煤气化粗渣脱水工艺设计及实施

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(新疆天智辰业化工有限公司， 新疆 石河子 832016)

我国煤气化装置普遍分布于东北、西北等多个省市[1]，液态排渣气化炉广泛应用于煤化工企业，提高了煤炭的利用效率，减少了污染物的排放量，但是气化后产生的固体废物对生态环境存在一定的负面影响[2]，煤气化灰渣是煤化工生产过程中固体废物的主要来源，大量的堆储不仅严重占用土地面积，并且严重影响环境[3]。随着环保意识的逐渐增强，废渣作为一种资源备受人们关注，主要应用于建筑等领域。尹洪峰等[4]研究表明，气化炉渣可制密度较低、保温隔热的墙体材料。Acosta 等[5]研究表明气化炉渣可以作为原料生产玻璃、陶瓷材料等。高继光[6]、李刚健[7]燃烧后的低碳炉渣可以作为建材、道路桥梁的掺混原料。

新疆天智辰业化工有限公司有2台6.5MPa水冷壁气化炉。气化炉所排出的粗渣进入渣池，经捞渣机捞出送至渣车，粗渣含水量高达60%，车辆拉渣现场环境恶劣，员工劳动强度大，在运输过程中，渣车内的渣水不断渗漏至运输公路，对环境造成极大的损害。同时因灰水流失，气化系统中还需补入大量的一次水来维持系统中的水平衡，造成水资源浪费。

因此，新疆天业集团在循环经济发展战略中提出将气化炉产生的粗渣送至水泥厂制水泥，但因粗渣含水量较高，需晾晒后才能使用，占用了大量土地，且利用率低。为使粗渣资源合理利用，促进循环经济发展，公司决定对气化粗渣进行脱水工艺设计并施工。

1 现有工艺技术路线比选

目前，大部分厂家采用晾晒法和沉降法进行粗渣脱水，建一个大的沉渣池并将其划分为4个区域，气化炉产生的粗渣通至第1个池子，经过一段时间的沉降，将底部沉积的粗渣用抓斗抓出至第2个池子中，再经过一段时间的沉降，依次进入第3、第4个池子，再将第4个池子中的粗渣用抓斗抓至渣车。该方法浪费时间，占地面积较大，且第4个池子的粗渣含水量依然较高，造成现场环境恶劣，气味难闻。

回转干燥技术采用600～900℃的热风干燥，需要大型鼓风机、回转窑、空气加热设备、热渣冷却器等大型设备，投资较大。需要大量的燃料气或者蒸汽去加热空气，使水分蒸发，热渣的冷却系统利用循环水降温，厂区需要很大的循环水处理能力，因此能耗较高，尤其在新疆水资源缺乏的条件下，蒸汽、水成本较高，设备数量多、占地面积大，现场难以布置，维护、维修困难。

为解决现有技术存在粗渣含水量高、环境恶劣、水资源浪费等问题，结合现场实际情况，需设计一种工艺简单、操作方便、能耗低、成本低、占地面积小、运行稳定的装置，以实现煤气化粗渣脱水高效回收利用。

2 工艺设计

2.1 粗渣的形成及性质

煤气化粗渣是煤在经历高温、高压等一系列气化过程后，煤中不可燃烧的的灰分和部分没有完全反应的碳颗粒在高温下形成熔渣，熔渣经渣口、下降管进入激冷室，在激冷室冷却后形成固态小颗粒，经破碎机、锁斗系统定期排入渣池，再由捞渣机捞出送出界区。

粗渣为灰黑色固体颗粒，化学组分以 SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 为主。工业分析数据为灰分(Aad)约88%，内水(Mad)较低约1%，挥发分(Vad)1.5%，固定碳(FCad)8.5%，但由捞渣机直接捞出的粗渣含水(Mar)量高达60%。

2.2 工艺设计要求

(1)煤气化粗渣产量58t/h(湿基)，设计一条进料量为80t/h的粗渣脱水工艺路线。

(2)将粗渣含水量由60%降低至10%，由渣车送出界区。

(3)结合现有装置，使灰水回收至系统循环利用。

(4)系统安装场地有限，其在气化装置的南面。

2.3 工艺流程设计

因含水量较高，粗渣需两步脱水，第一步将粗渣中的水脱除到30%以下，第二步将粗渣中的水脱除到10%以下，整个流程包括粗渣一次脱水、粗渣二次脱水、灰水回收3部分。其中粗渣一次脱水部分包括高频固液筛分分离装置、皮带输送机、粗渣缓冲仓；粗渣二次脱水部分包括称重给料机、离心脱水装置、高频母液筛分分离装置；灰水回收部分包括冲洗水、灰水回收管道、母液水收集漏斗。

捞渣机捞出的粗渣经下料斗进入高频固液筛分分离装置，将粗渣水含量由60%脱至30%，含水30%的粗渣经皮带输送机送至粗渣缓冲仓的进口，粗渣缓冲仓内的粗渣经称重给料机输送至离心脱水装置，脱水后含水10%的粗渣由渣车送出界区。离心脱水后的母液送至高频母液筛分分离装置，以降低灰水中的灰渣含量，经高频母液筛分分离装置后含水10%的粗渣由渣车送出界区。在高频固液筛分分离装置、高频母液筛分分离装置和离心脱水装置上均设有冲洗水；高频固液筛分分离装置的灰水出口和高频母液筛分分离装置的灰水出口均连接各自的母液水收集漏斗，经管道汇合连接至后续灰水处理系统。其工艺流程图见图1。

图1 工艺流程注：1—高频固液筛分分离装置；2—皮带输送机；3—粗渣缓冲仓；4—称重给料机；5—离心脱水装置；6—高频母液筛分分离装置；7—母液水收集漏斗；8—仓壁振动器；a—含水60%的粗渣；b—冲洗水；c—灰水；d—含水10%的粗渣至渣车

2.4 设备及工艺设计特点

设备及工艺设计特点：①因粗渣含水量较高，脱水分两步进行；②高频固液筛分分离装置的内部采用分级内部筛网，筛网采用条筛，且筛网采用耐磨材质，并预留筛网冲洗口；③在粗渣缓冲仓的内部衬有耐磨材质，为防止架桥，在仓壁配有振动器；④离心脱水装置进口内壁呈大锥面，加有双螺旋，实现强制给料，溜槽，壳体需采用耐磨、耐腐蚀材质；⑤高频母液筛分分离装置采用双层筛网设计，筛网孔径小于等于40目，材质采用耐磨、耐腐蚀材质，设备要预留筛网冲洗口；⑥灰水回收部分在高频母液筛分分离装置和高频固液筛分分离装置均设有母液水收集漏斗，利用位差，灰水可自流至灰水处理装置；⑦设备布置在防爆区域，操作柜和驱动电机必须防爆设计。

3 系统运行效果及效益

装置建成后试运行期间效果较好，捞渣机捞出的粗渣含水量由60%降低至10%以下，粗渣处理量1 440t/d(湿基)，回收水量约816t/d，渣车数量由每天的27车降低至12车，运输费用大幅度降低。

4 结语

煤气化粗渣脱水项目的实施不仅有效解决了环境问题，还创造了良好的经济效益，使水资源合理化利用，粗渣在运输过程中，有效解决了运输道路上的环境问题，在送至水泥厂后，粗渣无需长时间地堆积和晾晒，大大缩短了粗渣循环利用的时间。在生产过程中实现粗渣脱水自动化控制，降低人员劳动强度，对发展循环经济具有重要的指导作用。