碎煤加压气化工艺的设计优化

孙鹏

摘要：我国经济发展的同时，能源消耗量逐年增大，据相关统计了解到我国煤炭消耗量占能源消耗的70%左右。针对这一能源消耗特征，加大节能减排，对促进煤炭能源可持续发展十分重要。因此，加强对煤加压化工工艺研究与创新十分必要。煤加压气化工艺会产生大量废水，废水成分复杂，如何实现废水无害化处理是煤加压气化工艺发展中的关键问题，对推进废水处理技术创新有着重要意义。下面本文将对碎煤加壓气化工艺展开详细分析，旨在通过本文理论论述为碎煤加压气化的优化设计研究提供更多参考。

关键词：碎煤；加压气化工艺；设计优化

随着我国经济发展转型与环境保护政策实施，煤炭产业的改革也是势在必行，为了寻求经济与环境的平衡，发展煤化工成为煤炭企业的首选方向，碎煤加压气化工艺是进行煤气化工生产的重要途径，就目前而言，结合分析碎煤加压气化炉在运行中出现的故障和问题，然后根据各自不同的优缺点，提出优化设计方案举措。

1煤锁下阀传动轴的设计优化

煤锁下阀轴是煤锁下阀工作的关键部位，下阀轴的传动轴设计为液压驱动装置-外摆杆-传动轴-内摆杆-阀杆，同步动作实现下阀的开关功能。安装在煤锁下阀传动轴常压端的轴承套、轴承、垫环等装置与煤锁本体通过螺栓连接，垫环与传动轴的轴肩配合，通过垫环与轴承的相对运动来达到轴向固定和保护下阀轴正常使用的目的。由于煤锁下阀传动轴轴肩与垫环磨损严重，当磨损达到一定程度后轴承套、轴承、垫环的组合达不到轴向固定保护下阀传动轴的作用，轴填料处发生泄漏，影响气化炉的稳定运行。该装置可以设计优化为在传动轴最外端加装止推轴承，止推轴承固定在轴承固定架上，轴承固定架与气化炉下阀传动轴的支撑架焊接，为方便定位及距离的调整将固定架设计为横向开槽和纵向使用螺杆的可移动式固定法。这种设计可以有效减小横向位移，减少轴填料泄漏。

2污水处理工艺

加压气化产生的粗煤气中含大量粉尘、水蒸气和碳化的副产物--轻油、焦油、萘、脂肪酸、酚、溶解的气体和无机盐类等，温度也较高。因此，需冷却和洗涤，以降温和除去粗煤气的有害物。在粗煤气洗涤和冷却时，这些杂质进入水中，形成气、液、固三态存在的多成分煤气水。煤加压气化过程中产生的废水成分复杂，含焦油、氨、酚、尘等多种杂质，它们在水中含量高。煤种的不同导致各成分的含量也不同，但此种废水用常规生化、过滤、反渗透等方法无法直接处理，须先将水中尘、油、酚、氨等进行分离、回收，这样一方面回收废水中有价物质，带来一定经济效益；另一方面也使废水达到一般废水处理方法的进水要求。根据煤加压气化工艺特点，废水处理工艺中，经焦油、粉尘分离后的水大部分返回工艺装置循环使用，多余水为工艺废水，再逐步经过酚、氨回收，生化处理等工艺等过程，最终废水达到国家排放标准后排放。

3煤锁和灰锁的优化

煤锁是确保煤仓内部间歇的容器，也是汽化炉上重要的零部件之一，一旦发生损坏，在维修过程中要消耗掉大量的人力物力；煤锁的位置比较特殊，质量过大，采用起重机的方式吊起维修，不仅费时费力，还很容易造成设备损毁和人员伤害事物。对煤锁检修的优化，可以从设备两侧支耳处加上千斤顶，利用支撑梁体的滑道，千斤顶的作用下煤锁就会升起，从滑道上将其移动出来，就可以进行检修作业。煤锁的下阀门轴也是容易损坏的部位，下阀轴的转都皱设计是为了同步实现开关功能，由于煤锁下阀门传动轴的磨损，导致轴承、垫环等方位日渐脱落，这一装置设计优化在传动轴的外端固定起来，方便长距离的调整。

4点火方式的优化

碎煤加压气化过程是一个在高温和（高）压力下进行的复杂多相的物理化学反应过程，主要是煤中的碳与氧和水蒸气等气化剂之间的反应。煤的燃烧过程，其实质就是煤中元素发生剧烈氧化反应的过程，其中最主要是碳的燃烧，并且伴以挥发分的燃烧。煤的有机质是复杂的碳氢化合物，其氧化与烃类氧化相似，可用自由基连锁反应机理解释。煤中富氢的脂肪结构与氧易形成自由基，当氢化过氧化物积累到一定浓度又有一定温度时，氧化自动加速。当放出的热量不断积累，达到煤的着火温度就会引起燃烧。

5操作、控制方式的优化

碎煤加压气化炉实际运行的煤锁、灰锁在现场就地控制室操作，控制室只能实现监控煤、灰锁操作。可优化设计为在气化控制室（控制室操控又分为全自动、半自动、手动）为主要控制方式，设置一套控制系统对装置进行监视、控制、联锁、报警及记录，该套系统能实现紧急停车联锁和保护。中控室实现自动加煤、排灰操作。为满足后工序对稳定供气的需求，一般气化装置都在出口工序煤气总管上设置气化炉自动调节装置，以达到稳定供气的目的。但生产负荷和粗煤气总管压力的比例调节单一，没考虑生产工况的操作影响。优化设计为气化炉的负荷与气化炉工况特性，如出口温度、气化炉压力、灰锁温度、煤质成分等一起进行串级比例调节，实现装置的自动化和现代化。分析取样的优化，现碎煤加压气化炉粗煤气化验分析用奥式分析仪，手动操作，存在分析时间长、劳动量大、分析结果人为因素影响大等问题。优化设计为自动取样分析，增设在线分析仪表，由预处理和仪表系统两部分组成。其中预处理由减压、水洗、分离、冷却与干燥组成，放在取样管道最近的现场；仪表系统由过滤、流量控制与分析仪表组成，放在分析室内。预处理能解决煤气除尘脱焦油难题和干燥除去气样中的水分。

6结束语

低热稳定性下的低阶煤具备良好的反应活性，能够充当碎煤的加压气化原料。对磨煤干燥系统的设计以及对污水处理提出了一些优化建议，同时低热稳定性下的低阶煤相应单台气化炉的氧负荷相对比较低，利用明确碎煤的加压气化相应入炉煤的下限粒度，严格控制下限粒径，使相应气化炉在一定程度上有效降低破碎过程形成的煤粉量，上述措施可以明显提高碎煤加压气化的效果。以上论述具有较强的现实意义和经济意义。同时该优化改进是气化炉功能的又一次提升，对未来气化炉炉型改进具有指导作用。

参考文献：

[1]王二成.碎煤加压气化工艺的设计优化[J].中国化工贸易.2018（09）.

[2]孙秀妮.碎煤加压气化工艺的设计优化[J].化工管理.2015（15）.

[3]张博.碎煤加压气化工艺的设计优化[J].城市建设理论研究（电子版）.2015（20）.

（作者单位：内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司）