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煤气发生站工艺选型要点分析
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最近,国内外石油价格不断攀升,而液化石油气及天然气的价格则随之攀高不下,且气源局限性很大,所以一些诸如玻璃、陶瓷、冶金、机械、化工、建材等燃耗较大的行业,纷纷将目光转移到在我国能源结构中具有举足轻重地位的煤炭资源上来。
而煤炭资源作为燃料的应用又受到国家严格的环保政策的制约,大气污染指标纷纷成为各大中城市环保达标程度的标尺,所以在许多城市,“原煤散烧”被列入明文限制之列。在这种形式下,煤气发生炉作为煤炭资源洁净利用的一种形式,越来越受到燃耗企业的关注。
而对于这些拟选用煤气站的企业而言,由于对煤气站接触较少,究竟选用什么样的煤气站,便成了一件棘手的问题,选择哪种煤气炉?选择几台煤气炉?选择哪种净化工艺…?等等一系列问题摆在眼前,一头雾水。如果选择不当,有可能造成不必要的投资损失,或者虽然投资较少,但不能适应生产要求而造成更大的损失。
本文从拟选用煤气站的企业的角度,就煤气发生站工艺选型设计的一些要点问题进行简要分析和阐述,旨在使企业在选用煤气发生站做到心中有数,少走弯路。
1、 煤气发生站工艺选型的重要性
煤气发生站工艺选型设计是煤气站设计的第一步,对于应用企业来说,属于整体“项目可行论证文件”的一部分。该工艺选型设计不仅必须要结合企业将来的实际应用要求,而且还要考虑当地诸多因素(如地理气候、资源配置及环境情况等)的影响。要做到工艺选型设计合理必须针对企业量体裁衣,要对企业进行深入的了解后作出方案,所作方案有可能只适于该企业。
不结合实际、生搬硬套的工艺选型方案,往往给企业造成不可估量的损失。例如,某厂为沈阳某陶瓷厂承建的煤气发生站,于2001年建成投产为喷雾干燥塔制粉提供燃料。该站由于煤气净化工艺不符合东北地区“冬季严寒”的气候要求,投产进入冬季后,便出现双竖管、洗涤塔、电捕焦油器等设备及其管道经常堵塞的现象,造成该站无法正常运行,严重影响生产,被迫于2002年停止使用,给企业造成极大损失。此类实例不胜枚举,更为严重的,有的煤气站建成后,由于某一环节没有考虑到,造成从根本上不能满足生产要求,不得不将其闲置,成为废铁一堆。
煤气发生站工艺选型设计至关重要,设计选型正确,是保证整体实施方案取得满意效果至关重要的第一步。
2、 煤气发生站工艺选型主要内容
⑴ 煤气发生炉型号选择
⑵ 煤气发生炉规格选择
⑶ 备用设备及设备分期预留考虑
⑷ 煤气发生站净化工艺选择
⑸ 煤气加压工艺选择
3、 煤气发生站工艺选型依据
企业对煤气发生站进行工艺选型,必须结合自身的资源条件、环境要求、最终产品情况和用气设备对煤气的要求等一系列因素,进行综合考虑。
3.1 气化煤种
煤气发生炉最常用的气化煤种为弱粘结性烟煤和无烟煤,根据气化煤种的选择,初步可以确定煤气发生炉的最佳选择型号。例如,气化无烟煤无疑要选择一段式(1Q)煤气发生炉;气化弱粘结性烟煤最佳选择为两段式(3Q)煤气发生炉。具体选择还要结合冷热煤气的工艺选择,参见表1。

表1 煤气发生炉的优先选型

                      热煤气                       冷煤气
炉型
                  1Q       3Q                   1Q        3Q 

烟煤      ★★★ ★★★           ★★      ★★★


无烟煤     ★★★  ★              ★★★       ★



注:★★★――使用效果好;★★――可以使用;★――不推荐使用
3.2 拟选气化用煤的品质
气化用煤的品质主要是指该煤符合煤气发生炉用煤指标要求的综合达标指数,常压固定床煤气发生炉用煤指标详见表2,其中,煤灰熔融软化温度ST/℃、热稳定性TS+6(%)、发热量Qnet,ar(MJ/kg)为主要指标。如果拟选择的气化用煤经综合评定可以用于气化,但综合达标指数较低,说明该煤用于气化品质较差,选择煤气发生炉时,应在制造商样本提供数据基础上,选择大一或两个规格档次的煤气发生炉。

表2 常压固定床煤气发生炉用煤质量技术条件和试验方法

项 目                           技术要求                                                                 试验方法

类别                   烟煤、无烟煤、焦碳                                                       GB5751

