通過全面節(jié)能管理和優(yōu)化技改實現(xiàn)煤制天然氣裝置的節(jié)能降耗

裴栓寶

(伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，新疆 伊寧 835000)

0 引 言

伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司(簡稱新天煤化)20×108m3/a煤制天然氣裝置，采用伊犁4#礦井開采的長焰煤，原煤用長輸皮帶直接送至新天煤化備煤煤倉，經(jīng)篩分處理后，塊煤送至魯奇碎煤加壓氣化爐，粉煤則送至熱電車間，配套3套杭州杭氧空分裝置(兩開一備)?；ぶ餮b置分為A、B兩個系列，正常生產(chǎn)時19臺氣化爐運行，粗煤氣分別進(jìn)入兩個系列的變換系統(tǒng)(兩個系列粗煤氣管道間設(shè)有聯(lián)通管道，可以平衡或調(diào)整氣量)；變換系統(tǒng)采用鈷鉬系催化劑未完全變換工藝，低溫甲醇洗系統(tǒng)采用林德低溫甲醇洗工藝，甲烷化系統(tǒng)采用戴維甲烷化工藝，工藝氣(SNG)經(jīng)三甘醇干燥系統(tǒng)脫水并經(jīng)天然氣壓縮機(jī)加壓后送入天然氣輸氣管網(wǎng)。氣化爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煤氣水，由煤氣水分離系統(tǒng)(6個系列)分離其中的溶解氣、焦油、中油、煤塵等后，產(chǎn)生的濃酚水送至酚回收系統(tǒng)(3個系列)，合格的稀酚水送往污水處理系統(tǒng)，處理后的廢水分別經(jīng)回用水處理、濃鹽水預(yù)處理、多效蒸發(fā)得到清凈水，清凈水可補(bǔ)入空分、熱電、氣化、凈化循環(huán)水站，實現(xiàn)污水零排放。

煤制天然氣裝置作為清潔能源轉(zhuǎn)化大戶及耗能大戶，在我國建設(shè)生態(tài)文明及推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的大背景下，節(jié)能減排工作刻不容緩。新天煤化近年來將提高生產(chǎn)系統(tǒng)能效作為企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的主要著力點之一，完善節(jié)能管理基礎(chǔ)工作，加強(qiáng)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)節(jié)能管理，促進(jìn)節(jié)能工作廣泛、深入地開展，并積極進(jìn)行節(jié)能技改，以實現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效，利于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。以下對有關(guān)情況作一簡介。

1 建立健全管理體系，夯實節(jié)能基礎(chǔ)管理

建立節(jié)約型工廠，加強(qiáng)管理是關(guān)鍵，落實責(zé)任是保障。近年來，新天煤化不斷建立健全節(jié)能管理體系，加強(qiáng)能源統(tǒng)計管理，加大節(jié)能培訓(xùn)和宣傳，有效遏止浪費，不斷優(yōu)化節(jié)能工作的外在和內(nèi)部環(huán)境，形成節(jié)約資源的長效機(jī)制，保證節(jié)能工作持續(xù)深入開展。具體而言，著力抓了如下方面的工作。

(1)完善規(guī)章制度，形成節(jié)能管理長效機(jī)制。設(shè)置專門的節(jié)能管理機(jī)構(gòu)，明確節(jié)能責(zé)任；編制發(fā)布《能源管理工作實施細(xì)則》、《節(jié)約用電管理辦法》等管理制度；每年年初對上一年度的節(jié)能工作進(jìn)行總結(jié)，并制定本年度的節(jié)能工作要點，形成節(jié)能網(wǎng)絡(luò)有效運作機(jī)制，確保相關(guān)節(jié)能措施有效落實。

