第五章 技术方案
5.1 备煤装置 5.1.1 概述
备煤装置的任务是将原料煤磨碎、干燥，为气化装置和热力系统提供合格的原料和燃料。原煤来自工厂界外的煤筒仓（煤筒仓由煤矿考虑），经原煤贮运系统送至本装置。本装置包括热力系统原料煤制备1个系列和气化原料煤制备3个系列。所使用的原料煤规格和用量列入表5-1和表5-2。
表5-1 煤质分析数据
项 目 水分 Mar% 灰分 Aar% 挥发分 Var% C H 元素分析 N ar % S O 发热量Qnet,ar MJ/kg 可磨系数 HGI 灰熔点 FT， ℃ 气化用煤 6.50 20.00 29.40 62.37 3.82 0.88 0.51 5.92 24.32 65 1610 表5-2 煤粉成品规格和用量
装置 成品规格 粒度 水份 方案 成品量 t/h 209 209 167 167 t/d 5010 5010 4013 4013 原煤量 t/d 5251 5251 4013 4013 燃料用煤 5.50 30.00 25.80 54.73 3.35 0.77 0.52 5.13 21.33 65 1610 气化 热力 > 94%<250 μm 100%<500 μm <13mm < 2% 方案Ⅰ 方案Ⅱ 方案Ⅰ 方案Ⅱ
5.1.2 工艺技术方案选择
国内外常采用的煤制备流程有中间贮仓式和直吹式两种流程。采用的磨煤机有以下3种形式：
? 低速磨即钢球磨煤机，适用煤种广泛。一般适用于中、小规模。
? 中速磨即辊盘式磨煤机，也称立式磨，适用于磨损性较强的烟煤、贫煤和褐煤，最适宜原煤水分在25%以下，HGI指数在35～100的煤种。 ? 高速磨如风扇磨，适用于高水分、低灰分、磨损性不强的褐煤。
由于中速磨具有适用性广、能耗低、钢耗低、检修方便、噪音低等特点，因而得到广泛的应用。不仅在大中型电站，而且在冶金、建材、化工等行业都采用中速磨煤。
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我国已有北京、上海、沈阳引进国外技术形成系列生产，并且使用情况良好。
(1)煤粉制备系统型式
本项目气化装置使用GSP粉煤加压气化工艺技术，煤粉需用高压CO2输送，需设置粉煤加压筒仓，因此，煤粉制备系统采用中间贮仓式。
(2)磨机形式
采用辊盘式中速磨煤机。 (3)干燥热源
根据原煤挥发分高、易燃易爆的特点，干燥介质以热风炉烟气为主，并补充部分氮气以控制氧含量，并采用氮气作为系统的消防用气，确保系统安全。为减少煤尘排放量，节约能耗，干燥热风大部分循环使用，部分排放，以平衡系统的湿含量。
干燥用热风可由燃煤热风炉、燃气热风炉或全厂锅炉提供，三种方案比较见表5-3。
表5-3 备煤装置干燥方案比较
项目 燃料种类 主要设备配置 电消耗 工艺流程 设备台数 占地面积 操作条件 废渣排放 对煤粉质量影响 技术复杂程度 燃气热风炉 燃料气 燃气热风炉 电耗最低 简单 台数少 占地面积小 操作条件好 无废渣排放 无影响 不复杂 工厂开车时无副产燃开车情况 料气提供。为运行，备油。 燃煤热风炉 煤粉 燃煤热风炉 电耗低 复杂 台数多 占地面积大 操作条件差 有废渣排放 烟气中灰分会增加煤粉中灰分含量 较复杂 锅炉烟道气 450℃烟道气 热烟气鼓风机 电耗高 最简单 台数少 烟气管道占地面积大 操作条件好 不增加废渣排放 烟气中灰分会增加煤粉中灰分含量 高温大风量高压头风机难以解决 工厂开车时，因先启工厂开车时，运行备动锅炉系统，运行备煤气。 煤装置开车需用燃料煤装置，直接用燃料煤。 装置，直接用锅炉烟道 从表5-3可以看出，燃气热风炉方案流程紧凑，设备少、投资低、生产管理方便、对环境污染少，燃料气的烟气对煤粉的污染轻。燃煤热风炉方案流程复杂、设备多、投资高、生产卫生及操作条件较差，烟尘混入煤粉中将提高其灰分含量。锅炉烟道气方案存在高温大风量高压头风机难以解决的技术难题，大直径烟道气管道布置也存在困难。而本项目后续合成工艺将产生燃料尾气，正好可用作热风炉燃料，因此，本报告推荐采用燃气热风炉方案。
