晉華爐3.0氣化裝置運(yùn)行總結(jié)

張貴偉，李建新，王 蒙

(1.河南金大地化工有限責(zé)任公司， 河南漯河 462400； 2河南金山化工集團(tuán)， 鄭州 450046)

河南金大地化工有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱金大地公司)是由河南金山化工集團(tuán)投資，創(chuàng)建于2005年的一家以生產(chǎn)氯化銨、純堿、三聚氰胺、尿素、工業(yè)鹽、甲醇為主的大型民營(yíng)鹽化工企業(yè)。2016年，金大地公司合成氨搬遷改造項(xiàng)目開(kāi)工建設(shè)，其中氣化爐選用清華大學(xué)日投煤量1 500 t、6.5 MPa晉華爐3.0(水煤漿水冷壁廢鍋氣化爐技術(shù))，2開(kāi)1備。2019年2月2日投料運(yùn)行，5月8日滿負(fù)荷運(yùn)行，9月平均日產(chǎn)合成氨1 809 t，達(dá)到了設(shè)計(jì)能力。

1 氣化裝置概況

該氣化裝置主要包括煤漿制備、氣化、渣水處理工序。其中，煤漿制備選用3臺(tái)濟(jì)南重工股份有限公司MBS4060棒磨機(jī)、6臺(tái)低壓煤漿泵、2臺(tái)大煤漿槽、3臺(tái)菲魯瓦高壓煤漿泵?；?渣)水處理的閃蒸裝置與氣化爐一一對(duì)應(yīng)，2臺(tái)澄清槽1開(kāi)1備。

該氣化裝置建設(shè)節(jié)點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 氣化裝置建設(shè)節(jié)點(diǎn)

2 投資費(fèi)用

該項(xiàng)目為企業(yè)搬遷改造新建項(xiàng)目，氣化裝置總投資約4.9億元，裝置內(nèi)的高壓煤漿泵和主要閥門(mén)(如煤漿閥和氧閥)等均采用進(jìn)口設(shè)備。其中，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)28 100萬(wàn)元，占總投資費(fèi)用的57.34%；主要材料費(fèi)7 500萬(wàn)元，占總投資費(fèi)用的15.31%；安裝費(fèi)4 400萬(wàn)元，占總投資費(fèi)用的8.98%；建筑工程費(fèi) 9 300萬(wàn)元，占總投資費(fèi)用的18.98%。

3 運(yùn)行情況及特點(diǎn)

該氣化裝置以陜西神木榆家梁礦煤和山西晉城煤混煤作為設(shè)計(jì)煤種，混煤質(zhì)量比為陜西神木榆家梁礦煤∶山西晉城煤=1∶1，操作煤種為陜西神木榆家梁礦煤。目前氣化用煤煤種比較穩(wěn)定，一直使用陜西神木榆家梁礦煤。自2019年2月開(kāi)車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行至今，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐和統(tǒng)計(jì)測(cè)算，晉華爐3.0的關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 晉華爐3.0關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)

該氣化裝置的運(yùn)行特點(diǎn)為:

(1) 運(yùn)行成本低。系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵機(jī)泵的規(guī)格遠(yuǎn)小于同等規(guī)模的傳統(tǒng)水煤漿氣化工藝，如激冷水泵額定體積流量為156 m3/h，高壓灰水泵額定體積流量為135 m3/h，經(jīng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和測(cè)算，1 000 m3有效氣(CO+H2)電耗比傳統(tǒng)水煤漿氣化工藝低約10 kW·h。

(2) 占地面積小。晉華爐3.0取消了傳統(tǒng)水煤漿氣化裝置的灰水框架，把灰水框架中的閃蒸設(shè)備布置在氣化框架中，整個(gè)氣化界區(qū)只有磨煤、氣化、細(xì)灰過(guò)濾3個(gè)混凝土框架，在占地面積大幅減小的同時(shí)降低了土建費(fèi)用，也方便了操作工巡檢。

(3) 經(jīng)濟(jì)性好。晉華爐3.0輻射廢鍋噸氨可副產(chǎn)高壓飽和蒸汽1.4～1.6 t，變換工段噸氨可副產(chǎn)飽和蒸汽1.6～1.8 t，比傳統(tǒng)水煤漿激冷流程噸氨多產(chǎn)蒸汽0.95 t，多產(chǎn)的飽和蒸汽可增加利潤(rùn)6 000萬(wàn)元以上。2020年8月、9月金大地公司消耗煤、電、蒸汽情況見(jiàn)表3～表5。合成氨成本見(jiàn)表6。

