型煤气化技术在我公司的应用

薛莹莹

(山东兖矿峄山化工有限公司,山东邹城 273500)

随着山西煤炭转化本地化战略的实施,外运无烟块煤日益减少,如何减少企业对山西无烟块煤的依赖,降低氮肥生产成本,成为制约企业命脉的关键问题。经过市场调研,发现有大量的优质无烟粉煤积压,部分地区达到数千万吨。因此,粉煤加工成造气型煤,既能解决造气块煤紧缺,又可以扩大粉煤利用途径。

1 生产规模以及现状

兖矿峄山化工有限公司生产规模为合成氨300 kt/a,尿素460 kt/a,目前共有27台造气炉,正常生产时开20台,每年消耗无烟煤40多万吨,加工产生的煤末70 kt。

煤棒生产对煤末的质量要求相对宽松,如果把每年剩余的煤末,以及外购白煤末来生产煤棒,可以减少对无烟块煤的过度依赖,有效的控制成本。经考察论证,公司决定新上一套200 kt/a的煤棒生产线。

2 型煤生产线工艺流程简介

2.1 制造原理及工艺流程

型煤制造原理 将无烟煤粉碎后加入定量的粘结剂,经过沤制、高压成型、烘干后进入造气炉,替代块煤气化。具体流程如下。

进厂无烟粉煤或块煤经过筛分后进入定量螺旋给料器,经破碎机破碎以后,进入一级双轴搅拌机,此时加入制备好的腐殖酸钠粘结剂,经二次双轴搅拌后进入沤制池,堆沤56～72 h以后,用皮带运输至单轴搅拌机,再经单轴搅拌机送料至煤棒机制作成湿煤棒;湿煤棒经皮带输送至新型静态烘干炉,经过4～6 h烘干以后,水分达到5%～7%,再将干煤棒输送到自动加煤机供造气使用。见图1。

2.2 掺烧煤棒配比(如图2所示)

3 工艺特点

(1)采用鼠笼式破碎机进行加工,可破碎至3 mm以下,颗粒均匀,能够大量增加粘结面积。

(2)采用二级搅拌,搅拌均匀、充分,对原煤的适应性较强。

(3)采用静态烘干技术,投资少,烘干效果好,破碎率低,能耗低。

图1 煤棒生产线流程简图

图2 造气炉运行方式示意图

(4)自动加煤机的使用,降低了造气对煤棒质量的要求,增加了操作弹性和炉况的稳定性,完全实现煤棒自动添加。

(5)改善了粘结剂的配方,增强了粘结性能。块煤筛粉、进厂原煤经破碎后,直径小于3 mm,全部利用制作煤棒,实现造气多煤种全面利用。

(6)采用新型烘干炉后,干煤棒水分可达7%以下,强度高且含粉率低,为实现自动加煤创造了条件,满足了造气生产的需要。

4 装置运行后全厂气量核算

公司年产300 kt氨醇,以吨氨消耗半水煤气3 000 m3计算,造气系统每年需产半水煤气:

300×103t×3 300 m3/t=99000×104m3

以煤棒投用后的造气炉运行方式计算造气炉年产半水煤气量。单炉烧煤棒产气量按5000m3/h计算,10台单烧煤棒造气炉年产气量:

10台×5000 m3/(台·h)×24 h×330 d/a =39 600×104m3/a

单炉烧块煤产气量按6 000 m3/h(峄化数据)计算,12台烧块煤造气炉年产气量:

12台×6000 m3/(台·h)×24 h×330 d/a =57 024×104m3/a

22台造气炉年产半水煤气量:39 600×104+57 024×104=99624×104m3

由以上计算可知,这种掺烧的方式可以满足峄化公司年产300 kt氨醇所需的半水煤气量。

5 该生产线主要设备配置

以干煤棒产能为选型依据:型煤生产线工作制度设计为,330 d/a;18 h/d,200 kt/a,即33.67 t/h。

(1)一段生产线 设计布置2条破碎线,占地面积36×42=1 512 m2,气体能够及时排出。主要有以下设备。

①往复式给料机:100 m3/h,设计选用2台。

②原料煤输送皮带机:B=500 mm,Q= 60 t/h,L=12 m,设计选用2部。

③振动筛:型号 Y1224,生产能力 20～30 t/h,设计选用2台。

④细末煤输送皮带机:B=500 mm,Q= 60 t/h,L=8.15 m,设计选用2部。

⑤鼠笼式破碎机:生产能力15～25t/h,设计选用2台。

⑥埋刮板机:生产能力18～74 m3/h,设计选用2台。

⑦双轴搅拌机:生产能力15～25t/h,设计选用4台。

(2)沤制池 设计10座,有效高度取5.5 m,每座净容积14×6×5.5=462m3;其有效容积为60%,混合后半熟料的堆积密度按0.6 t/m3计,则每个座库存量为462×0.6×0.6=166.32 t。故10座库(池)为166.32×10=1 663.2 t。

