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煤气化装置煤粉气化炉细灰脱水技术探讨

发表时间：2021/4/15 来源：《基层建设》2020年第32期作者：曹树仁

[导读] 摘要：随着气化技术的不断发展及环保要求的不断提高，气化装置气化灰水处理的效果关系到煤化工装置的平稳运行。

        贵州天福化工有限责任公司贵州省福泉市 550501
        摘要：随着气化技术的不断发展及环保要求的不断提高，气化装置气化灰水处理的效果关系到煤化工装置的平稳运行。根据试验研究得到的气化灰特点，比较了几种常用的过滤设备，并介绍了它们在实际运行中的效果和存在问题，有针对性地提出选型意见，为气化装置的平稳运行提供保障。
        关键词：煤气化装置；细灰脱水；过滤机；使用效果
        1概述
        以煤为原料制烯烃是我国战略部署的需要，同时也能促进煤炭资源的多元化利用。其中煤气化装置的长期平稳运行，其产生的废水、废气及废渣得到合理处置是装置长期运行、环保的基本要求。某煤气化装置的气化炉采用SE技术，原煤经制粉、干燥后以干粉形式喷入气化炉进行气化反应，生成的合成气经过急冷、水洗后进入下游净化装置。其中水洗后部分水经沉降槽沉降后，经灰水提升泵提升至灰水处理装置，分离出的灰水部分回装置循环使用，部分去污水处理厂，细灰外运综合利用，目前该装置采用带式真空过滤机分离灰水。
        2气化灰水中细灰的特点
        气化细渣从外观上看为粉末状，干燥的细渣长时间放置后，外在水增加容易黏结成团；在通过扫描电镜观察发现细渣中大部分颗粒则呈絮团状，颗粒蓬松且表面较多孔隙。有研究发现气流床灰渣表面覆盖着细小球体和絮团状部分，发现粗渣中的絮状物和球体是连续分布的。而细渣中的球体与凝絮物是分离的。另外，无论是粗渣还是细渣，其絮团状物的残碳含量总是高于球体，研究者认为炉渣中的细颗粒无机物倾向于形成球体，而残余碳倾向于以絮状形态存在。
        3常用的细灰脱水设备
        目前，用于煤气化细灰脱水的主要设备有：真空皮带过滤机、离心脱水机、转鼓式真空过滤机、板框压滤机、神耀压滤机，以及配合以上设备使用的滤饼二次干燥设备等。
        3.1真空带式过滤机
        带式真空过滤机以滤布为过滤介质，采用整体的环形橡胶带作为真空室。环形橡胶带由传动装置传动连续运行，滤布铺敷在胶带上与之同步运行，胶带与真空滑台接触，料浆由布料器均匀地分布在滤布上。当真空室接通真空系统时，在橡胶带上形成真空抽滤区，滤液穿过滤布经橡胶带上的横沟槽汇总，并由中心孔进入真空室；固体颗料被截留在滤布上形成滤饼，随着胶带的移动已形成的滤饼受压力差影响逐步被脱干；然后滤布与胶带分开，在卸料辊处将滤饼卸出；进入真空室的液体经气水分离器排出。带式真空过滤机实现了连续运行、连续过滤，物料从进料、脱水、卸渣到滤布清洗，是连续生产装置比较好的配套设备。但是，气化细灰黏性大，容易堵塞滤布且不易清洗，采用真空带式过滤机过滤灰水的效果不会太好。在实际运行中，正常情况下滤饼的含水率w（H2O）为55%，但真空过滤机的滤布经常堵塞，滤布破损情况也经常发生，造成该设备操作强度大、能耗高、操作间环境卫生差等问题；因滤布需经常更换，更换滤布后，时间不长，过滤或滤饼就出现水含量高，且滤饼皮带黏料，装车后有水渗出；滤布更换后期，细灰呈河底淤泥状，难以达到运输及后期综合化利用的要求，严重影响装置的连续稳定运行。因此，某灰水处理系统采用的该过滤设备需进行改造。
        3.2离心脱水机
        离心脱水机主要由转筒和带空心转轴的螺旋输送器组成，物料由空心转轴送入转筒后在高速旋转产生的离心力作用下，立即被甩入转腔内。固体颗粒密度较大，因而产生的离心力也较大，被甩贴在转毂内壁上，形成固体层；水密度小，离心力也小，只在固体层内侧产生液体层。固体层的污泥在螺旋输送器的缓慢推动下，被输送到转载的锥端，经转载周围的出口连续排出，液体则由堰四溢流排至转载外，汇集后排出脱水机。

