离心机在煤化工行业上的应用报告

夏 坚

(重庆江北机械有限责任公司， 重庆 400714)

在传统的煤化工行业中，离心分离设备已经有了不少应用，如炼焦的脱硫、电石渣的分离、煤炭的洗选等。近年来重庆江北机械有限责任公司(简称重庆江北机械)所生产的设备在煤的气化、液化,以及烟气中硫的回收等方面的离心分离应用也很广泛，如：在煤气化沉降槽黑水的分离中，卧式螺旋卸料沉降离心机(简称卧螺离心机)可取代真空带式过滤机；在煤焦油的分离中，卧螺离心机可取代进口设备；在氨法烟气脱硫流程中，双级活塞氨法烟气脱硫专机大大提高了易损件的寿命，具有国内领先水平。

1 卧螺离心机在煤气化沉降槽黑水中的应用

1.1 煤气化沉降槽黑水处理现状

煤气化工艺是生产合成气产品的主要途径之一，通过气化过程将固态的煤转化成气态的合成气，同时副产蒸汽、焦油、灰渣等副产品。随着现代煤化工的发展，气流床气化技术逐渐成为煤气化技术的主流，主要分为干煤粉加压气化技术和水煤浆加压气化技术两种，其中包括HT-L粉煤加压技术、Shell干煤粉气化技术、GE水煤浆气化技术、BGL熔渣气化技术、水煤浆水冷壁气化技术等。

在气流床气化炉中，煤与气化剂发生化学反应，可以把煤炭转变为燃料用气或化工合成气。气流床煤气化灰水处理工艺主要为采用水煤浆和干粉煤为原料的气化炉工艺，其流程为黑水经过2级或3级闪蒸后，采用沉降槽添加絮凝剂进行沉降分离。沉降槽的上层清液进入黑水系统，循环利用；下层浊液进入过滤分离系统，通过卧螺离心机或真空带式过滤机分离出滤饼(气化细渣)[1]。

1.2 卧螺离心机与过滤机的对比

卧螺离心机具有运行连续、结构紧凑、占地小、操作维修方便、自动化程度高、全封闭操作等特点，可以减少对周边环境的污染，同时降低工人劳动强度，初次调试成功后可长期稳定运行,良好地解决了生产问题,提高了工作效率[2]。

过滤机以物料重力和真空作为推动力， 当液体通过过滤介质时，固体颗粒被截留从而达到固液分离的效果[3]。过滤机大多存在水耗高、跑浆、滤布磨损更换频率高的问题，远不能满足当前的环保排放许可证制度和水耗的控制。

国内某大型煤气化装置一期采用真空带式过滤机，二期采用卧螺离心机，其参数对比见表1。

由表1可以看出， 卧螺离心机主要有以下优势：

表1 真空带式过滤机与卧螺离心机参数对比

(1) 卧螺离心机滤饼含水率比真空过滤机滤饼含水率更加稳定，利于滤饼后工序的运输，不淌水，干度更高。

(2) 卧螺离心机结构紧凑，占地面积小;真空过滤机厂房大，基建投资大。

(3) 卧螺离心机自动化程度高，人员操作强度低。

(4) 卧螺离心机易损件比真空带式过滤机少且日常维护方便简单。

(5) 真空带式过滤机为敞开式，卧螺离心机为全封闭式，二次污染小，使用后现场环境变得清洁干燥。

(6) 卧螺离心机初次投资成本低，且电耗及冲洗水量相比真空带式过滤机大幅减少，能耗降低从而节约成本。

1.3 卧螺离心机的典型应用

1.3.1 案例1

中天合创能源有限责任公司 (简称中天合创)是集煤炭、煤化工产品和电力生产为一体的特大型煤炭深加工现代化企业。该公司因煤气化装置灰水处理单元技改需要，于2018年8月从重庆江北机械订购了2台LW650×2730-NB卧螺离心机替代真空抽滤机用于分离水煤浆气化沉降槽黑水。