(4) 煤粉分离收集方式
国内过去常采用多细粉分离器加多管旋风、袋式收尘器的多级收尘方式，系统流
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程长、设备多、阻力大、运行故障多、尾气往往难以达到排放标准，现已逐步改进为大型长袋低压喷吹式收尘器一级分离收尘的方式，流程大为简化，设备少、阻力降低、运行故障少，可以保证尾气达到国家排放标准。该项技术在消化吸收的基础上已日臻成熟，已在各行业推广应用。本报告推荐采用大型长袋低压喷吹袋式收尘器，一级分离收尘技术。
(5) 煤粉的贮存和输送
本项目成品煤粉含水量为< 2%，为防止煤粉结拱堵塞，拟采用如下贮存和输送技术方案：
? 煤粉贮仓、溜管、输送设备均保温伴热，防止结露。
? 煤粉贮仓锥底出口附近加气流板充N2气流化助流。气化炉操作压力高，气化用煤粉采用高压CO2气密相输送，输送比400kg/m3。
(6) 备煤装置的系列配置和磨机的设置
备煤装置的系列配置和磨机设置基于下述三个方面：
? 备煤装置两个煤制备系统的系列数与下游气化装置和热力系统的系列数相对应，以便于操作和管理。
? 磨机能力适当留有富裕量，并设置备用机，以保证工艺生产正常。
为此，气化原料煤制备设置3系列生产线，热力系统原料煤制备设置1个系列。按照单系列的处理能力，气化原料煤制备系统每个系列设置1台磨机。 5.1.3 工艺说明
气化用的原煤由原煤贮运系统的带式输送机送入磨机前碎煤仓中，通过称重给煤机加到辊盘式中速磨中磨粉，从燃气热风炉送来的烟道气与循环气在混合器中混合，用调温风机送来的冷空气将热风调配到需要的温度后，热风送入中速磨将磨粉干燥，合格的煤粉吹入煤粉袋滤器中，分离下来的煤粉经袋滤器排粉螺旋、排粉旋转给料阀、螺旋输送机送入煤粉仓中，煤粉仓可贮存15h用量的煤粉。经分离后的尾气经循环风机加压后，部分循环至混合器，部分排入大气，排入大气中的尾气量根据煤的湿含量平衡通过比例调节器控制。
干燥后的煤粉通过系列输送系统送至气化炉，输送系统主要由煤粉给料斗、煤粉锁斗、高压煤粉发送斗和煤粉输送管组成。在煤粉锁斗处于常压状态时，打开上阀使煤粉给料斗中的煤粉通过旋转给料器流入锁斗，料满后关闭上阀，通入高压N2加压至4.5MPa后，打开下阀使煤粉自流进入高压煤粉发送斗，卸完后关闭下阀，排出N2降至常压再重复上述过程。高压给煤斗可贮存0.5h用量煤粉。高压煤粉仓中的煤粉用高压CO2经管道送往气化炉顶部喷嘴。
煤粉仓排出的气体、锁斗中排出的气体及给煤斗排出的气体经煤斗仓顶过滤器收尘后排入大气。分离下来的煤粉经袋滤器排粉螺旋排入煤粉仓。碎煤仓设有仓顶袋滤器和排风风机，所有袋滤器均采用N2喷吹清灰。
中速磨配备有密封风机和润滑、液压系统，并设置了设备检修用悬挂起重机，整
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个系统消防用气及助流流化用气均采用N2。 5.1.4 主要设备选择
气化装置用原料煤磨煤机选用ZGM113G辊盘式中速磨煤机，配置4台， 3开1备。磨机数量计算如下：
表5-4 磨机数量设计
序号 1 2 3 4 项 目 单台磨机处理能力 系统磨机数量 系统磨机处理能力 系统正常处理量 单位 t/h t/h t/h t/h 气化原料煤制备系统 85 4（3开1备） 255 227 煤粉袋式收尘器选用国内开发的长袋低压大型脉冲喷吹高浓度煤粉袋式收尘器，过滤气速1m/min，进口含尘浓度小于1000g/Nm3 ，排出口含尘浓度小于10mg/Nm3 。
除气化装置用的煤粉贮仓锁斗的进出口阀门需要进口外，本装置的其他设备及其辅助设备均为国产。 5.2 空分 5.2.1 概述
空分装置的作用是为气化装置提供所需的氧气和输送煤粉用的高压氮气以及公用工程所需的低压氮气。本装置的主要产品为：
