方 嘯

（中石化寧波工程有限公司，寧波 315000）

從技術和經濟兩種角度考慮，煤的灰熔點、灰渣的粘溫特性、煤的活性、灰渣流動控制等指標對煤氣化過程的影響至關重要，煤的灰熔點和粘溫特性仍是加壓干粉氣化法選擇原料的主要條件。例如，位于安徽省淮南市的中安聯(lián)合煤制甲醇及轉化烯烴項目氣化工藝采用的是中石化與華東理工大學聯(lián)合開發(fā)的“單噴嘴粉煤氣化”東方爐技術，氣化爐采用粉煤進料、液態(tài)排渣。要求煤灰熔融溫度低于氣化爐的操作溫度，這就限制了高灰熔融溫度的煤種在液態(tài)排渣氣化爐中的應用。如果使用淮南當地的朱集西礦井原煤為氣化單一用煤，經過華東理工大學多種助熔劑添加量的試燒實驗和粘-溫曲線分析，必須在原煤中添加高達6.5%助熔劑以降低灰熔點，才能滿足液體排渣的需求，這就使氣化爐極易產生嚴重堵渣的情況。因此，合理采用配儲煤工藝技術混配氣化用煤，是降低灰熔點的理想選擇。

1 傳統(tǒng)粉煤氣化成套技術的配儲煤工藝綜述

1.1 堆場配煤模式

堆場配煤模式根據作業(yè)的設備和流程不同，大致可分為分堆分取配煤法與分層堆煤、斷面取煤法兩大類。

1.1.1 分堆分取法

此種方法是利用煤場設備斗輪堆取料機向煤場堆煤或汽車在煤場卸煤時，不同煤種的煤按照一定間隔堆煤，煤堆長度按配煤比要求貯存，煤堆場設備沿著行走軌道根據配煤比例取料，給料至帶式輸送機上，然后經過多次轉運實現(xiàn)不同煤種均勻混配煤。

1.1.2 分層堆煤、斷面取煤法

此種方法是利用煤場設備斗輪堆取料機向煤場存煤時，根據煤種煤質情況將原料煤分層堆放，即“夾心餅”式堆放，并使各堆煤之間留有間隔，煤堆長度、高度與寬度根據實際情況掌握，再輔以推煤機配合，在堆煤和取煤過程中，采用縱堆橫取或橫堆縱取的斷面取煤方式以達到配煤目的。

堆場配煤模式系統(tǒng)設置較簡單，投資較少，但由于一般取料設備的出力調節(jié)相對“粗放式”，導致混煤比例無法保證，精確度較低，且此種方法自動化程度較低，管理難度較大。若堆煤作業(yè)時沒有嚴格的操作要求與記錄，或上煤操作時錯誤取料均會導致配煤錯誤，影響后續(xù)系統(tǒng)運行。

1.2 卸煤溝配煤模式

卸煤溝配煤模式可大致分為利用汽車卸煤溝配煤法和利用堆場縫式卸煤溝配煤法兩大類。

1.2.1 利用汽車卸煤溝配煤法

在工程具備下列條件時，可考慮采用汽車卸煤溝兼作配煤設施：燃煤全部采用公路運輸廠內設汽車卸煤溝；廠內即有汽車卸煤溝，又有火車卸煤溝；燃煤品種不大于三種；供煤點不太多或較為固定；按煤種不同分倉卸、貯；按分倉卸貯煤配置相應的給煤機。

利用汽車卸煤溝配煤的幾種方式及要求。第一，利用汽車卸煤溝分倉卸貯配煤：按配煤比將不同煤種在汽車卸煤溝進行分倉卸貯，2個不同煤種之間加擋墻。運行時按配煤比分別調節(jié)2臺葉輪給煤機的出力，同時起動葉輪給煤機。在皮帶機上分層給料，經輸煤系統(tǒng)轉運站多次轉運可達到配煤的目的。第二，利用火車和汽車卸煤設施配煤：運行時按配煤比分別調節(jié)火車和汽車卸煤溝給料設備的出力，同時啟動火車和汽車卸煤溝的給料機，在皮帶機上分層給料，經輸煤系統(tǒng)轉運站多次轉運翻轉可達到配煤目的。第三，利用汽車卸煤溝和煤場給料設備配煤：運行時按配煤比分別調節(jié)汽車卸煤溝和煤場給料設備的出力，在皮帶機上分層給料，經輸煤系統(tǒng)轉運站多次轉運翻轉可達到配煤目的。

