離心機(jī)在煤化工行業(yè)上的應(yīng)用報(bào)告

夏 堅(jiān)

(重慶江北機(jī)械有限責(zé)任公司， 重慶 400714)

在傳統(tǒng)的煤化工行業(yè)中，離心分離設(shè)備已經(jīng)有了不少應(yīng)用，如煉焦的脫硫、電石渣的分離、煤炭的洗選等。近年來(lái)重慶江北機(jī)械有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱重慶江北機(jī)械)所生產(chǎn)的設(shè)備在煤的氣化、液化,以及煙氣中硫的回收等方面的離心分離應(yīng)用也很廣泛，如：在煤氣化沉降槽黑水的分離中，臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)(簡(jiǎn)稱臥螺離心機(jī))可取代真空帶式過濾機(jī)；在煤焦油的分離中，臥螺離心機(jī)可取代進(jìn)口設(shè)備；在氨法煙氣脫硫流程中，雙級(jí)活塞氨法煙氣脫硫?qū)C(jī)大大提高了易損件的壽命，具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

1 臥螺離心機(jī)在煤氣化沉降槽黑水中的應(yīng)用

1.1 煤氣化沉降槽黑水處理現(xiàn)狀

煤氣化工藝是生產(chǎn)合成氣產(chǎn)品的主要途徑之一，通過氣化過程將固態(tài)的煤轉(zhuǎn)化成氣態(tài)的合成氣，同時(shí)副產(chǎn)蒸汽、焦油、灰渣等副產(chǎn)品。隨著現(xiàn)代煤化工的發(fā)展，氣流床氣化技術(shù)逐漸成為煤氣化技術(shù)的主流，主要分為干煤粉加壓氣化技術(shù)和水煤漿加壓氣化技術(shù)兩種，其中包括HT-L粉煤加壓技術(shù)、Shell干煤粉氣化技術(shù)、GE水煤漿氣化技術(shù)、BGL熔渣氣化技術(shù)、水煤漿水冷壁氣化技術(shù)等。

在氣流床氣化爐中，煤與氣化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以把煤炭轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂嫌脷饣蚧ず铣蓺?。氣流床煤氣化灰水處理工藝主要為采用水煤漿和干粉煤為原料的氣化爐工藝，其流程為黑水經(jīng)過2級(jí)或3級(jí)閃蒸后，采用沉降槽添加絮凝劑進(jìn)行沉降分離。沉降槽的上層清液進(jìn)入黑水系統(tǒng)，循環(huán)利用；下層濁液進(jìn)入過濾分離系統(tǒng)，通過臥螺離心機(jī)或真空帶式過濾機(jī)分離出濾餅(氣化細(xì)渣)[1]。

1.2 臥螺離心機(jī)與過濾機(jī)的對(duì)比

臥螺離心機(jī)具有運(yùn)行連續(xù)、結(jié)構(gòu)緊湊、占地小、操作維修方便、自動(dòng)化程度高、全封閉操作等特點(diǎn)，可以減少對(duì)周邊環(huán)境的污染，同時(shí)降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，初次調(diào)試成功后可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,良好地解決了生產(chǎn)問題,提高了工作效率[2]。

過濾機(jī)以物料重力和真空作為推動(dòng)力， 當(dāng)液體通過過濾介質(zhì)時(shí)，固體顆粒被截留從而達(dá)到固液分離的效果[3]。過濾機(jī)大多存在水耗高、跑漿、濾布磨損更換頻率高的問題，遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前的環(huán)保排放許可證制度和水耗的控制。

國(guó)內(nèi)某大型煤氣化裝置一期采用真空帶式過濾機(jī)，二期采用臥螺離心機(jī)，其參數(shù)對(duì)比見表1。

由表1可以看出， 臥螺離心機(jī)主要有以下優(yōu)勢(shì)：

表1 真空帶式過濾機(jī)與臥螺離心機(jī)參數(shù)對(duì)比

(1) 臥螺離心機(jī)濾餅含水率比真空過濾機(jī)濾餅含水率更加穩(wěn)定，利于濾餅后工序的運(yùn)輸，不淌水，干度更高。

(2) 臥螺離心機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小;真空過濾機(jī)廠房大，基建投資大。