粒度/mm         烟煤:25~50,50~100,25~80

                         无烟煤:13~25,25~50,50~100                           GB/T189

块煤限下率(%)        ≤10                                                                       MT/T1

含矸率(%)                 ≤2.0                                                                      MT/T1 

                                      特级:≤12.00 

灰分Ad(%)              一级:12.01~18.00                                               GB/T212   

                                       二级:18.01~24.00


煤灰熔融性软化温度ST/℃    ≥1250                                                       GB/T219

全硫St,d(%)        无煤气脱硫装置时,≤1.0                                    GB/T214

热稳定性TS+6(%)              >60.0                                                        GB/T1573

抗碎强度SS(%)                  >60.0                                                         GB/T15459

胶质层最大厚度y/mm              <10                                                            GB/T479 

                                               烟煤Qnet,ar>21.0
发热量Qnet,ar(MJ/kg)                                                                          GB/T213 
                                               无烟煤Qnet,ar>23.0                          

3.3 企业利用煤气制造的产成品或用气设备对煤气质量的要求
企业利用煤气制造的产成品的要求决定了拟建煤气站选择冷煤气工艺还是热煤气工艺,而且基本确定了煤气净化工艺设备的选择。例如,利用煤气烧制耐火材料、熔化玻璃、建筑陶瓷喷塔制粉或钢铁行业的喷煤、烤包及烧结等,由于产品对煤气质量要求不太严格,一般选用热煤气工艺即可。而对于一些利用煤气直接加热或烧制的产成品对煤气净化质量要求较高时,则必须选用具有产品针对性的冷煤气净化工艺。其中最典型的是陶瓷行业,明焰裸烧的窑炉一般选用洁净的冷煤气,隔焰烧成或匣钵烧成的窑炉一般对煤气的洁净程度要求不严,可以选用热煤气,明焰裸烧的卫生瓷、日用瓷和带釉面的建筑陶瓷往往对煤气中的H2S含量要求比较严格,一般还要求煤气发生站设置脱硫设施。
总之,企业究竟选择冷的煤气发生站还是热的煤气发生站,净化工艺及净化设备究竟如何选择,必须结合企业产成品和用气设备对煤气质量的要求确定。
3.4建站位置所处环保区域类别
一般企业基本都是从降低生产成本和环境保护两方面出发,考虑建设煤气发生站的。但降低生产成本第一步便是降低投资成本,而加强环境保护的前提是从环保角度综合考虑拟建煤气站的工艺及设备选择,这样势必会加大资金投入,与降低投资成本形成矛盾,如何调节这种矛盾便成了企业建设初期首先要考虑的问题。
从国家环保政策出发,首先确认企业建站位置属于国家相应规范及标准划定的哪类环保区域,然后再根据所属类别环保区域的国标要求及企业自身要求,确定选择煤气发生站的工艺和设备,但就企业长远发展考虑,建议企业在自身条件允许的前提下,尽量选用高于所属环保区域类别要求的环保节能型煤气站工艺及设备。
3.5用气设备的连续运行程度要求
用气设备的连续运行程度要求直接关系到煤气发生站备用设备的选择。例如生产建筑陶瓷的喷雾干燥塔,根据建筑陶瓷生产工艺要求一般每周都需要停塔一次,所以,为生产建筑陶瓷的喷雾干燥塔配套的煤气发生站在选择设备时,除水泵和风机需选用备用外,其他设备可以不考虑备用;而玻璃行业则不同,因为玻璃窑炉一般都要求一次性连续运行四至五年,所以,为玻璃窑炉配套的煤气发生站选用煤气发生炉时,不但应该考虑选择负荷余度大一些的炉型,而且要尽量设置备用炉。
3.6 用气设备对煤气压力的要求
不同的用气设备对煤气压力的要求各不一样,有的要求高于20000Pa,而有的只要求1000 Pa左右,这就要求我们在选择煤气加压工艺时,根据用气设备对煤气压力的要求,并结合厂区煤气管网的布置情况,合理配备煤气加压机,以达到节约建设投资成本和降低设备运行成本的效果。
3.7企业总体建设规划的要求
企业建设一般都有总体规划,有可能需要分期建设。如果整体工程需要分期建设,在进行煤气发生站一期设计时,就必须要统筹考虑,不但要对二期或三期用地做出预留规划,而且,要在一期设备选型时尽量考虑出与以后几期工程的衔接与配套。这样,可以大大降低总体工程投资。


结语
综上所述,煤气发生站工艺的合理选型对建站企业综合降低建设投资和运行成本至关重要,而影响煤气发生站工艺选型的因素又纷繁复杂,各种影响因素对煤气发生站工艺选型的要求往往又存在许多矛盾点,这就需要我们在工艺选型时,综合考虑、分清主次合理选择,使之最大限度的趋于合理。

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