賴(lài)德海

摘要：介紹了粉煤氣化相關(guān)設(shè)備布置和管道設(shè)計(jì)，包括粉煤給料及氣化框架設(shè)備布置、重要管線(xiàn)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：粉煤氣化；粉煤氣化設(shè)備布置；管線(xiàn)配管

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求日益增加。我國(guó)煤炭資源相對(duì)豐富，通過(guò)發(fā)展煤化工，可替代石油化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，在一定程度上緩解了石油資源日益減少的局面。煤氣化在煤化工中占有重要地位，其生成的合成氣是合成液體燃料、化工原料等多種產(chǎn)品的原料，氣化單元運(yùn)行的好壞直接影響到下游單元。煤氣化技術(shù)分為粉煤氣化與水煤漿氣化，既有相同之處，又有所區(qū)別，本文主要針對(duì)粉煤氣化進(jìn)行介紹。

一、粉煤氣化工藝簡(jiǎn)介

粉煤在氣體壓力下被送到氣化爐燒嘴，進(jìn)入氣化爐的反應(yīng)室。粉煤的氣化過(guò)程是粉煤在高溫下的多相熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，反應(yīng)過(guò)程非常復(fù)雜，可能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)主要有以下幾種：

（1）粉煤的干燥、裂解及揮發(fā)物的燃燒氣化

CmHn+（m+n）O2=mCO2+（n/2）H2O

CmHn+（m/2）O2=mCO+（n/2）H2

2CO+O2=2CO2

2H2+O2=2H20

CH4+2O2=2H20+CO2

（2）固體顆粒與氣化劑（氧氣、水蒸氣）間的反應(yīng)。

（3）生成的氣體與固體顆粒間的反應(yīng)。

（4）反應(yīng)生成的氣體彼此間的反應(yīng)。

碳燃燒是一個(gè)放熱反應(yīng)，它為氣化爐中的吸熱反應(yīng)提供了熱源。生成的粗合成氣經(jīng)過(guò)初步洗滌被送到變換單元。

二、粉煤給料及氣化框架設(shè)備布置

粉煤及給料氣化框架的特點(diǎn)是層數(shù)多、框架高，采用框架布置方式，通常框架下部為混凝土結(jié)構(gòu)，上部為鋼結(jié)構(gòu)，視建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)氣候條件框架采用敞開(kāi)式或進(jìn)行部分圍護(hù)。為滿(mǎn)足安全及日常巡檢要求，設(shè)置相應(yīng)的樓梯通道及電梯。

（1）粉煤給料設(shè)備為垂直串行布置，自上而下依次為粉煤貯罐過(guò)濾器、粉煤貯罐、粉煤鎖斗、粉煤給料罐。在進(jìn)行設(shè)備布置時(shí)，從最下部的粉煤給料罐開(kāi)始，粉煤給料罐有上出料和下出料兩種方式，對(duì)于下出料的情況粉煤給料管線(xiàn)從粉煤給料罐的出料口先向下再折向上去氣化爐燒嘴，要充分考慮粉煤給料管線(xiàn)的布置，粉煤給料管線(xiàn)的的彎曲半徑一般不小于30D（D為粉煤給料管線(xiàn)公稱(chēng)直徑）。在布置粉煤鎖斗、粉煤貯罐的時(shí)候，要著重考慮重力流管線(xiàn)布置要求，重力流管線(xiàn)與水平面之間的夾角不小于70°，在兩個(gè)鎖斗對(duì)應(yīng)一個(gè)給料罐配置的情況下，更要充分考慮重力流管線(xiàn)的布置，同時(shí)要考慮管線(xiàn)上的閥門(mén)及其他管件的空間要求。粉煤給料設(shè)備所處框架高度一般近100米左右，在綜合考慮各種因素的前提下，降低設(shè)備的布置高度，降低框架高度，節(jié)省建造成本，加快建設(shè)進(jìn)度。降低框架高度可以采取優(yōu)化設(shè)備參數(shù)的方法，在滿(mǎn)足工藝要求及設(shè)備設(shè)計(jì)的前提下，改變長(zhǎng)徑比，盡量縮短設(shè)備的高度。