利用汽車卸煤溝兼作配煤有多種方案，采用何種方案，可根據工程實際狀況確定。

1.2.2 利用堆場縫式卸煤溝配煤法

煤貯存堆場縫式卸煤溝配煤法是利用縫式卸煤溝、可變頻葉輪給煤機、電子皮帶秤等設備以及雙層布置的帶式輸送機進行配煤作業(yè)。利用堆場縫式卸煤溝配煤的方式已有在煤氣化裝置配套的輸儲煤裝置應用實例，如采用殼牌粉煤氣技術的巴陵石化煤氣化裝置就采用了此種配煤方式。巴陵石化為殼牌粉煤氣化裝置配套的輸儲煤裝置共設置了兩座煤棚，一座為混配煤棚，一座為混配后的成品煤棚。在混配煤棚設有橋式移動皮帶用于多點卸煤，以滿足巴陵石化來煤煤種復雜的情況，料場內分堆存放不同煤種原煤。在混配煤棚還設有橋式刮板取料機，取好不同規(guī)格的原料煤后進入縫式卸煤溝，由葉輪給煤機定量給煤至上層皮帶機，經電子皮帶秤計量后進入下層混配煤皮帶機最終完成混配煤。配好的成品煤通過皮帶機和轉運站可實現(xiàn)邊配邊上，直接送至氣化上煤系統(tǒng)，減少二次能耗，也可送至成品煤棚堆存，進行二次檢驗，流程簡圖如圖1所示。

圖1 利用堆場縫式卸煤溝配煤流程簡圖

圖2 筒倉配煤流程簡圖

根據巴陵石化的實際運行情況，此種配煤方式可以實現(xiàn)遠程控制，并在輸儲煤裝置經過一定時間的運行，操作人員熟悉設備的運行規(guī)律后，可實現(xiàn)誤差在1%以內的配煤精度。但此種配煤方式也有較明顯的缺點。

第一，適用于規(guī)模較小的煤氣化裝置，若煤氣化裝置大型化，其耗煤量增加，則需要配套的輸儲煤裝置規(guī)模也隨之大型化，從而導致此方案中的縫式卸煤溝規(guī)模增大，使項目投資大大增加；第二，若配煤煤種多于兩元，則需對儲煤場進行多次分割，降低儲煤場的儲煤能力；第三，葉輪給煤機是一種較為“粗放型”的給煤設備，均勻調節(jié)出力較困難，需要長期的使用校對，使配煤精度無法保證，影響氣化裝置的穩(wěn)定運行；第四，儲煤場運行環(huán)境較差，容易造成煤塵飛揚，污染嚴重，導致環(huán)保問題增加。

1.3 筒倉配煤模式

筒倉配煤系統(tǒng)一般為整個輸煤系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，由儲煤場送來的原煤經過筒倉配煤系統(tǒng)的進料系統(tǒng)、筒倉計量給煤系統(tǒng)、出料系統(tǒng)等流程后進入輸煤系統(tǒng)的上煤帶式輸送機完成配煤，筒倉作為煤炭儲存方式的特點為能夠做到儲煤與配煤兼顧。但是，單座筒倉的儲煤量由于受其結構形式局限，不宜過大，且儲存天數也受限制。

氣化用原料煤利用筒倉配煤的模式已在揚子石化煤制合成氣項目采用，該項目為中石化具有自主知識產權單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化技術的示范裝置，原料煤種需要進行三元配煤（即需要三種原料煤的混配），其單臺氣化爐日投煤量為1000t，耗煤量相對較小，故此項目設置了三座筒倉即作為原料煤的儲存設施，也作為其混配煤的場所，同時還設置了兩座緩存筒倉保證原料煤的供應，所有筒倉底部均設置活化給煤機為出料設備，該混配煤方式的流程簡圖如圖2所示。

筒倉配煤模式能夠適應原煤品種的多樣化，配煤原理科學、精確，混配后的成品煤質量穩(wěn)定且容易控制，易于實現(xiàn)自動智能化控制，且經濟可靠。

2 新型粉煤氣化成套技術的配儲煤工藝設計說明

2.1 工藝原理簡介

配煤是將不同煤種依據一定的原則、比例進行篩選、破碎摻配加工成混配煤，以滿足不同燃燒條件下的煤質需求，達到降低SO2及NOX排放、提高劣質煤的利用率和燃煤熱效率的目的。

