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《硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程》2017年第5期

摘要:針對(duì)大型煤儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的特點(diǎn)，合理制定輸煤系統(tǒng)方案，對(duì)保證主裝置的安全運(yùn)行至關(guān)重要。介紹了某大型煤化工項(xiàng)目輸煤系統(tǒng)的工程流程、主要設(shè)備及參數(shù)，分析了設(shè)計(jì)重點(diǎn)及難點(diǎn)，并指出了化工行業(yè)和電力行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范及行業(yè)習(xí)慣對(duì)輸煤系統(tǒng)的不同要求。

關(guān)鍵詞:煤儲(chǔ)運(yùn);設(shè)計(jì);要點(diǎn);大型煤化工;設(shè)計(jì)規(guī)范

隨著國(guó)內(nèi)煤化工項(xiàng)目與石化系統(tǒng)內(nèi)自備電站項(xiàng)目向大型化、規(guī)?；l(fā)展的趨勢(shì)，輸煤系統(tǒng)也趨于大型化。大型煤化工項(xiàng)目具有以下特點(diǎn):①根據(jù)不同用途，裝置所需煤的種類多，需提供分別鍋爐裝置所用的燃料煤和煤氣化裝置所用的原料煤;②煤制備設(shè)施復(fù)雜，需考慮配煤設(shè)施;③煤耗量大。因此，如何針對(duì)大型煤化工項(xiàng)目的特點(diǎn)合理制定輸煤系統(tǒng)方案，對(duì)保證主裝置的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行尤為重要。

1項(xiàng)目背景

某煉油—芳烴—乙烯建設(shè)煉化一體化項(xiàng)目為大型煉油化工項(xiàng)目，分兩期建成。其中輸煤系統(tǒng)為煤氣化裝置及鍋爐發(fā)電裝置提供原料煤及燃料煤，煉油裝置產(chǎn)出的石油焦為煤氣化裝置及鍋爐發(fā)電裝置提供原、燃料。輸煤系統(tǒng)按一期耗煤量約9000kt/a規(guī)模設(shè)計(jì)，預(yù)留二期儲(chǔ)煤設(shè)施位置，輸送系統(tǒng)能力一、二期耗量一并考慮，卸煤系統(tǒng)預(yù)留落料接口。該輸煤系統(tǒng)為氣化裝置和鍋爐裝置提供合格的原料煤和燃料煤，主要包括卸煤、儲(chǔ)煤、混煤和石油焦輸送，篩破及配套的輔助設(shè)施，輸煤系統(tǒng)投資約10億人民幣。

1．1煤源及煤質(zhì)1．煤源及其粒度原料煤、燃料煤均來自碼頭，運(yùn)距約1000km，來煤粒度不大于50mm，石油焦來自廠內(nèi)延遲焦化裝置，粒度不大于200mm。

1．2原料煤、燃煤耗量一期氣化裝置原料煤最大消耗量為442．833t/h(3719797t/a)。

2輸煤系統(tǒng)

