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大型煤储运系统设计重点

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《硫磷设计与粉体工程》2017年第5期

摘要:针对大型煤储运系统的特点,合理制定输煤系统方案,对保证主装置的安全运行至关重要。介绍了某大型煤化工项目输煤系统的工程流程、主要设备及参数,分析了设计重点及难点,并指出了化工行业和电力行业设计规范及行业习惯对输煤系统的不同要求。

关键词:煤储运;设计;要点;大型煤化工;设计规范

随着国内煤化工项目与石化系统内自备电站项目向大型化、规模化发展的趋势,输煤系统也趋于大型化。大型煤化工项目具有以下特点:①根据不同用途,装置所需煤的种类多,需提供分别锅炉装置所用的燃料煤和煤气化装置所用的原料煤;②煤制备设施复杂,需考虑配煤设施;③煤耗量大。因此,如何针对大型煤化工项目的特点合理制定输煤系统方案,对保证主装置的安全、稳定、长周期运行尤为重要。

1项目背景

某炼油—芳烃—乙烯建设炼化一体化项目为大型炼油化工项目,分两期建成。其中输煤系统为煤气化装置及锅炉发电装置提供原料煤及燃料煤,炼油装置产出的石油焦为煤气化装置及锅炉发电装置提供原、燃料。输煤系统按一期耗煤量约9000kt/a规模设计,预留二期储煤设施位置,输送系统能力一、二期耗量一并考虑,卸煤系统预留落料接口。该输煤系统为气化装置和锅炉装置提供合格的原料煤和燃料煤,主要包括卸煤、储煤、混煤和石油焦输送,筛破及配套的辅助设施,输煤系统投资约10亿人民币。

1.1煤源及煤质1.煤源及其粒度原料煤、燃料煤均来自码头,运距约1000km,来煤粒度不大于50mm,石油焦来自厂内延迟焦化装置,粒度不大于200mm。

1.2原料煤、燃煤耗量一期气化装置原料煤最大消耗量为442.833t/h(3719797t/a)。

2输煤系统

2.1储煤设施

输煤系统中储煤设施的常用形式有:条形料场、筒仓、圆形料场。近年来,随着煤化工装置规模的逐渐扩大和国家可持续发展战略的推行,企业环保意识逐渐加强,对煤场的储存量及环境保护等提出了较高的要求,储煤设施与项目投资、总图布置、储煤量大小、煤的特性、气象、环评意见等因素密切相关,需综合考虑选取合理的储存实施。1.圆形料场根据HG/T20518-2008《化工粉体工程设计通用规范》[1]规定:“运距大于200km并且小于1000km时,煤的储存天数为15~20d”。综合考虑各种因素后,本项目煤焦储运系统(装置)一、二期共规划7座圆形料场,一期建设5座,其余2座直径120m的圆形料场及相关配套设施仅预留位置,待二期工程实施过程中建设。各圆形料场内均设置一台堆取料机,用于圆形料场内的堆料和取料。堆取料机选用门架式堆取料机,堆料带式输送机可俯仰,取料采用单刮板取料机。同时圆形料场内总共配备了4台装载机作为倒堆的辅助机械。一期建设的圆形料场规格见表2。2.给料设备圆形料场中心漏斗下给料设备均选用活化给煤机,原料煤及燃料煤圆形料场下各设置了1台活化给煤机,其工作能力与堆取料机能力相匹配,分别为1800t/h及2000t/h。石油焦圆形料场下设置了双路输送系统,由于石油焦配比能力与外运装船能力相差较大,在中心漏斗下设置给料设备时需要同时满足两者要求。活化给煤机设备外形较大,双路布置时非常困难,因此石油焦料场中心漏斗下给料设备设置2台600t/h的活化给煤机和2台1500t/h的双质体给煤机,两开两备。石油焦圆形料场下设置备用受煤斗,并配套设置了2台能力为1000t/h的双质体给煤机(一开一备)。正常配石油焦时,活化给煤机单独运行;石油焦外运装船时,活化给煤机与双质体给煤机同时运行给料。

2.2混配煤设施

随着煤化工产业的日益繁荣,各种气化炉在国内得到了广泛的应用。为了降低企业运行成本,提高经济性,需拓宽气化煤种,充分合理运用煤炭资源,针对煤的不同特性进行合理配比,使其接近设计煤种。混配技术从最初的粗放式、小规模煤炭混匀作业,至今已形成大规模、现代化、自动化的精确配煤作业模式。目前在大型煤化工项目中,常用的配煤设施为筒仓配煤,能精确混配,而且环境友好,自动化程度高,配煤速度快,可实现大能力配比,适应现代煤化工项目大型化的需要。本工程为水煤浆气化炉,对配比要求没有煤粉炉严格,气化装置和动力中心配煤设施利用圆形料场,兼顾储存及配煤功能,混煤工况:神混煤+石油焦两元配置掺烧。根据总图布置,为保证气化装置及动力中心装置对石油焦的配比需求,在煤仓和石油焦仓下设有活化给煤机。该给煤机的振动系统利用亚共振双质体振动原理,采用小功率电机的激振力驱动主槽体而获取需要的振幅。此振动系统采用可变力轮调节出力,出煤量可在线任意调节。每个料仓出料输送带上设有电子皮带秤,准确反馈对应活化给煤机的瞬时给料量,以便在线调节给料量。当工艺装置需要掺混石油焦时,石油焦仓和煤仓同时出料,在下一条带式输送机上掺混,掺混后的煤、焦经过破碎及多次翻倒,最终达到石油焦和煤掺混均匀的目的。