本配儲煤工藝中供氣化裝置使用不同煤質的原料煤，經過帶式輸送機分別輸送至兩座圓形料場儲存，氣化裝置用煤時由上煤系統(tǒng)帶式輸送機將不同煤種分別輸送到相應筒倉，系統(tǒng)根據配煤方案自動調整各配煤倉出倉設備的出倉能力，選定若干個原煤配煤倉同時啟動出倉作業(yè)，各倉中原料煤落入位于筒倉底的活化給煤機上，再輸送至筒倉底配煤帶式輸送機上。通過調整活化給煤機的振動頻率對出倉原料煤進行計量，控制系統(tǒng)根據計量情況自動調整出倉設備能力，保證配煤作業(yè)配比準確，實現(xiàn)原煤按比例精確配煤。混配好的煤炭通過自動控制系統(tǒng)，利用帶式輸送機輸出，經過輸煤系統(tǒng)采樣樓取樣制樣，并分析化驗合格后進入氣化裝置爐前倉備用。筒倉配煤系統(tǒng)的配煤過程被有效控制，能實現(xiàn)煤炭的科學、精確混配，且環(huán)境友好，自動化程度高，配煤速度快，系統(tǒng)可實現(xiàn)能力大，能適應現(xiàn)代煤化工項目大型化的需要。

2.2 工藝流程說明

2.2.1 原料煤的儲存、輸送系統(tǒng)流程簡介

不同品質的原料煤經廠外輸送系統(tǒng)輸送至廠內的圓形料場內儲存，當工藝裝置煤倉發(fā)出底料位信號時，原料輸送系統(tǒng)開始啟動上煤程序，此時圓形料場內堆取料機進行取料作業(yè)，原料煤通過圓形料場底部活化給煤機進入皮帶輸送系統(tǒng)。緊急情況下，原料煤可以通過直通功能直接進入皮帶輸送系統(tǒng)。原料煤經過皮帶輸送至配煤筒倉，然后通過一次配煤、一次采樣、二次配煤、二次采樣后合格的原料煤再經過破碎轉運進入工藝裝置煤倉內儲存。相關流程見配儲煤工藝流程簡圖如圖3所示。

圖3 配儲煤工藝流程簡圖

圖4 筒倉配煤系統(tǒng)工藝流程簡圖

2.2.2 原料煤的配煤方案簡介

筒倉配煤系統(tǒng)作為為整個輸煤系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，與其他子系統(tǒng)相互協(xié)調完成整個原料煤的輸送加工流程。筒倉配煤系統(tǒng)主要包括原料煤進倉帶式輸送機系統(tǒng)、犁式卸料器、配煤倉底稱重給煤機或活化給煤機、成品煤出倉帶式輸送機系統(tǒng)等主要設備并配備除鐵器、取制樣系統(tǒng)、電子皮帶秤計量系統(tǒng)和空氣炮系統(tǒng)、筒倉安全監(jiān)測設施等輔助系統(tǒng)組成。原料煤由儲煤場經過皮帶輸送系統(tǒng)輸送至配煤筒倉進行一次配煤，一次配煤筒倉底部設置可變頻調速的活化給煤機，給煤機與安裝于底部皮帶上的電子皮帶稱進行比例調節(jié)，通過二者的配合可以根據不同工況實現(xiàn)不同出力的調節(jié)。一次配煤完成后需經采用分析，分析結果達到工藝煤制要求，原料煤直接進入破碎篩分系統(tǒng)，若分析不合格則需要進行二次配煤，工藝流程如圖4所示。

以某煤化工項目為例，為降低氣化用煤的灰熔點，提高氣化爐的穩(wěn)定運行能力，該項目采用50%A煤和50%的B煤兩元配煤混燒方案，原料煤系統(tǒng)儲存采用兩座圓形料場儲存。該項目另外設置了兩座配煤筒倉，且設置了兩座二次配煤緩沖筒倉。當工藝裝置煤倉低料位報警時，筒倉配煤系統(tǒng)按比例配煤，再經上煤皮帶輸送至緩沖配煤筒倉采樣備用，合格后由帶式輸送機輸送至氣化裝置爐前倉。設置緩沖配煤筒倉后可做到配完后的成品煤移場另外堆存，待分析化驗合格后才允許上煤，如果分析化驗不合格也可以在緩沖筒倉調整配煤量，合格后重新上煤。

