磨煤干燥過(guò)程安全系統(tǒng)及環(huán)境因素分析

孫 一 ,李文杰 ,彌 勇

(1.中油燃料油股份有限公司 ,北京 100025;2.中國(guó)寰球工程公司 ,北京 100029)

1 前言

磨煤干燥是煤氣化階段的前提,經(jīng)過(guò)磨煤干燥,才可向下游氣化工序提供合格的煤粉產(chǎn)品。本文針對(duì)磨煤干燥的系統(tǒng)進(jìn)行分析,分析其工序,提出合理的優(yōu)化方案。

2 磨煤干燥系統(tǒng)流程

原煤在磨煤機(jī)中擠壓和碾磨成為煤粉,來(lái)自熱風(fēng)爐的熱惰性氣體以一定速度進(jìn)入干燥空間,對(duì)煤粉進(jìn)行干燥,經(jīng)過(guò)磨煤機(jī)頂部的旋風(fēng)分離器,粗煤粉返回重磨,合格的煤粉 (滿足粒度要求)由熱惰性氣體帶出,進(jìn)入煤粉收集器過(guò)濾分離,煤粉收集送入煤粉倉(cāng)。分離煤粉后的熱氣體,經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)大部返回?zé)犸L(fēng)爐中重新作為熱氣體進(jìn)入磨煤區(qū),部分排入大氣。

磨煤干燥系統(tǒng)中,關(guān)鍵的影響因素是氧含量、水含量、灰塵含量以及 CO含量,根據(jù)相關(guān)國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),排入大氣中的灰塵含量設(shè)定為 50 mg/Nm3以下,CO設(shè)定為 100×10-6以下,氧含量設(shè)定為 8.0%以下,水含量設(shè)定為 37.5%以下。

2.1 磨煤工序

原煤在經(jīng)過(guò)處理之后,進(jìn)入磨煤機(jī)進(jìn)行研磨,國(guó)內(nèi)一般選用的是中速磨 (一般處理能力為 60 t/h左右),磨煤工序中有時(shí)由于煤質(zhì)的原因,易出現(xiàn)架橋、堵塞等現(xiàn)象,可以采用原煤倉(cāng)輸送機(jī)械進(jìn)行原煤疏松來(lái)防止架橋等現(xiàn)象的發(fā)生。過(guò)細(xì)煤粉在系統(tǒng)中任何位置發(fā)生滯留,對(duì)安全生產(chǎn)帶來(lái)的危險(xiǎn)性絲毫不亞于溫度的影響。因此合理的選擇磨煤機(jī)必須根據(jù)其下游的煤粉粒度的要求來(lái)進(jìn)行選擇。

2.2 熱氣體工序

干燥煤粉所用的熱惰性氣體由熱風(fēng)爐產(chǎn)生,熱風(fēng)爐系統(tǒng)是通過(guò)燃料氣燃燒產(chǎn)生熱氣體,燃燒空氣和稀釋空氣的流量根據(jù)出口溫度以及氧含量進(jìn)行調(diào)節(jié)。此時(shí),可以適當(dāng)?shù)牟捎幂^大能力的燃燒風(fēng)機(jī),加大其燃燒空氣流量,這樣便可取消稀釋風(fēng)機(jī)。熱風(fēng)爐的燃燒能力直接決定著燃料氣是否能夠充分燃燒。并且其燒嘴的設(shè)計(jì)應(yīng)該完全滿足不同的燃料的燃燒需求(目前,開(kāi)車時(shí)選用的一般為 LPG或者柴油,正常運(yùn)行時(shí)則選擇燃燒合成氣或者天然氣)。

2.3 煤粉過(guò)濾工序

熱惰性氣體進(jìn)入磨煤區(qū)間,將合格的煤粉帶入煤粉收集器中進(jìn)行過(guò)濾,過(guò)濾之后的煤粉通過(guò)纖維分離器以及螺旋輸送機(jī)進(jìn)入粉煤倉(cāng)。此段工序中,煤粉收集器是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)備,其存在著著火、爆炸等危險(xiǎn)因素。先前的化工設(shè)計(jì)中采用的爆破片,由于在爆破之后引起停車,更換爆破片等種種不利因素,可以考慮采用開(kāi)關(guān)式泄爆門 (壓力到達(dá)爆破壓力時(shí),迅速打開(kāi),壓力降低,同時(shí)泄爆門關(guān)閉)。

2.4 氣力輸送工序

傳統(tǒng)的氣力輸送工序是利用氮?dú)庾鳛檩d體輸送煤粉,目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有利用二氧化碳進(jìn)行輸送的報(bào)道,考慮到二氧化碳的成本低,來(lái)源方便,可以考慮采用二氧化碳進(jìn)行氣力輸送。