2.3破碎筛分系统

2.3.1粒度要求

一、二期煤气化装置为多喷嘴对置式水煤焦浆气化炉,一、二期动力中心为超高压煤粉炉。原、燃料煤来煤粒度不大于50mm,气化装置入料粒度不大于10mm,锅炉装置入料粒度不大于30mm。

2.3.2原料煤筛碎系统

原料煤采用一级破碎方案,根据气化装置要求原料输送能力1800t/h、细碎设备最大处理能力850t/h、入料粒度不大于10mm的要求,以及原料煤粒度分布状况,调研了大型煤化工破碎系统并结合本项目的实际情况,确定原料煤筛碎系统方案:筛分机前布置分配仓,其底部排料设备采用活化给煤机,采用双路布置,两套系统同时运行。

2.3.3燃料煤筛破设施

燃料煤也选用一级破碎方案,根据动力中心装置燃料输送系统能力为2000t/h,入料粒度不大于30mm的要求,以及燃料煤粒度分布状况,设置2路燃料煤筛破系统(一开一备),每路配置2000t/h高幅筛和最大出力1000t/h的环锤破碎机各1台。

2.4带式输送机及运行方式

2.4.1进仓前带式输送机输送能力

原、燃料煤从界区外码头进圆形料场之前的输送能力与界区内卸煤系统能力匹配,但界外输送系统的最大能力为7680t/h,而圆形料场堆取料机实际运行的最大能力为5400t/h。因此,本项目最后确定进仓前的系统输送能力按5400t/h设计,并采用双路布置,带式输送机带宽B=2000mm,输送速度v=4.5m/s。石油焦系统进入圆形料场前的系统能力与延迟焦化装置输送系统能力匹配。

2.4.2上煤系统带式输送机输送能力

根据电力行业设计规范的相关要求,原料煤和燃料煤上煤系统出力不小于总耗量的150%[2,3];采用双路布置,一开一备,并具备同时运行的条件;采用三班制,运行时间不超过16h/d。

2.5采样

根据HG/T20518-2008规定,“有条件时,宜设置入厂原(燃)料机械取样装置”。本项目原、燃料在入厂前和进入气化炉、锅炉前均设置了采样单元。在做总图布置方案时,考虑到带式输送机运行过程中,在其头部设置采样单元对原(燃)料进行在线采样,一是投资成本较高,二是操作对人体健康有潜在危害,最终决定在入厂T1转运站内带式输送机中部设置采样点,因T1转运站进出栈桥有8座,实现功能复杂,是场内与码头之间的重要枢纽。为实现各功能(包括采样点布置),转运站倾斜布置,且外形为不规整多边形形状。

3设计重点、难点分析

3.1原、燃料煤出料系统互为备用

大型煤化工项目中,输煤系统的设计方案对保证主装置的安全运行至关重要,原、燃料储存设施需考虑互为备用,在任何一座料场内设备故障或者煤场事故时,流程上均可保证其他3个料场中任意一座切换至上煤系统,从而提高系统的稳定性。本项目中煤储运系统在流程上原、燃料圆形料场的4仓互为备用,其出料输送带均设置单路系统,考虑到原料、燃料输送系统上煤能力较大,通过推煤机很难达到锅炉及气化装置耗煤量的要求,所以未设置事故受煤斗,而是在任意一座圆形料场内堆取料机故障或者检修时,均可通过其他任意一座圆形料场实现切换上煤功能。石油焦出料带式输送机设置双路系统,考虑到只有一座石油焦仓,需供给气化装置和外运装船,双路运行可提高系统运行的稳定性。