2.3 工藝的創(chuàng)新

針對大型粉煤氣化裝置（裝置日耗煤量在1萬t以上）成套技術對配儲煤多元化、自動化、高精度、儲量大及存儲天數的要求，在消化吸收傳統(tǒng)配儲煤工藝和新型儲煤設施特點的基礎上對配儲煤工藝進行了集成創(chuàng)新。目前，解決多元及高精度配煤的思路是將新型的儲煤設施與配煤設施相結合，讓二者相輔相成，并行不悖。針對該配儲煤工藝采用的主要設施如下。

（1）采用大直徑圓形料場進行儲煤，圓形料場是新型的儲煤設施，具有土地利用率高、儲量大、高環(huán)保等特點。將不同來煤分別儲存在兩座圓形料場，通過圓形料場底部設置的可變頻活化給煤機進行調節(jié)給料，實現(xiàn)給料的平穩(wěn)可控。

（2）設置兩級多個大直徑筒倉進行配煤，筒倉作為占地面積小給料可控的配儲煤設施，在國內外的化工、糧食、鋼鐵等行業(yè)使用較廣泛。將圓形料場取出的不同原料煤分別儲存在一級配煤筒倉，通過筒倉底部的變頻活化給煤機根據氣化爐要求配比輸出，首次輸出的混配煤暫存在二級緩沖筒倉中，等待分析化驗結果，保證了配煤的高精度要求。

（3）本工藝主要的創(chuàng)新點如下。

第一，集成了圓形料場和筒倉在配儲煤中的應用。針對大型粉煤氣化裝置對配儲煤工藝要求的特點，充分結合利用了新型圓形料場和傳統(tǒng)筒倉的各自亮點，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補，有效解決了大型粉煤氣化裝置配儲煤的瓶頸，提高了配煤精度、優(yōu)化了整體環(huán)境、降低了人力消耗。

第二，多級筒倉的設置實現(xiàn)了配煤的高精度和多元性。傳統(tǒng)的筒倉配煤工藝大多采用單級多筒倉實現(xiàn)混配煤，理論合格的煤直接輸送至裝置使用，沒有二級筒倉緩沖和校準的功能，存在一定的生產隱患或者說是工藝漏洞。本工藝是專門針對上述問題而開發(fā)的新流程，設置了兩級多筒倉配儲煤，大大提高了配煤的精度，因而能更好的地與大型粉煤氣化裝置配套。針對不同氣化裝置煤元配比的不同，本工藝專門設置了二級多筒倉進行緩沖，通過增加二級緩沖筒倉的個數能增加配煤的多元性，實現(xiàn)三元甚至四元配煤。

第三，能耗的合理控制。本工藝流程在二級緩沖筒倉處設置有直通功能，可實現(xiàn)在配煤一次成功后跳過二級緩沖筒倉直接上料的功能，這樣可整體降低配儲煤裝置的能耗。另外，整個粉煤氣化裝置煤種發(fā)生變化，二級緩沖筒倉中存儲的成品煤可實現(xiàn)過渡緩沖的作用，保證裝置的連續(xù)穩(wěn)定運行，避免由于裝置停運帶來的經濟損失。

2.4 工藝優(yōu)越性

與傳統(tǒng)的配儲煤工藝相比，本工藝流程的優(yōu)點在于：（1）整個配儲煤設施相對封閉，極大優(yōu)化了現(xiàn)場人員的工作環(huán)境，降低了粉塵污染；（2）自動化程度高，不需要過多的人工參與，不需要推土機在煤場中倒煤堆煤，提高了配儲煤的工作效率，降低了人工成本。

3 新型粉煤氣化成套技術的配儲煤工藝主要設備選型與建、構筑物設計

3.1 主要設備選型

3.1.1 圓形料場斗輪堆取料機及附屬設備

每座圓形料場內設堆料及取料能力與系統(tǒng)相匹配的斗輪式堆取料機一臺，作為圓形料場堆料和取料設備。其主要由懸臂式膠帶機、中心立柱，門架式刮板取料機及電氣控制組成，是大型儲料場高效連續(xù)堆取散狀物料的理想設備。同時，每個圓形料廠內配備兩臺裝載機作為上料和倒堆的輔助機械。