3 關(guān)鍵因素分析

3.1 氧含量

氧含量在煤氣化工藝中自始至終是一個(gè)關(guān)鍵的控制因素,其直接影響著整個(gè)化工裝置的安全性。目前在設(shè)計(jì)中一般考慮控制氧含量在 8.0%以下,自始至終將整個(gè)系統(tǒng)控制在惰性環(huán)境中。稀釋風(fēng)機(jī)的流量直接影響著系統(tǒng)中氧含量的高低,稀釋風(fēng)的流量增大,氧含量也會(huì)隨著升高;因此必須合理的調(diào)整稀釋風(fēng)機(jī)的流量,使得系統(tǒng)中的氧氣含量始終維持在較低水平。但是過(guò)分的降低氧含量不太合理(必然會(huì)導(dǎo)致成本的升高以及其它參數(shù)的變化);另外氧含量的分析也需要對(duì)分析儀進(jìn)行經(jīng)常的校對(duì)檢查,防止假信號(hào)的產(chǎn)生導(dǎo)致不必要的停車等因素。

3.2 水露點(diǎn)

煤粉產(chǎn)品在系統(tǒng)輸送過(guò)程中,為了防止水分凝結(jié),必須合理的控制水露點(diǎn),使得系統(tǒng)中的水分始終維持在氣化的狀態(tài)下。影響水露點(diǎn)的因素也是稀釋風(fēng)機(jī)的流量,隨著稀釋風(fēng)機(jī)的流量的增大,水含量降低。但是同樣也不能無(wú)限制的增大稀釋風(fēng)機(jī)的流量。必須在氧含量和水露點(diǎn)同時(shí)滿足合格的要求下,維持合理的稀釋風(fēng)機(jī)的流量。

煤粉中的水分分為內(nèi)水和外水,外水很容易干燥而去除。煤的內(nèi)在水分指吸附或凝聚在煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)孔 (＜0.1μm)中的水分。在實(shí)際測(cè)定中指煤樣達(dá)到空氣干燥狀態(tài)時(shí)保留下來(lái)的那部分水分。內(nèi)在水分多少與煤的內(nèi)表面積有關(guān),內(nèi)表面積愈大,內(nèi)在水分愈高。不同變質(zhì)程度煤的內(nèi)表面積不同,變質(zhì)程度愈淺,內(nèi)表面積愈大,其內(nèi)在水分也愈高。的確,內(nèi)在水在常溫下不能失去,但加熱到一定溫度就能逸出,不論是多大量的內(nèi)水與外水,只要在檢驗(yàn)時(shí)按規(guī)定時(shí)間加熱到 110℃,這些水分可以在生產(chǎn)煤粉中烘干出來(lái)。

3.3 粉塵含量以及 CO含量

煤粉收集器出口,進(jìn)入循環(huán)風(fēng)機(jī)的管線上設(shè)置粉塵含量的檢測(cè)以及 CO的檢測(cè)。粉塵含量一般控制在 50 mg/Nm以下,一氧化碳的含量一般控制在100 ×10-6以下。

3.4 有害物分析以及可采取的措施

煤粉達(dá)到一定濃度可能自燃、爆炸,人吸入粉塵易得矽肺病;噪音危害;熱風(fēng)爐燃料采用燃料氣,易燃、易爆;有毒有害氣體,氮?dú)鈬?yán)重泄漏時(shí)造成區(qū)域缺氧,導(dǎo)致窒息;高溫氣體包括高溫蒸汽、凝結(jié)水汽化、循環(huán)風(fēng),氮?dú)獾男孤┖团趴湛赡芤馉C傷和設(shè)備損壞。

可以采取的措施有:管道系統(tǒng)密閉嚴(yán)防泄漏;系統(tǒng)惰性化;氮?dú)庀?裝置內(nèi)設(shè)置負(fù)壓清掃系統(tǒng);燃料氣管道設(shè)置阻火器;動(dòng)設(shè)備采用低噪音設(shè)備;強(qiáng)制通風(fēng);有可能因氮?dú)庑孤┰斐扇毖醯沫h(huán)境懸掛安全警示牌;在進(jìn)入可能出現(xiàn)缺氧環(huán)境的空間進(jìn)行維修或操作時(shí),佩戴空氣呼吸器。

4 環(huán)境因素分析

磨煤干燥過(guò)程中,能夠影響到環(huán)境的因素主要有:煤粉的泄漏造成環(huán)境的污染;氣體燃燒以及輸送過(guò)程中所用的二氧化碳的排放;系統(tǒng)過(guò)程中污染水的排放等。煤粉泄漏引起的因素很多,主要是要對(duì)設(shè)備的加工、管道的焊接等進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)制造;氣體燃燒排放以及二氧化碳輸送中所用的二氧化碳,必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的處理,在排放到大氣中的時(shí)候,必須滿足環(huán)保的要求;系統(tǒng)過(guò)程中產(chǎn)生的污水,必須進(jìn)行凈化處理,嚴(yán)禁直接排放。

5 總結(jié)

針對(duì)磨煤干燥流程,進(jìn)行了初步的分析總結(jié),對(duì)于系統(tǒng)中可以考慮改進(jìn)的部分也進(jìn)行了描述,優(yōu)化工序,才能合理、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行系統(tǒng),為下游氣化工序提供合格的煤粉產(chǎn)品。