2．1儲(chǔ)煤設(shè)施

輸煤系統(tǒng)中儲(chǔ)煤設(shè)施的常用形式有:條形料場(chǎng)、筒倉(cāng)、圓形料場(chǎng)。近年來，隨著煤化工裝置規(guī)模的逐漸擴(kuò)大和國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推行，企業(yè)環(huán)保意識(shí)逐漸加強(qiáng)，對(duì)煤場(chǎng)的儲(chǔ)存量及環(huán)境保護(hù)等提出了較高的要求，儲(chǔ)煤設(shè)施與項(xiàng)目投資、總圖布置、儲(chǔ)煤量大小、煤的特性、氣象、環(huán)評(píng)意見等因素密切相關(guān)，需綜合考慮選取合理的儲(chǔ)存實(shí)施。1．圓形料場(chǎng)根據(jù)HG/T20518－2008《化工粉體工程設(shè)計(jì)通用規(guī)范》［1］規(guī)定:“運(yùn)距大于200km并且小于1000km時(shí)，煤的儲(chǔ)存天數(shù)為15～20d”。綜合考慮各種因素后，本項(xiàng)目煤焦儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)(裝置)一、二期共規(guī)劃7座圓形料場(chǎng)，一期建設(shè)5座，其余2座直徑120m的圓形料場(chǎng)及相關(guān)配套設(shè)施僅預(yù)留位置，待二期工程實(shí)施過程中建設(shè)。各圓形料場(chǎng)內(nèi)均設(shè)置一臺(tái)堆取料機(jī)，用于圓形料場(chǎng)內(nèi)的堆料和取料。堆取料機(jī)選用門架式堆取料機(jī)，堆料帶式輸送機(jī)可俯仰，取料采用單刮板取料機(jī)。同時(shí)圓形料場(chǎng)內(nèi)總共配備了4臺(tái)裝載機(jī)作為倒堆的輔助機(jī)械。一期建設(shè)的圓形料場(chǎng)規(guī)格見表2。2．給料設(shè)備圓形料場(chǎng)中心漏斗下給料設(shè)備均選用活化給煤機(jī)，原料煤及燃料煤圓形料場(chǎng)下各設(shè)置了1臺(tái)活化給煤機(jī)，其工作能力與堆取料機(jī)能力相匹配，分別為1800t/h及2000t/h。石油焦圓形料場(chǎng)下設(shè)置了雙路輸送系統(tǒng)，由于石油焦配比能力與外運(yùn)裝船能力相差較大，在中心漏斗下設(shè)置給料設(shè)備時(shí)需要同時(shí)滿足兩者要求?；罨o煤機(jī)設(shè)備外形較大，雙路布置時(shí)非常困難，因此石油焦料場(chǎng)中心漏斗下給料設(shè)備設(shè)置2臺(tái)600t/h的活化給煤機(jī)和2臺(tái)1500t/h的雙質(zhì)體給煤機(jī)，兩開兩備。石油焦圓形料場(chǎng)下設(shè)置備用受煤斗，并配套設(shè)置了2臺(tái)能力為1000t/h的雙質(zhì)體給煤機(jī)(一開一備)。正常配石油焦時(shí)，活化給煤機(jī)單獨(dú)運(yùn)行;石油焦外運(yùn)裝船時(shí)，活化給煤機(jī)與雙質(zhì)體給煤機(jī)同時(shí)運(yùn)行給料。

2．2混配煤設(shè)施

隨著煤化工產(chǎn)業(yè)的日益繁榮，各種氣化爐在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。為了降低企業(yè)運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)性，需拓寬氣化煤種，充分合理運(yùn)用煤炭資源，針對(duì)煤的不同特性進(jìn)行合理配比，使其接近設(shè)計(jì)煤種?；炫浼夹g(shù)從最初的粗放式、小規(guī)模煤炭混勻作業(yè)，至今已形成大規(guī)模、現(xiàn)代化、自動(dòng)化的精確配煤作業(yè)模式。目前在大型煤化工項(xiàng)目中，常用的配煤設(shè)施為筒倉(cāng)配煤，能精確混配，而且環(huán)境友好，自動(dòng)化程度高，配煤速度快，可實(shí)現(xiàn)大能力配比，適應(yīng)現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目大型化的需要。本工程為水煤漿氣化爐，對(duì)配比要求沒有煤粉爐嚴(yán)格，氣化裝置和動(dòng)力中心配煤設(shè)施利用圓形料場(chǎng)，兼顧儲(chǔ)存及配煤功能，混煤工況:神混煤+石油焦兩元配置摻燒。根據(jù)總圖布置，為保證氣化裝置及動(dòng)力中心裝置對(duì)石油焦的配比需求，在煤倉(cāng)和石油焦倉(cāng)下設(shè)有活化給煤機(jī)。該給煤機(jī)的振動(dòng)系統(tǒng)利用亞共振雙質(zhì)體振動(dòng)原理，采用小功率電機(jī)的激振力驅(qū)動(dòng)主槽體而獲取需要的振幅。此振動(dòng)系統(tǒng)采用可變力輪調(diào)節(jié)出力，出煤量可在線任意調(diào)節(jié)。每個(gè)料倉(cāng)出料輸送帶上設(shè)有電子皮帶秤，準(zhǔn)確反饋對(duì)應(yīng)活化給煤機(jī)的瞬時(shí)給料量，以便在線調(diào)節(jié)給料量。當(dāng)工藝裝置需要摻混石油焦時(shí)，石油焦倉(cāng)和煤倉(cāng)同時(shí)出料，在下一條帶式輸送機(jī)上摻混，摻混后的煤、焦經(jīng)過破碎及多次翻倒，最終達(dá)到石油焦和煤摻混均勻的目的。