(2)加強(qiáng)能源計量和統(tǒng)計管理。嚴(yán)格執(zhí)行國家和公司有關(guān)計量規(guī)程、制度和計量標(biāo)準(zhǔn)，選用準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度高的能源計量工具，通過狠抓能源計量工作滿足能耗定額管理、能耗考核和制定綜合能耗標(biāo)準(zhǔn)的需要；各車間節(jié)能監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)成員建立能源利用臺賬，主管部門每月底對各車間的臺賬進(jìn)行匯總分析，編制節(jié)能月報，并根據(jù)節(jié)能分析優(yōu)化組織生產(chǎn)。

(3)不斷完善更新能耗設(shè)備管理臺賬。據(jù)國家能耗要求及時更換或淘汰高耗能設(shè)備，并將更換和新增的設(shè)備及時更新至管理臺賬中，便于開展節(jié)能管理。

(4)加大節(jié)能培訓(xùn)和宣傳力度，提高全員節(jié)能意識。每年安排節(jié)能網(wǎng)絡(luò)成員及班組長進(jìn)行一次節(jié)能培訓(xùn)，并采取外出參觀學(xué)習(xí)與內(nèi)部培訓(xùn)學(xué)習(xí)相結(jié)合的形式，不斷提高三級節(jié)能網(wǎng)成員的業(yè)務(wù)素養(yǎng)和節(jié)能管理人員的管理水平；充分發(fā)揮新聞媒體的作用，開展多種形式的宣傳教育活動，開展全面節(jié)能、降耗提質(zhì)、改善經(jīng)營、開源節(jié)流的討論課題，提高全體員工的節(jié)能意識。

(5)嚴(yán)格基礎(chǔ)建設(shè)管理及原料管理，服務(wù)節(jié)能工作。① 嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行系統(tǒng)及設(shè)備的安裝和調(diào)試，并按照相關(guān)規(guī)定完成性能考核試驗；② 抓好原材料及輔助材料質(zhì)檢和取樣化驗工作，檢驗不合格者不能用于生產(chǎn)，尤其是原料煤及燃料煤必須通過合格的計量建立實物或?qū)嵨锬M校核制度。

2 優(yōu)化生產(chǎn)運行，促進(jìn)節(jié)能降耗

要實現(xiàn)煤化工裝置的節(jié)能減排、降本增效，須樹立整體節(jié)能意識，不斷總結(jié)操作經(jīng)驗，保證生產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行，主要包括：精心組織、科學(xué)調(diào)度、強(qiáng)化運行管控措施，保證系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行；優(yōu)化系統(tǒng)開/停車方式，合理組織并減少開/停車時間；加強(qiáng)運行管理，生產(chǎn)操作精細(xì)化，避免誤操作；提高設(shè)備運行的可靠性，減少非正常停車次數(shù)；在保證系統(tǒng)安全運行的前提下，盡可能提高系統(tǒng)負(fù)荷。具體而言，重點抓了如下方面的工作。

(1)嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，開展運行分析，保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、安全運行；規(guī)范巡檢、巡線工作，提高巡檢質(zhì)量，做到缺陷及隱患早發(fā)現(xiàn)、早處置；生產(chǎn)單元及單體設(shè)備檢修前，隔離措施到位，以免影響系統(tǒng)運行。

(2)生產(chǎn)中一時無法消除的隱患、缺陷，加強(qiáng)監(jiān)控，制定防范措施和應(yīng)急處置方案，一旦出現(xiàn)異常情況及時處置，力求將產(chǎn)品產(chǎn)量損失及其他影響降至最低。

