多元料漿氣化技術在工業化應用中的改進

李水龍，王興盛，郭 強，李 偉

（甘肅華亭煤電股份有限公司煤制甲醇分公司，甘肅 華亭744100）

多元料漿氣化技術[1]是由西北化工研究院自主開發的煤炭清潔高效利用技術。甘肅華亭煤電股份有限公司煤制甲醇分公司（簡稱華亭甲醇公司）氣化裝置采用多元料漿氣化技術，在投入工業生產后，出現了氣化爐烘爐水工藝路線不明確、密封水換熱器故障率較高、除氧水槽放空氣污損環境、廢水處理難度較大以及磨煤機氣源不穩定等問題。本文系統闡述了華亭甲醇公司針對上述問題提出的相應技術改造思路及方法，為多元料漿氣化裝置長周期穩定運行提供借鑒經驗。

1 多元料漿氣化技術的改進

1.1 增加氣化爐升溫烘爐水工藝單元

多元料漿氣化技術原設計中并未明確設計氣化爐升溫烘爐水工藝單元，該技術投入工業生產后，由于各企業生產運行條件不同，升溫烘爐水工藝路線也各式各樣，部分企業通過渣池泵供給烘爐水，部分企業通過新增烘爐水泵供給烘爐水，但上述烘爐水供給方式均存在運行或經濟方面的弊端。為了填補升溫烘爐水工藝單元設計空缺，在最小經濟投入的基礎上實現烘爐水循環利用，經討論分析，華亭甲醇公司在氣化爐低壓灰水及激冷水系統交匯處增加了升溫烘爐水工藝單元，具體工藝流程示意圖見圖1（圖中虛線為技術改造部分）。

依據氣化爐水分布試驗結果，氣化爐烘爐水流量超過110 m3/h 時，激冷環組件水膜分布均勻且連續，能夠滿足氣化爐升溫烘爐要求。因此，利用多元料漿氣化原設計的灰水泵至鎖斗沖洗系統灰水管線，在入鎖斗沖洗水槽灰水流量調節閥與其后閥之間短節處增設一條烘爐水管線，通過直接配管將灰水引至激冷水過濾器底排管線處，并在新增烘爐水管線上增加相應切斷閥門。

在氣化爐烘爐時，系統循環灰水經灰水泵加壓后，經過灰水冷卻器、流量調節閥、烘爐水切斷閥及激冷水過濾器進入氣化爐，以達到供給升溫烘爐水的目的。在供給氣化爐烘爐水時，可通過流量調節閥及時調節烘爐水流量，操作簡單便捷，更重要的是烘爐水完全利用的是系統循環灰水，未額外增加水耗，經濟和環保效益良好。

1.2 并聯密封水換熱器技術改進

密封水換熱器主要用于高壓鍋爐給水冷卻降溫，降溫后的高壓鍋爐給水用作氣化裝置轉動設備的密封水。由于密封水換熱器熱側介質（高壓鍋爐給水）與冷側介質（循環水）存在較大壓差（8 MPa）和溫差（110℃），因此該換熱器在實際運行過程中頻繁出現內漏情況，屢次造成生產系統停產，具體影響見表1。

表1 密封水換熱器內漏影響情況

基于密封水換熱器在多元料漿氣化工藝中的重要作用，為了提高該設備的運行可靠性，降低設備故障引發的損失，華亭甲醇公司提出了并聯密封水換熱器的技術改造思路，具體流程示意圖見圖2（圖中虛線為技術改造部分）。

圖2 并聯密封水換熱器流程示意圖

由于新增密封水換熱器與原密封水換熱器的切換操作是在正常生產運行工況下開展，因此新增循環水管線必須從循環水管網引入，避免因兩臺換熱器同時運行循環水供給不足引發壓力容器超溫事故。另外，原密封水換熱器設計壓力為8.3 MPa,但氣化裝置轉動設備（激冷水泵）最高出口壓力達到了7.6 MPa，為了保證裝置內所有轉動設備密封水能夠正常投入，因此將新增密封水換熱器設計壓力提高至9.0 MPa。

通過并聯密封水換熱器，實現了密封水換熱器的在線切換。自該技術改造實施以來，華亭甲醇公司未發生因密封水換熱器內漏導致生產系統中斷的事故。

1.3 除氧水槽放空氣回收技術改進

除氧水槽被廣泛用于化工及電力裝置，主要作用是控制生產系統循環利用水中的氧含量，減緩設備設施的腐蝕速率。但是在實際生產過程中，大量水蒸氣與不凝氣體同時被除氧水槽就地放空，在氣溫較低時，放空水蒸氣凝結下落，不僅嚴重污損生產環境，浪費水資源，而且加速了生產框架的腐蝕速率，給企業生產安全造成了巨大影響。為此，華亭甲醇公司對除氧水槽放空氣進行了回收改造，具體流程示意圖見圖3（圖中虛線為技術改造部分）。