2．3破碎篩分系統(tǒng)

2．3．1粒度要求

一、二期煤氣化裝置為多噴嘴對(duì)置式水煤焦?jié){氣化爐，一、二期動(dòng)力中心為超高壓煤粉爐。原、燃料煤來煤粒度不大于50mm，氣化裝置入料粒度不大于10mm，鍋爐裝置入料粒度不大于30mm。

2．3．2原料煤篩碎系統(tǒng)

原料煤采用一級(jí)破碎方案，根據(jù)氣化裝置要求原料輸送能力1800t/h、細(xì)碎設(shè)備最大處理能力850t/h、入料粒度不大于10mm的要求，以及原料煤粒度分布狀況，調(diào)研了大型煤化工破碎系統(tǒng)并結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，確定原料煤篩碎系統(tǒng)方案:篩分機(jī)前布置分配倉(cāng)，其底部排料設(shè)備采用活化給煤機(jī)，采用雙路布置，兩套系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行。

2．3．3燃料煤篩破設(shè)施

燃料煤也選用一級(jí)破碎方案，根據(jù)動(dòng)力中心裝置燃料輸送系統(tǒng)能力為2000t/h，入料粒度不大于30mm的要求，以及燃料煤粒度分布狀況，設(shè)置2路燃料煤篩破系統(tǒng)(一開一備)，每路配置2000t/h高幅篩和最大出力1000t/h的環(huán)錘破碎機(jī)各1臺(tái)。

2．4帶式輸送機(jī)及運(yùn)行方式

2．4．1進(jìn)倉(cāng)前帶式輸送機(jī)輸送能力

原、燃料煤從界區(qū)外碼頭進(jìn)圓形料場(chǎng)之前的輸送能力與界區(qū)內(nèi)卸煤系統(tǒng)能力匹配，但界外輸送系統(tǒng)的最大能力為7680t/h，而圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)實(shí)際運(yùn)行的最大能力為5400t/h。因此，本項(xiàng)目最后確定進(jìn)倉(cāng)前的系統(tǒng)輸送能力按5400t/h設(shè)計(jì)，并采用雙路布置，帶式輸送機(jī)帶寬B=2000mm，輸送速度v=4．5m/s。石油焦系統(tǒng)進(jìn)入圓形料場(chǎng)前的系統(tǒng)能力與延遲焦化裝置輸送系統(tǒng)能力匹配。

2．4．2上煤系統(tǒng)帶式輸送機(jī)輸送能力

根據(jù)電力行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求，原料煤和燃料煤上煤系統(tǒng)出力不小于總耗量的150%［2，3］;采用雙路布置，一開一備，并具備同時(shí)運(yùn)行的條件;采用三班制，運(yùn)行時(shí)間不超過16h/d。

2．5采樣

根據(jù)HG/T20518－2008規(guī)定，“有條件時(shí)，宜設(shè)置入廠原(燃)料機(jī)械取樣裝置”。本項(xiàng)目原、燃料在入廠前和進(jìn)入氣化爐、鍋爐前均設(shè)置了采樣單元。在做總圖布置方案時(shí)，考慮到帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中，在其頭部設(shè)置采樣單元對(duì)原(燃)料進(jìn)行在線采樣，一是投資成本較高，二是操作對(duì)人體健康有潛在危害，最終決定在入廠T1轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)帶式輸送機(jī)中部設(shè)置采樣點(diǎn)，因T1轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)出棧橋有8座，實(shí)現(xiàn)功能復(fù)雜，是場(chǎng)內(nèi)與碼頭之間的重要樞紐。為實(shí)現(xiàn)各功能(包括采樣點(diǎn)布置)，轉(zhuǎn)運(yùn)站傾斜布置，且外形為不規(guī)整多邊形形狀。