2019年中旬完成了设备安装和设备调试等各方面工作，并连续负荷运行正常，其现场实测数据见表2，具体现场设备见图1，脱水后固相状态见图2，出液状态见图3。

图1 中天合创设备现场图

图2 现场脱水后固相状态

图3 现场出液状态

表2 中天合创卧螺离心机实测数据

目前该设备已在现场连续运行了1 a左右，根据使用情况来看，该LW650×2730-NB卧螺离心机在现场使用状况良好，可以很好地满足煤化工的煤气化沉降槽黑水的分离要求，且运行可靠性高，可全天24 h无故障运行，较早期真空带式过滤机的日常维修和维护成本有明显好转。该卧螺离心机产品技术先进、自动化程度高、分离效果良好；自设备调试投入正常生产连续稳定运转以来，较好地满足了对水煤浆气化沉降槽黑水的分离要求。

1.3.2 案例2

呼伦贝尔金新化工有限公司(简称金新化工)是一家由云南云天化股份有限公司控股、香港金新集团参股的中外合资公司。该公司因5080项目产生的煤气化沉降槽黑水需要分离处理，于2014年3月订购重庆江北机械2台LW520×2184-NB卧螺离心机及其成套设备。

2015年初完成了设备安装和设备调试等各方面工作，并连续满负荷运行正常，完成了设备验收，现场调试实测数据见表3，具体现场设备见图4，脱水后固相状态见图5。

表3 金新化工卧螺离心机实测数据

图4 金新化工设备现场图

图5 现场脱水后固相状态

目前该设备已在现场连续运行了5 a左右，根据使用情况来看，该LW520×2184-NB卧螺离心机在现场使用状况良好，可以很好地满足煤化工的煤气沉降槽黑水的分离要求。该卧螺离心机及其成套设备各方面性能先进、适应浓度变化大、耐负荷冲击能力强、脱水效果好;同时,故障率低、日常维护成本低。

2 卧螺离心机在煤焦油中的应用

随着煤焦油深加工技术的发展，不断提取出高附加值的产品，国内煤焦油深加工市场蓬勃发展。煤焦油是一种黑色或褐色黏稠液体，又称为煤溚,气味与萘或芳香烃相似。它是在干馏煤制焦炭和煤气时的副产物。煤焦油的成分复杂，主要是酚类、芳香烃和杂环化合物的混合物。多数情况下对煤焦油进行专门的分离、提纯后再加以利用。

在煤焦油的分离上早期国内普遍采用的是进口flottweg两相和三相Z6系列离心机，其具有分离因数大和运行可靠等优势；但是随着国内离心机自主研发水平的不断创新，目前已基本可替代进口品牌离心机。国内离心机分离因数可达到3 500g(g为重力加速度)，设备全速运行振动在3 mm/s以下，可实现设备长期平稳运行[4-5]。

内蒙古海峡能源集团有限公司(简称海峡能源)位于内蒙古自治区鄂尔多斯市苏里格经济开发区图克工业园项目区内，是一家专业处理危险废物的环保新型企业。海峡能源因煤焦油分离加工项目需要，于2017年中旬至2020年先后从重庆江北机械订购了多台LW650、LWSX650和LW720卧螺离心机用于煤焦油分离提纯，其部分现场和分离照片见图6～图9。

图6 LW720现场设备图

图7 分离煤沥青的固相状态图

图8 LW650现场设备图

图9 分离煤焦油的固相状态图

通过长时间的稳定可靠运行，目前设备在现场使用效果较好。LW650卧螺离心机出渣含油质量分数低于10%，可实现煤粉的后工序直接使用；LWSX650卧螺离心机出油含固质量分数低于3%、出油含水质量分数低于2%；LW720卧螺离心机出油含固质量分数低于3%。各型号卧螺离心机的运行和分离指标良好，可以很好地实现煤焦油的分离，且具有自动化程度高、故障率低和日常维护成本低等优势，可替代进口离心机。