年产200 kt干煤棒折算每天需生产混合后半熟料645 t,1663.2 t/645 t/d=2.58 d。该段主要有以下设备。

①半熟料输送皮带机:B=650 mm,Q= 80 t/h,L=52 m,设计选用1台。

②半熟料装库皮带机:B=650 mm,Q= 80 t/h,L=55 m,设计选用2台。

(3)二段生产线 设计布置2条成型、烘干线,占地面积36×60=2 160 m2,烘干炉区厂房屋面高,设计留有排气窗,产生的气体能够及时排到高空。主要有以下设备及设施。

①熟料装载皮带机:B=800 mm,Q= 100 t/h,L=26 m,设计选用1台。

②熟料输送皮带机:Q=100 t/h,L= 29.2 m,设计选用1台。

③熟料转载皮带机:Q=80 t/h,L=9.1 m,设计选用2台。

④单轴搅拌机:生产能力15～25t/h,设计选用6台。

⑤煤棒机:生产能力8～12 t/h,设计选用6台。

⑥煤棒装炉皮带机:Q=80 t/h,L=58 m,设计选用2台。

⑦烘干炉:设计2座,8仓格/座。每个仓格的烘干炉的有效容积为:长×宽×高+漏斗锥体容积=35 m3,每天出料4仓。

⑧引风机:N=55 kW,设计2台,与烘干炉配套。

⑨热风炉:热风温度110℃,烟气流量约为20 000 m3/h,设计2台,与烘干炉配套。

⑩永磁除铁器:设计选用1台。

(4)末煤库 由于煤棒制作对原煤水分要求较高(6%以下),因此必须配套建设煤库储存无烟煤末,占地面积42×24=1008 m2。

(5)配套建设维修、化验、配电室等。

6 相关造气工段的改造

造气炉配套使用全能型自动加煤机,实现不停炉加煤,每一个循环加煤一次,特殊情况下一个循环可加两次煤,而且可以控制在吹风或下吹阶段加煤。煤气炉炭层控制稳定,波动少,提高了煤气炉有效炭层,相应提高了煤气炉的生产能力,单炉发气量提高,从而达到降低消耗的目的。经过考察验证,在运行稳定的情况下,造气炉烧煤棒发气量与烧块煤相差无几;蒸汽消耗高5%左右,如果造气系统内部蒸汽平衡进一步优化,可不增加蒸汽消耗;造气炉检修周期也大致相同,不会增加维修费用。

同时,使用炉况优化控制DCS系统,能自动优化操作,方便管理,稳定炉况,生产负荷稳定,产气量明显提高,消耗明显下降,对煤种的切换具有很强的自适应能力,减轻了工人的劳动强度以及管理强度。

煤棒生产线投用后,公司还需采购230 kt/a无烟煤末以供煤棒和煤球生产需要,生产出的200 kt/a煤棒供10台造气炉用。

7 经济效益分析

以目前实际产量和消耗水平,峄化公司平均一吨氨耗无烟块煤1.25 t,块煤按1 050元/t计算,吨氨煤耗成本1312.5元。

一吨氨耗煤棒 1.6 t,以煤棒入炉成本681.06元/t计算,吨氨耗煤成本1021.59元。

造气车间日烧煤棒600 t,煤棒产氨按600/ 1.6=375 t计算,每天可降低原料煤成本375× (1 312.5-1 106.96)=109 091.25元;一年按330 d计算,200 kt/a煤棒生产线满负荷运行后可节约原料煤成本109091.25×330=3600万元。

8 结 论

本项目采用煤末制型煤替代稀有的无烟块煤,大幅度降低生产成本。系统输送皮带机的选型,在满足生产运输能力的前提下,准确设计功率,可降低能耗。所产煤棒强度高、热稳定性好、烘干效果好,既使得原料煤末得到应用,又降低了成本,是当前合成氨企业正在大力推广的新兴节能降耗技术。这是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择;也是推进经济结构调整,转变增长方式的必由之路。