与循环流化床配套的干法排渣技术

肖红 樊崇（东华工程科技股份有限公司 义马煤业综能新能源有限责任公司）

与循环流化床配套的干法排渣技术

肖红 樊崇（东华工程科技股份有限公司 义马煤业综能新能源有限责任公司）

介绍了与循环流化床气化技术配套的干法排渣技术，属于新能源利用技术领域。为实现循环流化床气化工艺的干法排渣要求，高温高压的灰渣，通过水夹套锁斗、冷却系统等措施来减温减压，最终干渣通过皮带外排，实现干法排渣。

干法排渣;循环流化床气化;锁斗;旋转阀;夹套

我国煤炭资源丰富，石油资源相对短缺，大力发展新一代煤化工产业，以煤代油是我国技术经济发展过程中必须采取的一项措施，新一代煤化工的主要特点就是煤的洁净利用和劣质煤的综合利用。

义马煤业综能新能源有限责任公司煤制气项目，气化技术选择U-gas气化技术，气化采用义马长焰煤，技术来自于美国综合能源系统有限公司（“SES”），是美国气化技术研究院（GTI）研究开发成功的气化炉。气化炉操作压力为1.0MPaG，操作温度1000℃，项目建设地点为义马马庄工业园区，产品方案为甲醇。它具有煤种适应广（高水、高灰和高灰熔点的各类煤种，且不用块煤，用≤8mm的粉煤），气化炉温度适中（1000℃），碳转化率高（98%），产品煤气中不含焦油和酚，污水易于处理，气化炉结构简单，操作控制方便可靠，操作弹性大，干法排渣，节水环保等优点。

1 设计条件

气化后产生的渣采用固态排渣技术，排渣采用干法排渣，气化炉出口的灰渣由于高温、高压、磨损等特点，导致采用干法排渣技术存在较多问题需要解决，主要体现在：

(1)灰渣的温度为800～1000℃，压力为1.0Mpa，超出大多数钢材的最高许用温度，选材困难；

(2)灰渣为固体粉料，对设备和阀门会产生磨损、易堵等情况；

(3)灰渣的磨损、易堵等特性导致灰渣的物位测量难度大；

(4)灰渣来自气化炉底部出口，排渣会影响气化炉内的料位；

由于灰渣温度高，降温不能采用循环水，否则会产生结垢；

2 设计方案选择

干法排渣工段，需要将高温、高压的灰渣降压到常压，降温到100℃以内，满足汽车外运条件。

干法排渣技术，包括旋转排渣阀、带压缓冲斗、锁斗、渣锁过滤器、常压缓冲斗、冷渣机、输送带、渣库等设备，具体包括如下步骤：

(1)连续排渣

为满足连续排渣的要求，设置高温高压旋转排渣阀，此排渣阀采用高温合金钢复合材料和主体水夹套冷却结构，满足设备长周期运行；采用多种防卡料措施，防止设备过载与自我保护；采用变频电机，对速度、温度、压力、流量实时监测，与控制系统联锁；设备进出口的工作压力和轴气封的工作压力同步升降。

(2)降压

气化炉出口灰渣压力为炉内压力，在降温前先降压，通过锁斗充卸压进行减压。降压系统包括带压缓冲斗、锁斗、常压缓冲斗、渣锁过滤器。从旋转排渣阀排出来的高温高压灰渣源源不断因重力落入带压缓冲斗，带压缓冲斗与旋转排渣阀为直连，中间没有设置阀门，保证旋转排渣阀排出的灰渣直接落入带压缓冲斗，正常操作下，带压缓冲斗没有动作要求，均为高压收料状态。

(3)降温

常压缓冲斗的灰渣依靠重力进入冷渣机，通过脱盐水冷却，把灰渣的温度降至100℃以内。

(4)输送

冷却降压后的灰渣落入带式输送机，通过皮带和斗提等设备输送到渣库，最终汽车外运。考虑到灰渣的磨损，渣库内部衬有耐磨材料。

(5)自动控制程序

干法排渣系统由自动控制程序控制，无需操作人员进行人为操作。控制程序的顺控模式为：

带压缓冲斗充压→常压缓冲斗准备→带压缓冲斗进料→锁斗反吹→锁斗充压→锁斗收渣→锁斗卸压→锁斗排渣

3 工艺流程选择

每台气化炉对应两条排渣线，高温联锁阀进行切换。800～1000℃的高温高压灰渣出气化炉后进入旋转排渣阀，旋转排渣阀通过变频电机控制，根据气化炉的负荷调整排渣的速度，保持气化炉内床层料位的稳定。旋转排渣阀通过脱盐水冷却，CO2气体密封，以缓解操作工况的恶劣。旋转排渣阀和高温联锁阀、带压缓冲斗之间用水夹套管道连接。带压缓冲斗的压力和气化炉压力保持一致，旋转排渣阀排出的灰渣靠重力不断落入带压缓冲斗。灰渣的压力通过锁斗充卸压来泄放，锁斗进出口设置有锁斗阀，正常操作时用CO2进行充压，锁斗和带压缓冲斗之间设有平衡管线，压力平衡后，带压缓冲斗可排渣至锁斗。锁斗收渣程控时间到达后，关闭入口阀，锁斗卸压，泄放气通过渣锁过滤器过滤后排放。卸压后，锁斗出口阀打开，排放灰渣至常压缓冲斗。锁斗排渣后在锁斗充压前，对渣锁过滤器进行反吹。如此，锁斗一个循环完成。常压缓冲斗排出的灰渣靠重力不断落入冷渣机，冷渣机将灰渣冷却至100℃以内，冷却后的灰渣通过带式输送机、斗提等设备输送至渣库，汽车外运。

4 现场运行

在义马该套排渣系统自2013年运行以来，最大排渣量达到25吨/小时，排渣温度自1000℃降温到100℃以下，排渣套管、锁斗阀、锁斗都能够适应高温高压下的冲刷磨损，采用的射线测量料位也能够很好地反映料层高度，但因渣中含有大块渣，易于卡堵旋转排渣阀，后改用耐高温的滑板阀来调节排渣量，很好的解决了该问题。整个排渣系统能够满足生产运行的需要，为高温高压下的固体颗粒干法排渣提供了一条新的解决方案。

5 结语

与循环流化床气化技术配套的干法排渣技术，关键在于满足长周期连续稳定运行的需求，合适的设备、流程配置、仪表控制等是决定运行周期的决定因素。义马项目现场操作运行平稳，标志着循环流化床干法排渣连续稳定运行的实现。由于干法排渣的环保效应，将会在国内得到越来越广泛的应用。

肖红：女（1979-）年出生。毕业于四川大学化工学院，高级工程师，现工作于东华工程科技股份有限公司工艺室。