氣化爐擴能改造的優(yōu)化操作

姬恒山， 馬小剛

(聯(lián)泓山東化學有限公司， 山東棗莊 277500)

聯(lián)泓山東化學有限公司氣化裝置采用多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化工藝，單爐投煤量為1 500 t/d, 氣化爐設(shè)計運行壓力為6.5 MPa。一期于2009年12月投產(chǎn)，年產(chǎn)30萬t甲醇；二期于2011年11月投產(chǎn), 年產(chǎn)30萬t甲醇。氣化系統(tǒng)2開1備運行，裝置原設(shè)計年產(chǎn)醇氨60萬t，后變更為72萬t。

1 氣化爐擴能改造

2017年，為將甲醇產(chǎn)能擴充到90萬t,公司決定對氣化爐擴能改造，并與華東理工大學溝通確定了改造方案。方案中，氣化爐部分背襯磚減薄100 mm，隔熱磚厚度增加25 mm；氣化爐內(nèi)徑增大150 mm，燃燒室容積增加13%。燃燒室容積增大后，氣化爐具備了負荷提升的條件，需要改造與之匹配的供氧系統(tǒng)、氣體凈化系統(tǒng)。擴徑氧氣管線以及將其材質(zhì)更換為蒙乃爾，可以滿足單燒嘴氧量為13 000 m3/h的工藝要求；將洗滌塔下部3層塔盤更換為固閥塔盤，增大氣體上升流通截面，降低氣體流速，防止向后系統(tǒng)帶水[1]。

氣化爐燃燒室容積增大后，新工藝包設(shè)計投煤量增加26%，單爐投煤量達到1 893 t/d(干基為1 647 t/d)；物料停留時間延長，反應(yīng)充分，有效氣成分提升較明顯，實際運行中平均有效氣質(zhì)量分數(shù)為85.20%(見圖1)。新工藝包設(shè)計有效氣產(chǎn)量增加30%，單爐體積流量為123 750 m3/h。3臺氣化爐于2018年1月全部改造完成，單爐有效氣產(chǎn)量達到134 260 m3/h，雙爐運行甲醇產(chǎn)量超過3 000 t/d。

圖1 有效氣(CO+H2)質(zhì)量分數(shù)變化

2 擴能改造后出現(xiàn)的問題

擴能改造后，系統(tǒng)運行操作引發(fā)新的問題。

2.1 高負荷、高壓力下單燒嘴帶壓聯(lián)投

為滿足用氧需求，建造三期空分，蒸汽基本飽和利用。現(xiàn)階段系統(tǒng)負荷高導(dǎo)致單燒嘴跳車，為了平衡全廠蒸汽，不至于引起更多界區(qū)停車，氣化爐必須在高負荷(95.5%)、高壓力(6.0 MPa)下完成單燒嘴的帶壓聯(lián)投。

如何在6.0 MPa系統(tǒng)壓力下實現(xiàn)煤漿管線與氣化爐爐膛壓差(PT1103-PT1202)≥0.8 MPa和氧氣管線與氣化爐爐膛壓差(PT1200-PT1202)≥1.0 MPa，是系統(tǒng)單燒嘴聯(lián)投成功的關(guān)鍵[2]。

建立滿足投料氧氣開工流量，逐步緩慢關(guān)小氧氣放空閥后手動遙控閥(HV1203)，使氧氣管線壓力維持在7.0 MPa左右。由于煤漿固液混合物黏度大、粒度大，煤漿管線壓力更難控制，煤漿管線截流過大超壓，易造成高壓煤漿泵損壞?？刹扇∫韵麓胧?/p>

(1) 當煤漿循環(huán)管線壓力調(diào)節(jié)閥(PV1103)關(guān)到一定的閥位且調(diào)節(jié)不易時，易出現(xiàn)管線憋壓情況。每次調(diào)節(jié)30%閥位，可避免閥門動作過大造成憋壓。調(diào)節(jié)要緩慢，仔細對照壓力的變化再動作。

(2) 通過調(diào)節(jié)高壓煤漿泵的轉(zhuǎn)速，適當提高單燒嘴投料負荷，使煤漿管線壓力滿足投料條件，最后實現(xiàn)高負荷、高壓力下單燒嘴帶壓聯(lián)投。

(3) 燒嘴投入負荷過大時，出現(xiàn)系統(tǒng)短時間氣量增大、系統(tǒng)壓力提升快的現(xiàn)象?？焖俜€(wěn)定系統(tǒng)壓力、調(diào)節(jié)用氧量是穩(wěn)定系統(tǒng)的關(guān)鍵要素。

2.2 渣口壓差上漲及液位滿量程

因用水指標緊張，系統(tǒng)負荷提升30%時，系統(tǒng)補水量減少30%，造成灰水硬度升高、結(jié)垢速率加快。同時，隨著負荷提升、氣量增大，激冷室氣速增加，氣化爐帶水帶灰，造成氣化爐液位低且波動大，4條導(dǎo)向支管不流通無法形成旋流，氣化爐3個液位計滿量程指示不準。聯(lián)系儀表后，確認非儀表問題。通過渣口壓差、前后氣化爐壓力、鎖斗與氣化爐壓差以及渣樣變化情況分析，判斷為破泡條間積灰導(dǎo)致渣口壓差上漲及液位滿量程?？刹扇∫韵麓胧?