(3)持續(xù)優(yōu)化公用介質(zhì)使用管理，主要是減少儀表空氣、裝置空氣、氮氣的使用量和及時合理調(diào)配循環(huán)水溫度：① 對全廠的公用介質(zhì)管道進(jìn)行檢查，及時消除漏點，儀表空氣只作為氣動閥門的氣源，嚴(yán)禁他用；② 對公用站裝置空氣的使用嚴(yán)格審批，減少氣化爐煤鎖引射器的裝置空氣使用量，正常情況下運行19臺氣化爐，每臺氣化爐減少200 m3/h(標(biāo)況，下文無特別說明處均指標(biāo)況)裝置空氣用量，約可多產(chǎn)氧氣760 m3/h；③ 增開為系統(tǒng)開/停車提供儀表空氣的3臺螺桿式壓縮機(jī)，每臺打氣量約3 000 m3/h，可多產(chǎn)氧氣約1 800 m3/h；④ 減少低溫甲醇洗系統(tǒng)氣提氮氣用量，兩個系列可減少約2×1 000 m3/h的氮氣用量；⑤ 通過提高汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速、盡量降低入空氣分離系統(tǒng)空氣的溫度，挖掘單套汽拖空分裝置氧氣和氮氣的產(chǎn)出能力，提高單套空分裝置的出力，使空分裝置負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍在75%～105%；⑥ 據(jù)系統(tǒng)熱負(fù)荷和氣溫變化情況，及時停用循環(huán)水系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)(電機(jī))功率180 kW，4座循環(huán)水系統(tǒng)每座停用1臺風(fēng)機(jī)，一天可節(jié)電約17 280 kW·h。簡言之，適當(dāng)減少汽拖空分裝置抽取的裝置空氣、儀表空氣用量，使更多的空氣能夠分離出氧氣；減少空分裝置的氮氣產(chǎn)量，降低空分分離系統(tǒng)的負(fù)荷，提高氧氣的產(chǎn)量——每少用100 m3/h裝置空氣可多產(chǎn)約20 m3/h氧氣。

(4)優(yōu)化系統(tǒng)物料平衡，研究不同工況下氣化爐、鍋爐與發(fā)電機(jī)的運行配置，減少能源浪費，減少下網(wǎng)電量，降低綜合廠用電率：① 系統(tǒng)配置22臺魯奇氣化爐，單臺氣化爐的氧負(fù)荷在5 730 m3/h，設(shè)計負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍為50%～150%，正常運行期間將單臺氣化爐的氧負(fù)荷控制在7 000 m3/h左右，只安排18臺氣化爐運行，減少運行氣化爐的臺數(shù)，降低消耗和設(shè)備損耗；② 系統(tǒng)設(shè)計配置4臺480 t/h循環(huán)流化床鍋爐(對應(yīng)3臺發(fā)電機(jī)組)，正常生產(chǎn)期間單臺鍋爐產(chǎn)汽約400 t/h，夏季和冬季系統(tǒng)滿負(fù)荷生產(chǎn)時的蒸汽需求量分別約1 200 t/h和1 350 t/h，在非采暖期熱電車間盡可能采用三爐三機(jī)的運行模式，在鍋爐故障或其他原因蒸汽產(chǎn)量不足的情況下，盡可能通過增加下網(wǎng)電量來減少蒸汽使用，以免影響化工系統(tǒng)負(fù)荷；③ 對全系統(tǒng)機(jī)泵進(jìn)行梳理，對設(shè)計上揚程偏大的離心泵適度削切葉輪，避免“大馬拉小車”，以減少電機(jī)無功消耗；④ 對平均負(fù)荷小于其額定容量40%左右的輕載電機(jī)，將其線圈改造成三角形接法，并加強(qiáng)管理，以避免動設(shè)備長時間的空載運行；⑤ 保證系統(tǒng)內(nèi)異步電機(jī)驅(qū)動設(shè)備——煤鎖氣壓縮機(jī)、循環(huán)氣壓縮機(jī)的正常運行，減少發(fā)電機(jī)的無功發(fā)電，保證110 kV、35 kV、10 kV電機(jī)功率因數(shù)≥0.92；⑥ 加強(qiáng)0.4 kV低壓系統(tǒng)電容器補(bǔ)償投用管理，強(qiáng)化監(jiān)督檢查，確保其功率因數(shù)≥0.9。

(5)嚴(yán)格生產(chǎn)運行組織，按計劃完成開/停車和檢修工作，對于排定的計劃，嚴(yán)格執(zhí)行，減少過程物料浪費，加大考核追責(zé)力度，力求做到“小事不過班、大事不過夜”。