(3) 臥螺離心機(jī)自動(dòng)化程度高，人員操作強(qiáng)度低。

(4) 臥螺離心機(jī)易損件比真空帶式過濾機(jī)少且日常維護(hù)方便簡(jiǎn)單。

(5) 真空帶式過濾機(jī)為敞開式，臥螺離心機(jī)為全封閉式，二次污染小，使用后現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境變得清潔干燥。

(6) 臥螺離心機(jī)初次投資成本低，且電耗及沖洗水量相比真空帶式過濾機(jī)大幅減少，能耗降低從而節(jié)約成本。

1.3 臥螺離心機(jī)的典型應(yīng)用

1.3.1 案例1

中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司 (簡(jiǎn)稱中天合創(chuàng))是集煤炭、煤化工產(chǎn)品和電力生產(chǎn)為一體的特大型煤炭深加工現(xiàn)代化企業(yè)。該公司因煤氣化裝置灰水處理單元技改需要，于2018年8月從重慶江北機(jī)械訂購(gòu)了2臺(tái)LW650×2730-NB臥螺離心機(jī)替代真空抽濾機(jī)用于分離水煤漿氣化沉降槽黑水。

2019年中旬完成了設(shè)備安裝和設(shè)備調(diào)試等各方面工作，并連續(xù)負(fù)荷運(yùn)行正常，其現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表2，具體現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備見圖1，脫水后固相狀態(tài)見圖2，出液狀態(tài)見圖3。

圖1 中天合創(chuàng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)圖

圖2 現(xiàn)場(chǎng)脫水后固相狀態(tài)

圖3 現(xiàn)場(chǎng)出液狀態(tài)

表2 中天合創(chuàng)臥螺離心機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

目前該設(shè)備已在現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)運(yùn)行了1 a左右，根據(jù)使用情況來(lái)看，該LW650×2730-NB臥螺離心機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)使用狀況良好，可以很好地滿足煤化工的煤氣化沉降槽黑水的分離要求，且運(yùn)行可靠性高，可全天24 h無(wú)故障運(yùn)行，較早期真空帶式過濾機(jī)的日常維修和維護(hù)成本有明顯好轉(zhuǎn)。該臥螺離心機(jī)產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、自動(dòng)化程度高、分離效果良好；自設(shè)備調(diào)試投入正常生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)以來(lái)，較好地滿足了對(duì)水煤漿氣化沉降槽黑水的分離要求。

1.3.2 案例2

呼倫貝爾金新化工有限公司(簡(jiǎn)稱金新化工)是一家由云南云天化股份有限公司控股、香港金新集團(tuán)參股的中外合資公司。該公司因5080項(xiàng)目產(chǎn)生的煤氣化沉降槽黑水需要分離處理，于2014年3月訂購(gòu)重慶江北機(jī)械2臺(tái)LW520×2184-NB臥螺離心機(jī)及其成套設(shè)備。

2015年初完成了設(shè)備安裝和設(shè)備調(diào)試等各方面工作，并連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行正常，完成了設(shè)備驗(yàn)收，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表3，具體現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備見圖4，脫水后固相狀態(tài)見圖5。

表3 金新化工臥螺離心機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

圖4 金新化工設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)圖

圖5 現(xiàn)場(chǎng)脫水后固相狀態(tài)

目前該設(shè)備已在現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)運(yùn)行了5 a左右，根據(jù)使用情況來(lái)看，該LW520×2184-NB臥螺離心機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)使用狀況良好，可以很好地滿足煤化工的煤氣沉降槽黑水的分離要求。該臥螺離心機(jī)及其成套設(shè)備各方面性能先進(jìn)、適應(yīng)濃度變化大、耐負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)、脫水效果好;同時(shí),故障率低、日常維護(hù)成本低。