3設(shè)計(jì)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

3．1原、燃料煤出料系統(tǒng)互為備用

大型煤化工項(xiàng)目中，輸煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案對(duì)保證主裝置的安全運(yùn)行至關(guān)重要，原、燃料儲(chǔ)存設(shè)施需考慮互為備用，在任何一座料場(chǎng)內(nèi)設(shè)備故障或者煤場(chǎng)事故時(shí)，流程上均可保證其他3個(gè)料場(chǎng)中任意一座切換至上煤系統(tǒng)，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本項(xiàng)目中煤儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)在流程上原、燃料圓形料場(chǎng)的4倉(cāng)互為備用，其出料輸送帶均設(shè)置單路系統(tǒng)，考慮到原料、燃料輸送系統(tǒng)上煤能力較大，通過推煤機(jī)很難達(dá)到鍋爐及氣化裝置耗煤量的要求，所以未設(shè)置事故受煤斗，而是在任意一座圓形料場(chǎng)內(nèi)堆取料機(jī)故障或者檢修時(shí)，均可通過其他任意一座圓形料場(chǎng)實(shí)現(xiàn)切換上煤功能。石油焦出料帶式輸送機(jī)設(shè)置雙路系統(tǒng)，考慮到只有一座石油焦倉(cāng)，需供給氣化裝置和外運(yùn)裝船，雙路運(yùn)行可提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3．2抑塵設(shè)計(jì)

在輸煤系統(tǒng)中，環(huán)境惡劣，對(duì)粉塵的控制一直是輸煤系統(tǒng)的難點(diǎn)，為改善輸煤系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求的粉塵排放濃度的限值，根據(jù)筆者參與的近幾年一些輸煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，分析了粉塵產(chǎn)生的源頭，并提出新的抑塵措施。在除灰系統(tǒng)中，傳統(tǒng)除塵設(shè)備選用負(fù)壓式布袋除塵器，這種除塵器不僅電耗較大，對(duì)輸送物料的濕度要求也較高，而且其布袋一旦堵塞或破損會(huì)影響除塵效果，且不易查找泄露點(diǎn);另外，布袋需定期更換，因此設(shè)備維護(hù)量大，維護(hù)成本高，且會(huì)將粉塵排放到大氣中。在輸煤系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)和落料管的安裝角度在60°以上，高位落差，物料直落沖擊是產(chǎn)生粉塵的直接原因。導(dǎo)料槽內(nèi)空間狹小形成正壓，會(huì)將產(chǎn)生的粉塵噴射出導(dǎo)料槽，污染現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，甚至引發(fā)安全事故。根據(jù)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員與業(yè)主多次對(duì)其他輸煤系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)研結(jié)果來看，采用散料控制輸送系統(tǒng)+干霧抑塵相結(jié)合的措施能較好的從源頭上抑塵。本項(xiàng)目在轉(zhuǎn)運(yùn)站、破碎樓內(nèi)均采用散料控制輸送系統(tǒng)，在煤倉(cāng)間犁式卸料器處、破碎樓頭部卸料處采用干霧抑塵系統(tǒng)，從源頭上防塵抑塵，做到防治相結(jié)合，符合我公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)T/ES331005－2014《石油化工裝置原、燃料煤接卸、貯存、轉(zhuǎn)運(yùn)、除塵設(shè)計(jì)規(guī)定》［4］。

3．3防爆分區(qū)