(6)仔細(xì)分析生產(chǎn)鏈條上各個環(huán)節(jié)的操作控制，不斷提升系統(tǒng)的自動化操作水平，減少人為操作失誤，提高裝置生產(chǎn)效率。

(7)認(rèn)真開展與同行企業(yè)的對標(biāo)工作，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)管理和生產(chǎn)操作中存在的可優(yōu)化環(huán)節(jié)，制定整改計劃并按期落實整改。

3 強(qiáng)化設(shè)備管理，延長運行周期

(1)對系統(tǒng)運行中存在的瓶頸問題、影響系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)加快整改；定期組織專業(yè)分析，持續(xù)更新問題清單；嚴(yán)格按整改計劃推進(jìn)整改工作。

(2)開展設(shè)備預(yù)防性檢查及定修工作，提高設(shè)備運行的可靠性，據(jù)公司年度重點工作任務(wù)中制定的計劃予以實施。

(3)嚴(yán)格執(zhí)行“點檢”和巡回檢查制度，引入智能巡檢系統(tǒng)，做到缺陷早發(fā)現(xiàn)、早判斷、早處理，防止設(shè)備缺陷的擴(kuò)大化，以設(shè)備“零缺陷”為目標(biāo)，以“小缺陷不過夜、大缺陷連著干”為指導(dǎo)思想，做好系統(tǒng)、設(shè)備缺陷消除工作，提高消缺質(zhì)量。

(4)保質(zhì)保量完成年度檢修工作，做到“應(yīng)修必修，修必修好”；同時，合理優(yōu)化檢修項目及檢修周期，壓縮檢修周期，力爭提前完成各項檢修任務(wù)。

(5)開展提高氣化爐運行可靠性的研究，組織開展與同行企業(yè)進(jìn)行氣化爐運行操作對標(biāo)、煤灰鎖閥門質(zhì)量對比，查找不足，及時改進(jìn)。

(6)持續(xù)深入“四管”泄漏專題研究，通過規(guī)范鍋爐檢修和開展水冷壁噴涂運行試驗、單臺鍋爐噴燃口改造、兩臺鍋爐空預(yù)器改造等措施，提高鍋爐運行的可靠性。

4 注重技術(shù)改造，推進(jìn)節(jié)能創(chuàng)新

4.1 氣化系統(tǒng)設(shè)備改造和操作優(yōu)化

(1)借鑒南非薩索爾煤氣公司對原有爐箅的改造方法，新天煤化對爐箅進(jìn)行改造，提高爐箅材質(zhì)質(zhì)量，并采取增加耐磨板、增高刮刀高度等措施提高爐箅的破渣能力，為氣化爐低負(fù)荷運行創(chuàng)造有利條件。

(2)新天煤化氣化爐設(shè)計煤種和實際生產(chǎn)使用的煤種偏差較大，煤鎖加煤次數(shù)每小時比設(shè)計多1鎖左右，煤鎖加煤頻繁導(dǎo)致煤鎖氣過剩。經(jīng)分析與探討后，在原來的管線上增加1條煤鎖氣回收緩沖管，將煤鎖泄壓的氣體存儲在緩沖管中，待充壓時再將其作為充壓氣體使用，由此解決了煤鎖氣不能完全回收的問題，每年可增加天然氣產(chǎn)量約10 000 km3。

(3)通過氣化爐運行操作優(yōu)化不斷提高氣化爐單爐連運水平和負(fù)荷率，例如，通過降低氣化爐汽氧比，提升氣化爐內(nèi)溫度，使粗煤氣中有效氣成分增加、蒸汽轉(zhuǎn)化率提高，從而提高粗煤氣的質(zhì)量和減少煤氣水的產(chǎn)生量。