2 臥螺離心機(jī)在煤焦油中的應(yīng)用

隨著煤焦油深加工技術(shù)的發(fā)展，不斷提取出高附加值的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)煤焦油深加工市場(chǎng)蓬勃發(fā)展。煤焦油是一種黑色或褐色黏稠液體，又稱為煤溚,氣味與萘或芳香烴相似。它是在干餾煤制焦炭和煤氣時(shí)的副產(chǎn)物。煤焦油的成分復(fù)雜，主要是酚類、芳香烴和雜環(huán)化合物的混合物。多數(shù)情況下對(duì)煤焦油進(jìn)行專門的分離、提純后再加以利用。

在煤焦油的分離上早期國(guó)內(nèi)普遍采用的是進(jìn)口flottweg兩相和三相Z6系列離心機(jī)，其具有分離因數(shù)大和運(yùn)行可靠等優(yōu)勢(shì)；但是隨著國(guó)內(nèi)離心機(jī)自主研發(fā)水平的不斷創(chuàng)新，目前已基本可替代進(jìn)口品牌離心機(jī)。國(guó)內(nèi)離心機(jī)分離因數(shù)可達(dá)到3 500g(g為重力加速度)，設(shè)備全速運(yùn)行振動(dòng)在3 mm/s以下，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行[4-5]。

內(nèi)蒙古海峽能源集團(tuán)有限公司(簡(jiǎn)稱海峽能源)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市蘇里格經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)圖克工業(yè)園項(xiàng)目區(qū)內(nèi)，是一家專業(yè)處理危險(xiǎn)廢物的環(huán)保新型企業(yè)。海峽能源因煤焦油分離加工項(xiàng)目需要，于2017年中旬至2020年先后從重慶江北機(jī)械訂購(gòu)了多臺(tái)LW650、LWSX650和LW720臥螺離心機(jī)用于煤焦油分離提純，其部分現(xiàn)場(chǎng)和分離照片見圖6～圖9。

圖6 LW720現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖

圖7 分離煤瀝青的固相狀態(tài)圖

圖8 LW650現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖

圖9 分離煤焦油的固相狀態(tài)圖

通過長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，目前設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)使用效果較好。LW650臥螺離心機(jī)出渣含油質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10%，可實(shí)現(xiàn)煤粉的后工序直接使用；LWSX650臥螺離心機(jī)出油含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3%、出油含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于2%；LW720臥螺離心機(jī)出油含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3%。各型號(hào)臥螺離心機(jī)的運(yùn)行和分離指標(biāo)良好，可以很好地實(shí)現(xiàn)煤焦油的分離，且具有自動(dòng)化程度高、故障率低和日常維護(hù)成本低等優(yōu)勢(shì)，可替代進(jìn)口離心機(jī)。

3 雙級(jí)活塞離心機(jī)在氨法煙氣脫硫上的應(yīng)用

3.1 氨法煙氣脫硫處理現(xiàn)狀

氨法脫硫技術(shù)作為濕法脫硫技術(shù)的一種，具有脫硫效率高、無(wú)固廢產(chǎn)生、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，是屬于可資源化的脫硫技術(shù)之一。近年來(lái)得到了環(huán)保相關(guān)部門的政策鼓勵(lì)，氨法脫硫技術(shù)在中國(guó)得到了快速的推廣應(yīng)用。氨法脫硫技術(shù)工藝是根據(jù)氨與SO2、水反應(yīng)生成脫硫產(chǎn)物的基本機(jī)理而進(jìn)行的，脫硫效率穩(wěn)定在95%以上，副產(chǎn)硫酸銨達(dá)到GB 535—1995《硫酸銨》中農(nóng)用硫酸銨一級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)，含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥ 21%。