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        3.3转鼓式真空过滤机
        转鼓真空过滤机也称转筒真空过滤机，是一种连续生产和机械化程度较高的过滤设备。该设备的主体是一个回转的真空滤筒，滤筒转动时，凭借分配头的作用使这些孔道分别与真空管路及压缩空气管路相通，因而在回转一周的过程中，每个扇形格表面即可按顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等操作。离心脱水机和转鼓式真空过滤机的单机功率高，在固含量高的灰水中处理能力小，转动设备的磨损大，投资高，在煤化工领域的使用业绩少。
        3.4板框式压滤机
        随着板框压滤的技术的不断发展，目前处理灰水常用的板框压滤机为隔膜式板框压滤机，板框式隔膜压滤机与普通板框式压滤机的主要区别是两滤板间增加一层隔膜滤板，滤板材质为增强聚丙烯+TPE弹性体。在加压入料过滤结束时，将高压流体介质注入隔膜腔体内，这时整块隔膜就会胀起挤压滤饼，实现滤饼的进一步脱水，即压榨过滤。根据过滤物料特性不同，压滤机可分别设置进料脱水、挤压脱水、风吹脱水，目的就是最大限度地降低滤饼水分。该装置采用给料低压过滤，高压压榨，可以减少过滤周期。
        该装置结构简单，操作简便，运行可靠，故障率低，维护保养容易，设备使用寿命长，过滤压力大，滤饼含水量低。过滤范围广，且单位过滤面积占地较少。但该设备不能连续运行，滤布消耗大，易堵塞，难以实现连续自动运行。某地公司根据煤化工项目的特点，结合板框压滤的特点，开发了压滤+热水加热+真空抽滤的分离干燥系统，该系统所得滤饼含水率低，基本不会残留在滤布上，滤布无需反吹或冲洗步骤，消耗和劳动强度都较低，现场环境好。隔膜压滤机单台设备需1人值守，滤布挂料时可能需要人工干预，定期更换滤布；神耀压滤机单台设备需0.5人值守，定期更换滤布。
        4运行效果及经济效益估算
        从上述分析可以看出，目前运行的真空带式过滤机效果不佳，需进行改造，离心脱水机和转鼓式真空过滤机为转动设备，在使用过程中介质和过滤（转动）元件有相对运动，易磨损设备，能耗高，对于大型煤化工项目使用业绩少。而神耀压滤机目前只有一台过滤面积200m2示范装置，且该装置投资高，处理量小、设备占地大，工业化应用业绩少。隔膜式板框压滤机应用业绩多，单台设备处理量大，但在压滤过程中滤饼可能会黏附在滤布表面，自动反吹不能去除时，需要人工清理。在确保灰水含水量合格，投资较少的情况下，采用隔膜式板框压滤机不失为最有效的处理技术。实际上，在隔膜式板框压滤机的用户中，在已建成的装置上，经过调研发现其处理效果较好，处理后细灰的w（H2O）能到达45%。部分用户单位，在灰渣处理后，经过直接与煤按一定混合后进行掺烧，取得了较好的成功经验。通过上述分析及实际用户的使用情况，项目改造使用板框压滤机后，可将滤饼w（H2O）从55%降低至45%。以干灰量26．7t/h，滤饼运输量减少量258．9t/d，目前该厂吨灰渣综合处理运费35元计，年节约成本约330万元，经济效益明显，关键是通过该改造可以确保装置的平稳运行，灰渣得到及时处理，全厂的经济环保效益得到保障。
        5结束语
        现代煤化工项目中灰水分离技术的选择，需结合气化技术特点，分析灰水特性，确保装置长周期稳定运行，合理选择灰水分离装置。在煤粉气化技术的灰水分离中，采用隔膜式板框压滤机能为装置的平稳运行提供基本保障。但由于板框压滤设备为间隙性操作，细灰易黏附在滤布表面，人工操作强度大，需进一步研究该装置的自动化操作水平。针对气化细灰中含碳量高的情况，在外运的情况下，可以考虑煤化工项目自身建设有锅炉的优势，研究工厂内部进行消化细灰的能力。
        参考文献：
        ［1］盛羽静．气流床气化灰渣的理化特性研究［D］．上海：华东理工大学工程硕士学位论文，2017．
        ［2］王淦．卧式离心机与带式压滤机的比较［J］．工业用水及废水，2002，33（1）：36～38．
        ［3］曹真真，江涛，孟雪．水煤浆气化细渣脱水板框压滤机运行总结［J］．大氮肥，2019，42（5）：292～294．