4.2 系統(tǒng)低位余熱利用

(1)煤制天然氣裝置實際滿負(fù)荷生產(chǎn)期間與設(shè)計的蒸汽供需平衡不匹配，夏季0.5 MPa蒸汽過剩約50 t/h，而原設(shè)計酚回收系統(tǒng)脫酸脫氨塔再沸器、低溫甲醇洗系統(tǒng)甲醇/水/HCN分離塔再沸器熱源均采用1.5 MPa低壓過熱蒸汽。通過詳細(xì)核算，改用0.5 MPa蒸汽能夠滿足上述再沸器生產(chǎn)所需，由此不僅解決了夏季0.5 MPa蒸汽放空的問題，而且1.5 MPa低壓過熱蒸汽是由減溫減壓器和汽輪機(jī)抽汽提供，減少其用量相當(dāng)于降低了鍋爐負(fù)荷。

(2)新天煤化煤制天然氣裝置采暖系統(tǒng)設(shè)計以0.5 MPa蒸汽為熱源加熱采暖水，而全廠各車間產(chǎn)生的高溫(118 ℃)蒸汽冷凝液要用循環(huán)水降溫至40 ℃后回收至脫鹽水站再次利用。為此，將采暖系統(tǒng)采暖水改造為與蒸汽冷凝液換熱，不僅使生產(chǎn)系統(tǒng)的低品位熱量得到回收利用，而且全年可節(jié)約采暖用燃料煤約50 kt。

4.3 優(yōu)化系統(tǒng)運行方式

(1)煤制天然氣裝置的生產(chǎn)運行情況表明，其低溫甲醇洗系統(tǒng)有較大的設(shè)計裕量，煤制天然氣裝置滿負(fù)荷運行時雙系列(A/B)低溫甲醇洗系統(tǒng)的負(fù)荷僅80%，即低溫甲醇洗系統(tǒng)配套的制冷氨壓縮機(jī)設(shè)計負(fù)荷偏大，整體核算1臺氨壓縮機(jī)可滿足雙系列低溫甲醇洗系統(tǒng)80%負(fù)荷運行。為此，在氨壓縮機(jī)入口增加聯(lián)通管線，通過技改實現(xiàn)混合制冷A/B系列互備，當(dāng)單系列氨壓縮機(jī)出現(xiàn)故障時，可實現(xiàn)1套混合制冷系統(tǒng)為2套低溫甲醇洗系統(tǒng)提供冷量，減少因氨壓縮機(jī)故障停機(jī)而對系統(tǒng)生產(chǎn)的影響。

(2)鑒于甲烷化系統(tǒng)開車約需8 h，且停車后工藝處置難度大、時間長，在甲烷化系統(tǒng)工藝氣入口管線上增加聯(lián)通管，可以保證前系統(tǒng)其中1個系列故障停車后甲烷化系統(tǒng)仍可雙系列運行，減少開/停車期間的資源浪費；同時，正常生產(chǎn)中前系統(tǒng)工況波動時，甲烷化系統(tǒng)通過對入口氣量的調(diào)整，可減輕對甲烷化催化劑的影響。

(3)設(shè)計上煤制天然氣裝置無高于系統(tǒng)工作壓力的氮氣(源)，系統(tǒng)進(jìn)行高壓氣密試驗時必須使用撬裝設(shè)備進(jìn)行充壓，充壓時間長。經(jīng)分析，在天然氣壓縮機(jī)出口至甲烷化系統(tǒng)增加高壓氮氣氣密試驗管線，可提前開車準(zhǔn)備時間30 h左右，按單系列開車初期產(chǎn)氣量100 km3/h計，每次開車可減少約3 000 km3的天然氣損失。

(4)原始設(shè)計三甘醇干燥系統(tǒng)三甘醇廢液直接排至污水處理系統(tǒng)，分析檢測發(fā)現(xiàn)，此廢液中三甘醇含量較高，具有回收價值。為此，將廢液回收至富液系統(tǒng)，全年可回收三甘醇約65 t，三甘醇單價以1.7萬元/t計，全年可節(jié)省三甘醇采購費用約110萬元，同時全年可減少向污水處理系統(tǒng)排放污水約131.68 t。