山東京博控股集團(tuán)博興恒豐熱電有限公司(簡(jiǎn)稱恒豐熱電)早期在煙氣脫硫流程中嘗試過GKH1250-NE臥式虹吸刮刀離心機(jī)，但由于煙氣除塵不徹底，得到的硫酸銨懸浮液含有一定量的煙灰，硫酸銨晶體粒徑偏小，在離心機(jī)運(yùn)行過程中脫水速度慢，導(dǎo)致產(chǎn)量小、效率低,整體效果不理想。隨著工藝改進(jìn)，硫酸銨晶體顆粒狀況等已經(jīng)適宜采用效率更高的活塞離心機(jī)；接著在氨法煙氣脫硫流程中又嘗試過HY800-N單級(jí)活塞離心機(jī)，但效果仍然不理想。接著恒豐熱電又采用性能更高的雙級(jí)活塞推料離心機(jī)在煙氣脫硫項(xiàng)目中進(jìn)行嘗試，效果不佳，主要表現(xiàn)在氨法硫酸銨晶體粒度較細(xì)，脫水難度大，產(chǎn)量、含濕量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；氨法硫酸銨對(duì)離心機(jī)的磨損速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此前活塞離心機(jī)應(yīng)用過的其他物料。

3.2 雙級(jí)活塞離心機(jī)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

重慶江北機(jī)械結(jié)合數(shù)十年豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和早期嘗試的試驗(yàn)情況，專門開發(fā)了采用特殊篩網(wǎng)材質(zhì)(WH-4)、特殊刮刀結(jié)構(gòu)和特殊布料機(jī)構(gòu)的HR400-NB、HR500-NA、HR630-NB、HR800-NA雙級(jí)活塞氨法煙氣脫硫?qū)C(jī)，完全避免了以前使用中出現(xiàn)的各種問題，提高了離心機(jī)產(chǎn)量,降低了含濕量，且布料機(jī)構(gòu)等易損件壽命提高到1 a以上(其他公司同類產(chǎn)品的布料機(jī)構(gòu)等易損件壽命不超過3個(gè)月)。

重慶江北機(jī)械開發(fā)的雙級(jí)活塞氨法煙氣脫硫?qū)C(jī)得到了十多家國(guó)內(nèi)環(huán)保脫硫知名工程設(shè)計(jì)公司的廣泛認(rèn)可，市場(chǎng)反應(yīng)良好。雙級(jí)活塞氨法煙氣脫硫?qū)C(jī)技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用數(shù)據(jù)見表4。

表4 雙級(jí)活塞氨法煙氣脫硫?qū)C(jī)技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用數(shù)據(jù)

雙級(jí)活塞氨法煙氣脫硫?qū)C(jī)的結(jié)構(gòu)為重慶江北機(jī)械首創(chuàng)，獲得了2項(xiàng)國(guó)家專利[6-7]。雙級(jí)活塞氨法煙氣脫硫?qū)C(jī)解決了氨法煙氣脫硫中分離工序的核心技術(shù)難點(diǎn)，為氨法煙氣脫硫技術(shù)的大力推廣打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3 雙級(jí)活塞氨法煙氣脫硫?qū)C(jī)的典型應(yīng)用

廣西水利電力建設(shè)集團(tuán)有限公司田東電廠2×135 MW機(jī)組煙氣脫硫技改擴(kuò)建工程，按照二爐一塔方式建設(shè)，脫硫塔徑14 m，高95 m(其中煙囪高53 m),總煙氣體積流量為115萬(wàn)m3/h，設(shè)計(jì)燃煤含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，SO2質(zhì)量濃度為4 800～5 000 mg/m3，共用1個(gè)硫銨后續(xù)系統(tǒng)，脫硫效率大于95%，年副產(chǎn)硫酸銨約10萬(wàn)t，使用HR630-NB雙級(jí)活塞氨法煙氣脫硫?qū)C(jī)，大大節(jié)約了運(yùn)行成本。氨法煙氣脫硫工藝流程見圖10。

4 結(jié)語(yǔ)

重慶江北機(jī)械生產(chǎn)的各類離心機(jī)廣泛運(yùn)用于煤化工領(lǐng)域，其臥螺離心機(jī)產(chǎn)品的不斷更新升級(jí)、活塞離心機(jī)的專機(jī)開發(fā)和刮刀離心機(jī)的聯(lián)合研制，為煤化工的綠色可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐，為中國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供新的離心分離手段。

圖10 氨法煙氣脫硫工藝流程