圖3 除氧水槽放空氣回收流程示意圖

在實際生產運行過程中，兩套低壓閃蒸罐及低壓閃蒸冷卻器運行，剩余一套系統備用，兩套運行系統共用一臺除氧水槽。

來自氣化工段的黑水經過低壓閃蒸罐閃蒸后，閃蒸氣經調節閥控制優先進入除氧水槽，用于對除氧水槽內灰水加熱除氧，富余閃蒸氣由低壓閃蒸冷卻器進行冷凝回收，不凝氣送至除氧水槽放空閥后排至大氣。除氧水槽內灰水經閃蒸氣加熱后，溫度達到108 ℃，壓力達到0.08 MPa，在該溫度、壓力條件下，溶解在灰水中的包含氧氣在內的不凝氣不斷逸出排放，同時大量水蒸氣被就地排放。

除氧水槽放空氣回收物料數據見表2。由表2可知，入低壓閃蒸冷卻器閃蒸蒸汽量(單臺)為兩套低壓閃蒸氣總量減去至除氧水槽低壓閃蒸氣量的差值的1/2，即11 897.72 m3/h，除氧水槽放空氣量為9 460.737 5 m3/h，即低壓閃蒸冷卻器閃蒸氣量大于除氧水槽放空氣量，故低壓閃蒸冷卻器換熱能力可滿足冷卻回收除氧水槽放空氣的要求。

表2 除氧水槽放空氣回收物料數據

因此，將除氧水槽放空氣引入備用低壓閃蒸冷卻器，不凝氣體送至除氧水槽放空閥后排至大氣，凝液回收至灰水槽后進入氣化爐水系統循環利用。經過改造，華亭甲醇公司不僅實現年回收利用水量2 837 t，而且從根本上解決了除氧水槽放空氣冷凝后造成的框架腐蝕問題，從本質上提高了企業安全生產水平。

1.4 制漿水技術改進

隨著國家對環保治理的愈加嚴格，化工企業對環保的要求也逐漸提高，企業產生的高氨氮、高COD 的廢水實現內部消耗已經成為化工企業實現達標排放的主要途徑之一[2-3]。將企業生產廢水用于煤漿制備是企業實現廢水自耗的較好舉措，但將廢水用于煤漿制備，引發了制漿水管線頻繁堵塞、制漿工段工作環境惡劣、異味嚴重等問題，針對上述問題，華亭甲醇公司優化了制漿水技術流程，見圖4。

外來廢水的物理性質及組成見表3。由表3 可以看出，外來廢水中含有少量甲醇，且廢水2 溫度偏高，達到了107 ℃。在實際生產運行中，隨著生產運行工況發生變化，廢水組分也會出現波動，與設計值相比，實際廢水中異物（主要為雜醇類物質）含量明顯偏高，異物與灰水在高溫下混合，在設備容器內極易形成蠟狀凝結物，堵塞制漿水泵及附屬管線，嚴重時影響煤漿制備負荷。另外，這3 股廢水混合后，廢水溫度實測最高達到了80 ℃，在該溫度下，廢水中部分雜醇類物質大量揮發，不僅嚴重影響制漿工段外部環境，而且不利于職工職業衛生健康。

圖4 制漿水改造流程示意圖

表3 外來廢水數據

根據上述分析，為了解決外來廢水制漿引發的一系列問題，華亭甲醇公司采用將外來廢水集中封閉引入制漿水槽，通過在制漿水泵出口增設制漿水冷卻器，達到降低外來廢水溫度、減少廢水中雜醇類物質揮發的目的。另外，在外來廢水不足的情況下，氣化裝置自身處理后的灰水通過灰水泵加壓后，不經過制漿水槽，直接被輸送至磨煤機內用于制漿。外來廢水及灰水制漿流量分別由相應閥門控制，以保證煤漿濃度。

1.5 磨煤機氣源技術改進

磨煤機在正常運行過程中，需要壓縮空氣為其附屬齒輪噴射油系統及氣動離合器提供動力。在原設計中，為提供動力源，給磨煤機專門配備了2 臺小型空氣壓縮機，但在實際運行過程中，小型空氣壓縮機故障率及維護成本較高。因此華亭甲醇公司對磨煤機氣源系統進行了技改，改造后的流程示意圖見圖5。

圖5 磨煤機氣源改造流程示意圖

將空分裝置增壓機二段（1.05 MPa，119 ℃）壓縮空氣引入制漿工段，由于磨煤機所需氣源壓力為0.8 MPa，因此在壓縮空氣總管入口安裝自力式壓力調節閥，用以穩定壓縮空氣壓力。通過將空分裝置壓縮空氣用作磨煤機附屬設備動力氣源，為企業節約了經濟成本。

2 結 語

華亭甲醇公司通過實施增加氣化爐升溫烘爐水單元、并聯密封水換熱器、回收除氧水槽放空氣、改進制漿水技術以及改進磨煤機氣源等技術改造，實現了利用系統灰水烘爐、密封水換熱器的在線切換、回收除氧水槽放空氣冷凝水、利用外來廢水制漿、將空分裝置壓縮空氣用作磨煤機氣源，有效提高了多元料漿氣化技術的運行穩定性、環保性和經濟性。