(1) 確保氣化爐真實液位，保證合成氣充分水浴后降溫。通過增加激冷水量、帶水量(混合器壓差略有上漲)來維持液位真實值不低；無法增加激冷水量、帶水量時，可以通過減少排水來實現(xiàn)。

(2) 穩(wěn)定氣化爐操作，穩(wěn)定煤漿質(zhì)量分數(shù)為62.5%～63.0%，穩(wěn)定氣化爐負荷，氣化爐壓力控制為6.40～6.45 MPa。

(3) 注意監(jiān)控氣化爐其它參數(shù)變化，注意出口合成氣溫度點溫度變化情況，確認聯(lián)鎖投用(280 ℃時，聯(lián)鎖停車)；監(jiān)控氣化爐托轉(zhuǎn)盤溫度變化情況。維持氣化爐運行，為系統(tǒng)處理解決問題或者倒爐提供充足時間，銜接系統(tǒng)整體運行。

3 低損耗平穩(wěn)倒爐

2020年3月7日進行氣化爐A倒C例行工作。通過前期多方總結(jié)和實際操作，實現(xiàn)了較低損耗下氣化爐平穩(wěn)倒爐(B爐負荷始終不變)。

C爐完成前期準備工作，對IJ燒嘴進行引氧操作：空分總供氧體積流量約為103 000 m3/h，B、C爐實際用氧體積流量約為95 000 m3/h,剩余氧體積流量為8 000 m3/h。引氧開始時，在空分氧量滿足的情況下，暫不降負荷；當氧量達到最大供氧量時，降低A爐負荷至93.1%，減少用氧體積流量4 000 m3/h，滿足IJ燒嘴投料條件(用氧體積流量為6 000～6 300 m3/h)。始終滿足并入系統(tǒng)負荷最大化、氧量最大使用量。

IJ燒嘴投料成功并穩(wěn)定操作后，通知現(xiàn)場準備開啟高壓煤漿泵(P1103F)建立KL燒嘴煤漿循環(huán)，控制室做好KL燒嘴引氧工作，氧氣管線入工段手動遙控閥(HV1201F)打開，煤漿循環(huán)閥(XV1203KL)打開，再拍停CD燒嘴，開始引氧；引氧完成同時，KL燒嘴煤漿循環(huán)時間達到10 min即可投料。KL燒嘴投料前，通知渣水人員做好切換黑水準備。投料完成后，當系統(tǒng)壓力基本滿足1.0 MPa時，進行黑水切換。

黑水切換完成后，系統(tǒng)進行升壓操作，為了節(jié)約提負荷時間和保持氧量最大使用量，邊提負荷邊升壓；當C爐負荷提至103 000 m3/h時，開始降低AB燒嘴負荷至89.3%并同時提C爐負荷至72.5%。當C系統(tǒng)壓力為4.0 MPa時，打開合成氣出口管線均壓閥(HV1305C)對合成氣出工段手動大閥進行均壓(均壓完成后，關(guān)閉HV1305C)，現(xiàn)場打開手閥。當C系統(tǒng)壓力為4.0 MPa后，通知調(diào)度降低AB爐壓力至6.0 MPa左右，做好并氣準備。并氣時要邊降低AB燒嘴負荷邊提高C爐負荷，防止AB燒嘴拍停對系統(tǒng)造成影響[3-4]。

3.1 節(jié)約投料及并氣完成時間

通過以下措施節(jié)約投料及并氣完成時間：

(1) 確認第二對煤漿循環(huán)建立速度和時間節(jié)點，當引氧完成且KL燒嘴煤漿循環(huán)達到10 min時，即可投料。

(2) 確認黑水切換時間和節(jié)點，在KL燒嘴投料前，通知渣水人員做好切換黑水準備。

(3) 確認開合成氣出工段手動大閥時間節(jié)點，節(jié)約20 min,實現(xiàn)并入系統(tǒng)負荷最大化和氧量最大使用量,實現(xiàn)節(jié)能的同時對產(chǎn)能影響最小。

3.2 3次倒爐數(shù)據(jù)的對比

3次倒爐數(shù)據(jù)的對比見表1。

表1 三次倒爐數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)語

改造后出現(xiàn)各種實際問題，經(jīng)匯總、分析、對比、總結(jié)形成更優(yōu)的操作方案，實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化操作，讓系統(tǒng)更加安全、穩(wěn)定、高效、高產(chǎn)，實現(xiàn)效益最大化。