大型煤化工項(xiàng)目的輸煤系統(tǒng)規(guī)模龐大，耗煤量大，原、燃料煤在儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)、破碎篩分過程中，當(dāng)抑塵設(shè)備運(yùn)行異常時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，粉塵濃度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)將容易產(chǎn)生爆炸，因此需考慮防爆分區(qū)。目前粉塵防爆方面的規(guī)范主要是GB50058－2014《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》［5］。在該規(guī)范附錄中“爆炸危險(xiǎn)環(huán)境”是指“可能產(chǎn)生21區(qū)的場(chǎng)所，當(dāng)未采取防止爆炸性粉塵環(huán)境形成的措施時(shí)，在粉塵容器裝料和卸料點(diǎn)附近的外部場(chǎng)所、送料輸送帶、取樣點(diǎn)、卡車卸載站、輸送帶卸載點(diǎn)等場(chǎng)所”。根據(jù)該規(guī)范附錄要求，本項(xiàng)目煤場(chǎng)區(qū)域以及轉(zhuǎn)運(yùn)站、破碎樓帶式輸送機(jī)頭尾轉(zhuǎn)接處應(yīng)劃為粉塵一級(jí)釋放源，按粉塵防爆21區(qū)考慮;在帶式輸送機(jī)中部等其他區(qū)域劃為粉塵二級(jí)釋放源;按粉塵防爆22區(qū)設(shè)計(jì)。該規(guī)范中規(guī)定:“可劃為非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域:裝有良好除塵效果的除塵裝置，當(dāng)該除塵裝置停車時(shí)候，工藝機(jī)組能連鎖停車”。為此，目前很多電廠對(duì)除塵器均進(jìn)行了更換，采用散料控制輸送系統(tǒng)或者無動(dòng)力除塵倒料槽(屬于抑塵設(shè)備)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行效果較傳統(tǒng)除塵器好，粉塵明顯得到有效控制，檢測(cè)粉塵濃度達(dá)到國(guó)家環(huán)保要求。結(jié)合GB50058－2014規(guī)范分析，輸煤系統(tǒng)也可不劃分到防爆區(qū)域。在本項(xiàng)目中筆者將輸煤系統(tǒng)按防爆區(qū)域設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)運(yùn)站落料點(diǎn)處劃分為一級(jí)釋放源，帶式輸送機(jī)中部劃分為二級(jí)釋放源。

3．4其他

由于化工行業(yè)與電力行業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)范［1～3］、行業(yè)習(xí)慣對(duì)輸煤系統(tǒng)的要求不盡相同，故煤化工項(xiàng)目和火力發(fā)電廠對(duì)輸煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求也不盡相同。當(dāng)上煤系統(tǒng)的總耗量小于60t/h時(shí)，電力規(guī)范規(guī)定宜采用兩班制;當(dāng)上煤系統(tǒng)的總耗量不小于于60t/h時(shí)，化工規(guī)范規(guī)定宜采用三班制。電力行業(yè)的GB50049－2011《小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］規(guī)定“當(dāng)采用雙路系統(tǒng)三班運(yùn)行時(shí)，每路系統(tǒng)出力不應(yīng)小于總耗量的150%”;化工行業(yè)的HG/T20518－2008《化工粉體工程設(shè)計(jì)通用規(guī)范》［1］規(guī)定“采用三班制的雙路系統(tǒng)時(shí)系統(tǒng)出力不應(yīng)小于總耗量的160%”。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著煤化工項(xiàng)目向大型化規(guī)模發(fā)展，近幾年我公司參與了多個(gè)大型煤化工項(xiàng)目輸煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)大型煤化工項(xiàng)目輸煤系統(tǒng)中，為保證主裝置運(yùn)行的可靠性，需重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn):1．在流程設(shè)計(jì)中需針對(duì)物料儲(chǔ)存流程以及輸送流程的備用;2．需考慮在儲(chǔ)存設(shè)施事故時(shí)直接進(jìn)系統(tǒng)的直通功能;3．輸煤系統(tǒng)中各卸料點(diǎn)處除塵方式在破碎系統(tǒng)能力較大時(shí)，需聯(lián)合布置篩破設(shè)施，并需分料均勻;4．化工規(guī)范中輸送系統(tǒng)全天運(yùn)行小時(shí)數(shù)不應(yīng)大于18h，電力規(guī)范中輸送系統(tǒng)全天運(yùn)行小時(shí)數(shù)不應(yīng)大于16h。以上這些注意事項(xiàng)是筆者在工程設(shè)計(jì)中總結(jié)出來的一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，供大家在類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)借鑒和參考。

參考文獻(xiàn):

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［3］中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)公司．大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50660－2011［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011．

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［5］中國(guó)寰球工程公司．爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50058－2014［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

作者：彭光艷 單位：中石化寧波工程有限公司