3.1.2 活化給煤機

配煤及緩存筒倉下給料設備均選用活化給煤機，每座筒倉下配置四臺（兩開兩備）活化給煤機，其給料能力與系統(tǒng)能力相匹配。

3.1.3 入爐煤采樣裝置

采樣裝置具有在帶式輸送機中部采樣、破碎、縮分和余煤返回等功能。采制樣精確度達到±2%。該裝置系統(tǒng)全密封設計，盡量減少系統(tǒng)中的空氣循環(huán)，以減少水分與物料損失，水分損失＜1.5%。

3.1.4 電子皮帶秤

電子皮帶秤與帶式輸送機的容量、速度和膠帶寬度一致。秤的精度在輸送機容量的20%～100%的范圍內優(yōu)于±0.5%。

電子皮帶秤為自動連續(xù)稱重型，并配備所有必要的設備、儀器和介質以便精確工作，其包括框架、檢測設備、電子設備和稱重顯示器。

電子皮帶秤具有自動調零能力，并配備一臺稱重顯示器，設置在安裝現(xiàn)場，輸煤系統(tǒng)的輸送量都應能從稱重顯示器上分別讀取出瞬時量和累計量，并將累計量信號送至輸煤系統(tǒng)控制室內的PLC，并能在輸煤控制室打印。

3.1.5 輸送設備的選型

輸送設備均采用DTII型帶式輸送機，進入圓形料場之前的帶式輸送機的能力與廠外輸煤系統(tǒng)能力相匹配；進入氣化裝置的帶式輸送機能力與裝置系統(tǒng)能力相匹配。

3.2 主要建、構筑物設計

3.2.1 圓形料場

該配儲煤工藝裝置設置兩座大直徑、高擋料墻的圓形料場，以保證裝置儲煤量及天數要求。圓形料場系統(tǒng)主要由接卸設施、儲存系統(tǒng)、供料設施及配套輔助設施組成，來煤系統(tǒng)將煤送入圓形煤倉的懸臂堆料帶式輸送機上，然后經過堆料機將物料卸堆在圓形料倉內，在堆取料機的司機室內可控制堆取料機360°回轉堆料。

門架式刮板式取料機能360°回轉和俯仰。煤經刮板取料機刮至中心立柱下料斗內，再將煤給入出料帶式輸送機運出。

3.2.2 配煤及緩沖筒倉

該配儲煤工藝裝置設置兩座大直徑的配煤筒倉，每座配煤筒倉的儲量視裝置配儲煤需求而定。為防止一次配煤達不到氣化爐對煤質的要求，在配煤筒倉后設置兩座緩存筒倉。配煤筒倉和緩存筒倉旁均設樓梯間，內設通往筒倉頂的樓梯，2t客貨電梯一部及吊裝孔。

3.2.3 其他建、構筑物

配儲煤工藝裝置除有以上主要建、構筑物外，還設有破碎樓、裝置配電間、煤水處理站、各轉運樓及棧橋等建、構筑物設施。

4 結語

配儲煤工藝是粉煤氣化技術的工藝源頭、伴隨著技術更新、節(jié)能減排等因素，對于原料煤種的適應性以及其相關要求將更加苛刻。為保證煤氣化裝置的綜合能耗及長期、穩(wěn)定運行，提高配儲煤工藝的自動化水平、減少定員，提高經濟性，開發(fā)適合于大型粉煤氣化成套技術的配儲煤工藝，對目前致力于大型煤氣化項目發(fā)展的國內化工企業(yè)有重要技術價值。

本項配儲煤工藝采用國際先進的混合配煤技術，將不同質量的煤炭資源優(yōu)化利用，提高高灰熔點、低熱值煤等邊緣煤的利用率，避免了各類煤質使用的不平衡性，使煤炭得到更科學、更合理的使用。本項配儲煤工藝在煤化工工程中的應用，不僅能保證大型煤氣化裝置的高效穩(wěn)定，提升傳統(tǒng)煤炭資源價值，而且能適應現(xiàn)今煤氣化項目大型、高效、穩(wěn)定的要求，并合理利用土地資源，降低建筑成本及能耗，對加快資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的社會建設產生積極影響，具備較好的推廣、發(fā)展前景。