3.2抑尘设计

在输煤系统中,环境恶劣,对粉尘的控制一直是输煤系统的难点,为改善输煤系统运行环境,达到环保标准要求的粉尘排放浓度的限值,根据笔者参与的近几年一些输煤系统的设计经验,分析了粉尘产生的源头,并提出新的抑尘措施。在除灰系统中,传统除尘设备选用负压式布袋除尘器,这种除尘器不仅电耗较大,对输送物料的湿度要求也较高,而且其布袋一旦堵塞或破损会影响除尘效果,且不易查找泄露点;另外,布袋需定期更换,因此设备维护量大,维护成本高,且会将粉尘排放到大气中。在输煤系统中,传统的带式输送机和落料管的安装角度在60°以上,高位落差,物料直落冲击是产生粉尘的直接原因。导料槽内空间狭小形成正压,会将产生的粉尘喷射出导料槽,污染现场环境,甚至引发安全事故。根据本项目设计人员与业主多次对其他输煤系统运行现场的实际调研结果来看,采用散料控制输送系统+干雾抑尘相结合的措施能较好的从源头上抑尘。本项目在转运站、破碎楼内均采用散料控制输送系统,在煤仓间犁式卸料器处、破碎楼头部卸料处采用干雾抑尘系统,从源头上防尘抑尘,做到防治相结合,符合我公司的企业标准T/ES331005-2014《石油化工装置原、燃料煤接卸、贮存、转运、除尘设计规定》[4]。

3.3防爆分区

大型煤化工项目的输煤系统规模庞大,耗煤量大,原、燃料煤在储存、转运、破碎筛分过程中,当抑尘设备运行异常时,会产生大量的粉尘,粉尘浓度达到一定数值时将容易产生爆炸,因此需考虑防爆分区。目前粉尘防爆方面的规范主要是GB50058-2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》[5]。在该规范附录中“爆炸危险环境”是指“可能产生21区的场所,当未采取防止爆炸性粉尘环境形成的措施时,在粉尘容器装料和卸料点附近的外部场所、送料输送带、取样点、卡车卸载站、输送带卸载点等场所”。根据该规范附录要求,本项目煤场区域以及转运站、破碎楼带式输送机头尾转接处应划为粉尘一级释放源,按粉尘防爆21区考虑;在带式输送机中部等其他区域划为粉尘二级释放源;按粉尘防爆22区设计。该规范中规定:“可划为非爆炸危险区域:装有良好除尘效果的除尘装置,当该除尘装置停车时候,工艺机组能连锁停车”。为此,目前很多电厂对除尘器均进行了更换,采用散料控制输送系统或者无动力除尘倒料槽(属于抑尘设备),现场实际运行效果较传统除尘器好,粉尘明显得到有效控制,检测粉尘浓度达到国家环保要求。结合GB50058-2014规范分析,输煤系统也可不划分到防爆区域。在本项目中笔者将输煤系统按防爆区域设计,转运站落料点处划分为一级释放源,带式输送机中部划分为二级释放源。

3.4其他

由于化工行业与电力行业的设计规范[1~3]、行业习惯对输煤系统的要求不尽相同,故煤化工项目和火力发电厂对输煤系统的设计要求也不尽相同。当上煤系统的总耗量小于60t/h时,电力规范规定宜采用两班制;当上煤系统的总耗量不小于于60t/h时,化工规范规定宜采用三班制。电力行业的GB50049-2011《小型火力发电厂设计规范》[2]规定“当采用双路系统三班运行时,每路系统出力不应小于总耗量的150%”;化工行业的HG/T20518-2008《化工粉体工程设计通用规范》[1]规定“采用三班制的双路系统时系统出力不应小于总耗量的160%”。

4结束语

随着煤化工项目向大型化规模发展,近几年我公司参与了多个大型煤化工项目输煤系统的设计。在设计大型煤化工项目输煤系统中,为保证主装置运行的可靠性,需重点注意以下几点:1.在流程设计中需针对物料储存流程以及输送流程的备用;2.需考虑在储存设施事故时直接进系统的直通功能;3.输煤系统中各卸料点处除尘方式在破碎系统能力较大时,需联合布置筛破设施,并需分料均匀;4.化工规范中输送系统全天运行小时数不应大于18h,电力规范中输送系统全天运行小时数不应大于16h。以上这些注意事项是笔者在工程设计中总结出来的一些经验和体会,供大家在类似项目设计时借鉴和参考。

参考文献:

[1]全国化工粉体工程设计技术中心站,中国五环工程科技股份有限公司.化工粉体工程设计通用规范:HG/T20518-2008[S].北京:中国计划出版社,2008.

[2]中国电力企业联合会.小型火力发电厂设计规范:GB50049-2011[S].北京:中国标准出版社,2011.

[3]中国电力工程顾问集团公司.大中型火力发电厂设计规范:GB50660-2011[S].北京:中国标准出版社,2011.

[4]张晔石油化工装置原、燃料煤的接卸、贮存、输送、除尘设计规定:T/ES331005-2014[S].宁波:中石化宁波工程公司,2014.

[5]中国寰球工程公司.爆炸危险环境电力装置设计规范:GB50058-2014[S].北京:中国标准出版社,2014.

作者:彭光艳 单位:中石化宁波工程有限公司

硫磷设计与粉体工程杂志责任编辑:张雨    阅读:人次