION PROCESS Yin Zhaojin，Wang Xiaoyong（Yunnan Tianan Chemical Co.，Ltd.，Anning650309）Abstract：Thispaperintroducedacoalgasificationplantinitsselectionofslagdehydrationtechnology,theexperimentofvacuumdehydrationprocess,andtheconstructionandcommissioningofslagdehydrationunit,andsummarizedtheapplicationofvacuumsystemingasificationslagdehydrationprocessinordertofindasimpleandpracticalmethodforslagdehydration,andeasyformaintenanceaswell.Key words：coalgasification；gasificationslag；vacuumsystem；dehydrationANALYSIS ON TUBE LEAKAGE ON WATER COOLING WALL AT THE TOP OF QUENCH TANK IN WUHUAN GASIFIER Wan Guopeng（Henan Longyu Coal Chemical Co.，Ltd.，Yongcheng 476600）Abstract：ThispaperanalyzedtheleakagehappenedonwatercoolingwalltubeatthetopofthequenchtankwithregardtothecorrosionleakageofWuhuanGasifierduringitsoperation.Theleakageproblemwassolvedbyupdatingthetubematerialandthecarefulinstallation,whichensuredthelongtermandstableoperationoftheplant.Key words：Wuhuanpulverizedcoalgasifier；quenchtank；watercoolingwall；corrosionleakage；materialupdate（上接第 188 页）中国石油大庆石化公司二氧化碳回收项目建成中交近日，中国石油大庆石化公司年产 40 万吨高浓度二氧化碳回收项目全面建成中交。该项目在二氧化碳压缩机出口设置干燥器，干燥脱水后的二氧化碳经压缩机升压，将合成氨装置的副产气转化为体积分数大于 99%的高纯度二氧化碳，实现废物利用。项目可将副产品二氧化碳经过干燥液化后用作油田二氧化碳驱油剂，既降低了碳排放，又是一种新兴的油田驱油剂。项目建成投产后，每年可创收 2300 多万元。本刊