（2）氣化設(shè)備布置主要是氣化爐、渣鎖斗以及撈渣機(jī)等的布置，從上至下依次為氣化爐、渣鎖斗、撈渣機(jī)。核心設(shè)備氣化爐布置在混凝土框架最頂層，氣化爐支撐標(biāo)高的確定，除了考慮為下面的渣鎖斗和撈渣機(jī)預(yù)留足夠安裝空間外，還要結(jié)合閃蒸框架的布置，滿(mǎn)足工藝上氣化爐黑水出口與高壓閃蒸罐之間的高差要求。氣化爐頂部設(shè)置吊裝系統(tǒng)，用于燒嘴及氣化爐的維修。在布置破渣機(jī)拖車(chē)軌道時(shí)，鑒于拖車(chē)的升降范圍有限，在確定軌道所在框架層標(biāo)高時(shí)盡量準(zhǔn)確。渣鎖斗支耳下方設(shè)有座簧，高度1米左右。上封頭上設(shè)有吊簧，生根在渣鎖斗頂部框架平臺(tái)下方，起穩(wěn)定鎖斗的作用，同時(shí)考慮渣鎖斗進(jìn)出口鎖渣閥的布置，這些因素均影響渣鎖斗的布置。撈渣機(jī)渣池部分有地上和地下兩種設(shè)計(jì)形式，目前一般采用地上形式。撈渣機(jī)渣池頂與其頂部框架平臺(tái)下方要留夠維修空間。

三、粉煤氣化主要管道設(shè)計(jì)

在粉煤給料及氣化單元的配管中，存在氣固管線(xiàn)、液固管線(xiàn)、重力流管線(xiàn)、燒嘴管線(xiàn)以及附氣化爐管線(xiàn)等諸多工況及場(chǎng)合，在進(jìn)行這部分管線(xiàn)的配管時(shí)，針對(duì)每類(lèi)管線(xiàn)的特點(diǎn)進(jìn)行配管，使其滿(mǎn)足工藝要求及安全的需要。

（一）粉煤給料管線(xiàn)設(shè)計(jì)

粉煤給料管線(xiàn)是利用氣體壓力將煤粉從粉煤給料罐輸送到氣化爐燒嘴，在進(jìn)行這部分管線(xiàn)配管時(shí)，為了保證輸送平穩(wěn)、減少對(duì)管道內(nèi)壁的磨蝕，在拐彎處需要采用大半徑彎管（一般要求不小于30D），同一粉煤給料罐上的幾路粉煤給料管線(xiàn)盡量做到對(duì)稱(chēng)、走向相近，靠近燒嘴部分，考慮燒嘴維修需要拆卸，設(shè)置可拆卸管段。

（二）黑水管線(xiàn)設(shè)計(jì)

氣化爐下部的黑水管線(xiàn)，屬于液固管線(xiàn)。由于存在大量的灰渣，在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)對(duì)管道內(nèi)壁產(chǎn)生磨蝕，另外，在分支處容易發(fā)生堵塞。在進(jìn)行這部分管線(xiàn)配管時(shí)，盡量使管線(xiàn)簡(jiǎn)潔、少拐彎，在拐彎處采用大半徑彎頭（一般要求5D），分支上的閥門(mén)靠近主管根部布置，放凈管管徑不宜過(guò)?。ㄒ话阕钚N25）。為了解決堵塞問(wèn)題，可以將彎頭結(jié)構(gòu)改為三通加盲板，在管段上隔一定距離加裝沖洗水接頭。

（三）渣鎖斗沖洗水管線(xiàn)設(shè)計(jì)

渣鎖斗沖洗水管線(xiàn)連接渣鎖斗與渣鎖斗沖洗水緩沖罐，屬于重力流管線(xiàn)，在配這跟管線(xiàn)時(shí)盡量少用彎頭（最多應(yīng)用1～2個(gè)），由于在沖洗時(shí)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，做管架時(shí)考慮必要的防振及加固措施。

（四）連接氣化爐體管線(xiàn)設(shè)計(jì)

氣化爐內(nèi)的反應(yīng)溫度一般在1300℃以上，在投產(chǎn)之前要進(jìn)行烘爐，隨著烘爐溫度的升高，氣化爐體不斷熱膨脹，支耳以上部分管口向上位移，與之相連管線(xiàn)也發(fā)生相應(yīng)位移，比如燒嘴管線(xiàn)、水冷壁管線(xiàn)以及燒嘴冷卻水管線(xiàn)等，在配這部分管線(xiàn)時(shí)，要充分考慮爐體熱膨脹的影響，采取合理措施比如自然補(bǔ)償、設(shè)置彈簧支架等來(lái)克服位移的影響。

四、結(jié)論

在粉煤給料及氣化設(shè)備布置與配管設(shè)計(jì)過(guò)程中，要針對(duì)工藝系統(tǒng)特點(diǎn)，綜合考慮各種因素，在保證安全、滿(mǎn)足工藝要求的前提下，做到系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、高效。

參考文獻(xiàn)：

[1]張德姜，王懷義，劉紹葉.工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].中國(guó)石化出版社，1997.

[2]張德姜，修長(zhǎng)征.全國(guó)壓力管道設(shè)計(jì)審批人員考核培訓(xùn)教材[S].中國(guó)石化出版社，2005.

[3]《石油化工工藝裝置布置設(shè)計(jì)通則》（SH 30112011）.

[4]《石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH 30122011）.