表5-5 空分装置产品一览表
名称 规 格 单位 流量 112094 用 户 煤气化装置 备煤和气化装置 备煤装置 酸性气体脱除 氧气 高压氮气 低压氮气 低压氮气 纯度： 99.6% 压力： 4.8MPa 纯度： 99.99% 压力： 5.5MPa 纯度： 99.99% 压力： 0.6MPa 纯度： 99.99% 压力： 0.6MPa Nm3/h Nm3/h Nm3/h Nm3/h 263 10506 7128 本装置采用3套制氧能力为40000 Nm3/h 的空分设备以与气化装置3个系列3台气化炉相匹配，总的供氧能力为120000Nm3/h。 5.2.2 工艺技术方案选择
空分技术经过多年的不断发展，现在已步入大型全低压流程的阶段，能耗不断降低。大型全低压空分装置整个流程由空气压缩、空气预冷、空气净化、空气分离、产品输送所组成，其特点是：
(1) 采用高效的两级精馏制取高纯度的氧气和氮气。
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(2) 采用增压透平膨胀机，利用气体膨胀的输出功直接带动增压风机以节省能耗，提高制冷量。
(3) 热交换器采用高效的铝板翅式换热器，结构紧凑，传热效率高。
(4) 采用分子筛净化空气，具有流程简单、操作简便、运行稳定、安全可靠等优点，大大延长装置的连续运转周期。
由于产品氧气的用户对氧气的压力有一定要求，纯氧又是一种强氧化介质，氧气的增压工艺常常成为研究的一个重点。氧气的增压有两种方式，即采用氧气压缩机和液氧泵，前者压缩介质为气氧，在冷箱外压缩；后者压缩介质为液氧，在冷箱内压缩，分别称为外增压流程和内增压流程。最近制造厂又推出双泵内增压流程，即根据用户对高压氧气、高压氮气的要求，分别用液氧泵、液氮泵在冷箱内压缩气化后输出，其显著优点是投资省、维修费用低、安全可靠性高。
我国的空分制造厂与拥有世界一流技术的德国林德(LINDE)公司、美国空气产品和化学品公司(APCI)、法国空气液化公司等都建立了技术合作关系，能合作制造大型空分设备。
本项目气化装置要求使用纯度为99.6%，压力为4.8MPa的氧气，氧量为112094 Nm3/h，，具有气用量大、压力高的特点。因此本研究需要对空分装置的氧气增压流程和装置的系列数作出选择。
从能耗上看，相同制氧能力的空分装置，采用内压缩流程和外压缩流程的实际功耗相近。因为，尽管内增压流程使用了空气增压机来提供系统的部分制冷量，多压缩了氮气，理论上要多消耗了压缩功，但是空气增压机的效率比氧压机高，氧压机实际运行往往偏离其设计工况，两者实际的功耗是很接近的。
从安全方面分析，尽管外增压流程的使用也比较普遍，氧气压缩机的设计和制造水平不断提高，但是统计数据表明，国内用户使用的氧压机（包括进口氧压机）有多台次发生过燃烧事故，而内增压流程从未出现过类似事故。
从投资上看，两种流程相接近，内增压流程稍低一些。此外，使用液氧泵的内增压流程比使用氧压机的外增压流程操作、管理更为方便，维修工作量少，占地也少。因此，本研究推荐内增压流程。
本项目的气化装置采用3系列3台气化炉并联运行，为了便于装置的运行和管理，并尽量节约投资，本研究推荐采用3系列3套40000 Nm3/h空分装置并联运行的方式。目前国产40000Nm3/h空分装置运行良好，并正在建设50000Nm3/h级装置，因此建议采用国内厂家的空分设备。 5.2.3 工艺说明
从大气吸入的空气经空气过滤器滤去灰尘与机械杂质后，入空气压缩机加压至0.67MPa，然后进入空气冷却塔。空气在空冷塔下段与被污氮冷却的循环冷却水逆流接触而降温。然后通过上段与经液氨冷却的冷冻水逆流接触，降温到12℃入分子筛吸附器，清除空气中的水份、二氧化碳和碳氢化合物。
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