4.4 設(shè)備優(yōu)化技改

低溫甲醇洗系統(tǒng)H2S餾分分離罐(161V106/206)氣相出口增設(shè)循環(huán)水冷卻器，以降低甲醇單耗；將熱電鍋爐配套的4#、5#定速給水泵改為調(diào)速給水泵；對鍋爐給煤噴口截面進(jìn)行改造，1#、3#、4#鍋爐帶負(fù)荷的能力明顯提高(2#鍋爐改造后效果不太明顯)；酚回收系統(tǒng)萃取塔、酚塔填料更換為新型高效填料，其萃取比由改造前的(4～5)∶1提升至(6.5～7.0)∶1，混合酚品質(zhì)明顯提升，酚及同系物含量由改造前的70%左右提升至80%左右。

4.5 蒸汽冷凝液零排放改造

原始設(shè)計全廠蒸汽管網(wǎng)疏水導(dǎo)淋均為就地排放，現(xiàn)增加一條冷凝液回收總管，將全廠蒸汽冷凝液導(dǎo)淋改為密閉排放,全部回收送至脫鹽水站再次利用，實現(xiàn)了蒸汽冷凝液的零排放。

4.6 低溫甲醇洗排放廢氣回收利用

低溫甲醇洗系統(tǒng)排放的廢氣中有效氣含量較高，之前直接排放至大氣中，不僅污染環(huán)境，還造成了資源的極大浪費。目前，新天煤化正在建設(shè)低溫甲醇洗閃蒸氣壓縮回收項目——增加廢氣壓縮機(jī)將低溫甲醇洗系統(tǒng)排放廢氣中的有效氣予以回收，有效氣加壓后并入變換氣管道，項目投運后預(yù)計每年可增產(chǎn)天然氣約30 000 km3。

4.7 空分污氮氣增效利用

空分裝置精餾塔污氮氣壓力為12 kPa，為實現(xiàn)空分污氮氣的增效利用，對污氮氣系統(tǒng)進(jìn)行提壓操作，將其壓力提升至0.40 MPa，分別替代備煤車間筒倉惰化保護(hù)裝置的低壓氮氣、氣化爐煤倉及溜槽的低壓氮氣、氣化爐煤鎖引射器的裝置空氣及熱電系統(tǒng)輸灰用氣，替代氣量共計約20 000 m3/h，由此空分裝置產(chǎn)氧量可以增加約1 600 m3/h，日可增產(chǎn)天然氣約100 km3。

4.8 踐行科技興企，助力節(jié)能工作

近年來，新天煤化承擔(dān)了863計劃課題“固定床氣化廢水處理及利用關(guān)鍵技術(shù)與示范”項目，以及浙能集團(tuán)重點科技項目“1 200立方米每小時煤化工廢水臭氧催化氧化深度處理技術(shù)研發(fā)及工程示范”、“1 200立方米每小時煤化工廢水浸沒式超濾深度處理技術(shù)研發(fā)與工程示范”的科技攻堅任務(wù)；2020年4月，新天煤化申請了國家博士后工作分站，2020年12月申請并獲得了國家高新技術(shù)企業(yè)批復(fù)。

5 結(jié)束語

新天煤化自煤制天然氣裝置達(dá)產(chǎn)以后，通過全面的節(jié)能管理與持續(xù)的優(yōu)化技改，以及自身科技創(chuàng)新能力的不斷提升，取得了良好的節(jié)能降耗成效：2019年煤制天然氣裝置能源轉(zhuǎn)化率達(dá)58.45%、單位產(chǎn)品綜合能耗0.95 kgce/m3、單位產(chǎn)品綜合煤耗2.27 kgce/m3，2020年煤制天然氣裝置能源轉(zhuǎn)化率達(dá)60.23%、單位產(chǎn)品綜合能耗0.88 kgce/m3、單位產(chǎn)品綜合煤耗2.20 kgce/m3，均達(dá)到了業(yè)內(nèi)先進(jìn)水平，并獲得中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會頒發(fā)的“十三五”石油和化工行業(yè)“節(jié)能先進(jìn)單位”殊榮，是105家被表彰單位中唯一一家煤制天然氣企業(yè)。