3 双级活塞离心机在氨法烟气脱硫上的应用

3.1 氨法烟气脱硫处理现状

氨法脱硫技术作为湿法脱硫技术的一种，具有脱硫效率高、无固废产生、能耗低等优点，是属于可资源化的脱硫技术之一。近年来得到了环保相关部门的政策鼓励，氨法脱硫技术在中国得到了快速的推广应用。氨法脱硫技术工艺是根据氨与SO2、水反应生成脱硫产物的基本机理而进行的，脱硫效率稳定在95%以上，副产硫酸铵达到GB 535—1995《硫酸铵》中农用硫酸铵一级品标准，含氮质量分数≥ 21%。

山东京博控股集团博兴恒丰热电有限公司(简称恒丰热电)早期在烟气脱硫流程中尝试过GKH1250-NE卧式虹吸刮刀离心机，但由于烟气除尘不彻底，得到的硫酸铵悬浮液含有一定量的烟灰，硫酸铵晶体粒径偏小，在离心机运行过程中脱水速度慢，导致产量小、效率低,整体效果不理想。随着工艺改进，硫酸铵晶体颗粒状况等已经适宜采用效率更高的活塞离心机；接着在氨法烟气脱硫流程中又尝试过HY800-N单级活塞离心机，但效果仍然不理想。接着恒丰热电又采用性能更高的双级活塞推料离心机在烟气脱硫项目中进行尝试，效果不佳，主要表现在氨法硫酸铵晶体粒度较细，脱水难度大，产量、含湿量达不到设计要求；氨法硫酸铵对离心机的磨损速度，远远超过此前活塞离心机应用过的其他物料。

3.2 双级活塞离心机关键技术创新

重庆江北机械结合数十年丰富的应用经验和早期尝试的试验情况，专门开发了采用特殊筛网材质(WH-4)、特殊刮刀结构和特殊布料机构的HR400-NB、HR500-NA、HR630-NB、HR800-NA双级活塞氨法烟气脱硫专机，完全避免了以前使用中出现的各种问题，提高了离心机产量,降低了含湿量，且布料机构等易损件寿命提高到1 a以上(其他公司同类产品的布料机构等易损件寿命不超过3个月)。

重庆江北机械开发的双级活塞氨法烟气脱硫专机得到了十多家国内环保脱硫知名工程设计公司的广泛认可，市场反应良好。双级活塞氨法烟气脱硫专机技术参数及应用数据见表4。

表4 双级活塞氨法烟气脱硫专机技术参数及应用数据

双级活塞氨法烟气脱硫专机的结构为重庆江北机械首创，获得了2项国家专利[6-7]。双级活塞氨法烟气脱硫专机解决了氨法烟气脱硫中分离工序的核心技术难点，为氨法烟气脱硫技术的大力推广打下了坚实的基础。

3.3 双级活塞氨法烟气脱硫专机的典型应用

广西水利电力建设集团有限公司田东电厂2×135 MW机组烟气脱硫技改扩建工程，按照二炉一塔方式建设，脱硫塔径14 m，高95 m(其中烟囱高53 m),总烟气体积流量为115万m3/h，设计燃煤含硫质量分数为2%，SO2质量浓度为4 800～5 000 mg/m3，共用1个硫铵后续系统，脱硫效率大于95%，年副产硫酸铵约10万t，使用HR630-NB双级活塞氨法烟气脱硫专机，大大节约了运行成本。氨法烟气脱硫工艺流程见图10。

4 结语

重庆江北机械生产的各类离心机广泛运用于煤化工领域，其卧螺离心机产品的不断更新升级、活塞离心机的专机开发和刮刀离心机的联合研制，为煤化工的绿色可持续发展提供技术支撑，为中国煤化工产业的转型升级提供新的离心分离手段。

图10 氨法烟气脱硫工艺流程