水煤漿氣化預(yù)熱水系統(tǒng)優(yōu)化運行總結(jié)

曹 珍，李家棟，李加松，白成海，王清源

(兗礦新疆煤化工有限公司， 烏魯木齊 830000)

1 概況

原料煤經(jīng)磨煤機(jī)制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%左右的水煤漿，經(jīng)過高壓煤漿泵將水煤漿加壓后，與高壓氧氣混合后噴入氣化爐發(fā)生燃燒反應(yīng)，反應(yīng)生成的水煤氣經(jīng)旋風(fēng)分離器和水洗塔洗滌處理送入變換工段，經(jīng)部分變換、低溫甲醇洗后制得甲醇合成新鮮氣，合成反應(yīng)、精餾提純后制得合格的甲醇。反應(yīng)過程中氣化爐、旋風(fēng)分離器、水洗塔出來的3股黑水，分別進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室閃蒸冷凝換熱，水蒸氣及部分溶解在黑水中的酸性氣(CO2、H2S)被閃蒸出來，通過上升管進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔上部熱水室，與低壓灰水泵來的灰水直接接觸，低壓灰水被加熱，經(jīng)換熱后未冷凝的閃蒸氣體進(jìn)一步冷卻至氣液分離，酸性氣體排放至火炬燃燒排放。在蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室初步濃縮后的黑水進(jìn)入真空閃蒸，閃蒸后的氣相經(jīng)閃蒸冷卻器降溫分離后排入大氣，冷凝液回收進(jìn)入系統(tǒng)再循環(huán)[1]。

系統(tǒng)原始開車、檢修及更換耐火磚后再開車時，要對氣化爐進(jìn)行預(yù)熱烘爐處理，將爐膛溫度加熱至1 100 ℃(恒溫12 h)。烘爐的主要目的是去除耐火磚內(nèi)部結(jié)晶水和表面水，同時為氣化爐投料提供充足熱量。

2 存在的問題

原烘爐流程(見圖1)為：在灰水槽建立液位，經(jīng)過低壓灰水泵輸送低壓灰水到蒸發(fā)熱水塔后，溢流到高溫?zé)崴畠蓿酶邷責(zé)崴幂斔椭了此儆珊谒h(huán)泵加壓后輸送至激冷環(huán)，保護(hù)下降管不受高溫侵蝕。通過黑水出口管線回流至灰水槽，形成閉式循環(huán)[2]。

圖1 原烘爐流程圖

該流程優(yōu)點如下：

(1) 涉及流程多，利用系統(tǒng)烘爐時間(149 h)可分系統(tǒng)試車，如若后系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)問題，可為工藝處理爭取時間。

(2) 提前打通流程，暴露系統(tǒng)存在問題，為系統(tǒng)開車保駕護(hù)航。

該流程缺點如下：

(1) 高溫?zé)崴脫P(yáng)程高，在系統(tǒng)烘爐時處于常壓狀態(tài)，高溫?zé)崴贸隹陂y前后壓差較大，出口管線彎頭處容易磨損出現(xiàn)漏點。以高溫?zé)崴贸隹谡{(diào)節(jié)閥后彎頭為例，平均使用壽命為3～6月。使用5個月的彎頭磨損情況，沖刷磨損率已達(dá)到40%(見圖2)。

圖2 使用5個月的彎頭磨損情況

(2) 同時運行設(shè)備多，耗電量較大，達(dá)不到經(jīng)濟(jì)運行效果。

(3) 同時運行設(shè)備多，工藝巡檢工作量大。

3 優(yōu)化流程簡述

3.1 優(yōu)化方案

從降低管道磨損和減少動力輸入兩方面著手，考慮對現(xiàn)有烘爐流程進(jìn)行改造。

要達(dá)到降低磨損率的目的，首先要降低介質(zhì)流速與壓力。經(jīng)過計算，系統(tǒng)中的渣池泵與預(yù)熱水泵流量數(shù)據(jù)吻合，可縮短流程，降低工作量，減少管道磨損。在渣池泵出口閥前增加支管，與氣化爐激冷水管線相接，在與激冷水管最短距離處設(shè)置高壓球閥，并在閥前增加“8”字型盲板，防止系統(tǒng)運行中出現(xiàn)高壓串低壓現(xiàn)象[3-4]。

在烘爐到達(dá)高溫區(qū)時，啟動低壓灰水泵，在建立蒸發(fā)熱水塔上塔液位后，溢流至高溫?zé)崴畠蓿蜷_蒸發(fā)熱水塔置換氮氣(氮氣作為動力)，將蒸發(fā)熱水塔及高溫?zé)崴拗械囊何粔核椭了此榉奖阏{(diào)整蒸發(fā)熱水塔壓力，達(dá)到控制激冷水量的目的，蒸發(fā)熱水塔置換氮氣手動閥改為儀表調(diào)節(jié)閥。

3.2 優(yōu)化后的流程

在烘爐低溫區(qū)，渣池建立50%液位時啟動渣池泵，打開技改時增加的支路，將工藝水送至激冷環(huán)，保護(hù)下降管不受高溫侵蝕。然后，通過鎖斗回收至渣池中，達(dá)到閉式循環(huán)的目的。

當(dāng)氣化爐溫度達(dá)到650 ℃以上時，建立充壓大循環(huán)。灰水槽建立液位，經(jīng)過低壓灰水泵輸送至蒸發(fā)熱水塔，蒸發(fā)熱水塔溢流至高溫?zé)崴畠蕖Ｍㄟ^氮氣充壓將高溫?zé)崴畠薜墓に囁畨核椭了此儆珊谒h(huán)泵加壓后輸送至激冷環(huán)，保護(hù)下降管不受高溫侵蝕。通過氣化爐黑水出口管線，工藝水回流至灰水槽，形成閉式循環(huán)(見圖3)。

圖3 烘爐優(yōu)化后的流程圖

4 效果評價

4.1 經(jīng)濟(jì)效益評價

對改造前后電能消耗進(jìn)行對比，見表1。

表1 改造前后電能消耗對比

假設(shè)每臺泵運行時功率為100%，改造后，每月烘爐時間為149 h，電價按照0.359元/kW·h計算。原運行模式每月費用為54 560.82元，現(xiàn)運行模式每月費用為7 226.67元。月節(jié)省費用為47 334.15元。

4.2 運行效果評價

(1) 將烘爐時的激冷水供給分為兩個階段：第一階段保證激冷水量，最低限度降低能源消耗量以及減少人員工作量；第二階段把檢修后系統(tǒng)存在的缺陷及早暴露出來，給工藝處理提供充足時間。

(2) 提前打通流程，為系統(tǒng)開車提供優(yōu)質(zhì)保障。

(3) 采用分段供水模式，在系統(tǒng)低壓時，高壓水泵的啟動對設(shè)備和管道的磨損量很少，能源消耗相對較低。

(4) 改造后，流程操作步驟相對較多，操作難度相對增大，對操作人員的業(yè)務(wù)要求較高。此問題通過加強(qiáng)員工的業(yè)務(wù)培訓(xùn)予以解決。

5 結(jié)語

本項目自 2020年6 月投入運行以來，不僅提高了電能利用率，減少了機(jī)泵運行時間，而且降低了系統(tǒng)壓力，避免了機(jī)泵及管道的磨損。在安全方面，此次改造杜絕有毒有害高壓高溫液體因管道磨損而泄漏，改善了作業(yè)環(huán)境，保證了員工的身心健康。