表3 2020年8月、9月金大地公司煤耗情況

表4 2020年8月、9月金大地公司電耗情況

表5 2020年8月、9月金大地公司蒸汽消耗情況

表6 2020年8月、9月金大地公司合成氨成本統(tǒng)計(jì)

(4) 自動(dòng)化程度高。晉華爐3.0采用組合式燒嘴，不需要更換預(yù)熱燒嘴，點(diǎn)火、烘爐、投料一體化全部通過(guò)程序控制完成，自動(dòng)化程度高。

4 運(yùn)行中存在的問(wèn)題

(1) 運(yùn)行周期有待進(jìn)一步提高。該氣化裝置的運(yùn)行周期最長(zhǎng)為連續(xù)運(yùn)行61 d。

(2) 氣化爐內(nèi)出口管時(shí)有堵塞，造成合成氣偏流，影響廢鍋副產(chǎn)蒸汽量。 造成偏流的主要原因是氣化爐合成氣、黑水、灰渣三相同出，運(yùn)行中激冷室黑水中含固量逐漸升高，造成部分合成氣管口堵塞[1-2]。表7為2020年6月26日—7月2日氣化爐內(nèi)出口管堵塞前后噸氨副產(chǎn)蒸汽情況。由表7可以看出，氣化爐內(nèi)出口管堵塞后副產(chǎn)汽量減少。

表7 氣化爐內(nèi)出口管堵塞前后副產(chǎn)蒸汽對(duì)比表

將氣化爐其中一根激冷水管線變更為外排黑水(固含量較高)管線，直接排至洗氣塔下部，減少了激冷室內(nèi)黑水含固量[3-4]。

(3) 運(yùn)行煤種與設(shè)計(jì)煤種偏差較大?，F(xiàn)運(yùn)行煤種的灰熔點(diǎn)比設(shè)計(jì)煤種低約180 K，現(xiàn)運(yùn)行煤種出燃燒室粗煤氣溫度低，因此廢鍋設(shè)計(jì)換熱面積偏大，合成氣出口溫度低，變換爐還需補(bǔ)充少量蒸汽，特別是在氣化爐投料運(yùn)行的前20 d內(nèi)。

(4) 廢鍋爆管。運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)氣化B爐廢鍋補(bǔ)水、副產(chǎn)蒸汽存在較大流量差，停車(chē)檢查發(fā)現(xiàn)水冷屏有1根鍋爐水管泄漏。主要原因是鍋爐水系統(tǒng)原始開(kāi)車(chē)期間沖洗不徹底，雜質(zhì)在鍋爐水管中堆積，造成水動(dòng)力不暢，過(guò)燒導(dǎo)致?lián)p壞。

(5) 環(huán)腔超溫。3臺(tái)氣化爐均發(fā)生過(guò)環(huán)腔超溫現(xiàn)象，通過(guò)調(diào)整氣化爐運(yùn)行參數(shù)，能恢復(fù)到正常指標(biāo)。分析原因是氣化爐負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，特別是氣化爐升壓過(guò)程中，廢鍋內(nèi)高溫粗煤氣通過(guò)廢鍋與渣口盤(pán)管的縫隙串氣至氣化爐環(huán)腔。

5 廢鍋水冷管壁腐蝕后爆管機(jī)理

5.1 垢下腐蝕

鍋爐管內(nèi)壁沉積的氧化鐵、氧化銅等雜物與管內(nèi)側(cè)金屬發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程為：

(1)

(2)

5.2 蒸汽腐蝕

當(dāng)水管內(nèi)壁因垢下腐蝕產(chǎn)生的氧化物造成蒸汽停滯或流速減小時(shí)，管內(nèi)蒸汽與高溫鐵發(fā)生反應(yīng)，并在金屬表面形成磁性氧化鐵膜。

(3)

5.3 氫腐蝕

當(dāng)產(chǎn)生的氫氣不能被氣流較快帶走，將與金屬管內(nèi)壁發(fā)生反應(yīng)，使之脫碳。

檢修時(shí)把泄漏的鍋爐水管用堵頭堵死，重新打壓試漏；對(duì)廢鍋水系統(tǒng)重新沖洗吹掃。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)幾個(gè)月連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行，證明晉華爐3.0具有自動(dòng)化程度高、投資少、運(yùn)行成本低、經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)。在系統(tǒng)升壓和負(fù)荷調(diào)整過(guò)程中，要求操作人員嚴(yán)格控制系統(tǒng)升壓速率或負(fù)荷波動(dòng)范圍，盡量做到氣化爐壓力穩(wěn)定；同時(shí)，采用新型密封型式，確保渣口盤(pán)管和廢鍋連接處無(wú)泄漏。