節(jié)能降耗優(yōu)化改造運行總結(jié)

高建平, 胡 超

(1. 山東明化新材料有限公司, 山東濟南 250204;2. 山東晉煤明升達化工有限公司, 山東泰安 271411)

山東晉煤明升達化工有限公司成立于2009年,前身為寧陽縣化肥廠,現(xiàn)為山東晉煤明水化工集團有限公司全資子公司,公司占地1 000余畝,現(xiàn)有員工500余人。目前建有40 萬t/a合成氨、60 萬t/a尿素項目以及液體二氧化碳等綜合利用項目,配套有 3 臺 300 t/h的 9.8 MPa 高溫高壓粉煤鍋爐。

針對生產(chǎn)裝置生產(chǎn)運行過程中如何節(jié)能降耗,公司進行了相應(yīng)的生產(chǎn)調(diào)整和技術(shù)優(yōu)化改造,既降低了能耗指標,又創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。以下就優(yōu)化措施進行簡要介紹。

1 調(diào)整硫回收工段天然氣降低用量

硫回收工段采用國外先進WSA濕法制酸工藝,對低溫甲醇洗崗位酸性氣中的硫進行回收并轉(zhuǎn)化成H2SO4。天然氣作為硫回收系統(tǒng)焚燒爐的助燃氣,自開車以來一直使用,2022 年月均用量在90 000 m3左右。咨詢同類企業(yè)后,發(fā)現(xiàn)大部分已通過工藝調(diào)整,在保證正常運行工況的條件下,基本不再使用天然氣助燃。

為降低硫回收工段天然氣消耗,公司對硫回收天然氣用量進行調(diào)整。

(1) 通過開啟低甲酸性氣提濃閥提高酸性氣濃度。將系統(tǒng)提濃閥逐漸開至12%,酸性氣體積分數(shù)由34.80%升至45.90%,此時天然氣體積流量由120 m3/h降至90 m3/h[1]。

(2) 與同行業(yè)其他企業(yè)進行咨詢交流,從系統(tǒng)壓力、酸性氣濃度、熱空氣風(fēng)量、工藝指標、操作環(huán)境等方面進行對比,并與工藝包單位、設(shè)計單位、焚燒爐廠家積極交流,了解到熱空氣二次風(fēng)對系統(tǒng)只起降溫作用,很多企業(yè)并沒有二次風(fēng)。根據(jù)與各廠家的交流心得,確定根據(jù)煤質(zhì)變化提高酸性氣濃度來減少熱風(fēng)量的調(diào)整思路,逐漸減少焚燒爐二次風(fēng)用量直至為0 m3/h。通過二次風(fēng)風(fēng)量調(diào)整后,天然氣體積流量下降至70 m3/h左右。

(3) 根據(jù)焚燒爐后氧氣濃度表的公式計算得出,其酸性氣濃度設(shè)定為固定值,與真實的氧氣濃度有一定差距。為確保調(diào)整具有參考性,編制了氧氣濃度計算公式及酸性氣濃度自動計算公式,方便及時獲取系統(tǒng)真實數(shù)據(jù)。編制公式后,崗位通過計算得出焚燒爐出口氧氣含量。為保證充分反應(yīng),氧體積分數(shù)需大于4.0%;在保證氧含量的基礎(chǔ)上不斷減少熱空氣一次風(fēng)體積流量,由4 000 m3/h慢慢減值至3 000 m3/h左右。減風(fēng)后天然氣降耗效果明顯,天然氣體積流量逐步下降至30 m3/h以內(nèi),并逐步趨于穩(wěn)定。

調(diào)整前,2022年12月天然氣消耗量為60 010 m3;調(diào)整后,2023年1月消耗量為33 331 m3,2023年2月消耗量為26 244 m3,2023年3月消耗量為消耗36 581 m3。根據(jù)統(tǒng)計,每月能節(jié)省約60 000 m3天然氣,每年約節(jié)省72萬m3。

2 提升調(diào)整氣化工段煤漿濃度

氣化工段采用水煤漿技術(shù),煤漿制備采用濕式棒磨機研磨技術(shù),水煤漿性能穩(wěn)定,易于泵送。但隨著煤炭資源緊張,為節(jié)能降碳,在保證氣化裝置穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上進一步釋放產(chǎn)能,降低消耗是提高經(jīng)濟效益的有效途徑。通過同行業(yè)交流及日常生產(chǎn)摸索,證明提高煤漿濃度是實現(xiàn)氣化裝置節(jié)能降耗的有效手段之一。

為提升氣化工段煤漿濃度,具體進行了以下改進措施：

(1) 棒磨機溢流出料端加高5 cm,增加煤漿的研磨時長。

(2) 提高滾筒篩螺旋板高度2 cm,并在螺旋出料端增加5 cm擋板,提高煤漿在滾筒篩內(nèi)的過篩時長。

(3) 在滾筒篩上方增加壓縮空氣風(fēng)刀,吹除篩網(wǎng)條柵防止堵塞,增加煤漿的過篩率。

(4) 協(xié)調(diào)添加劑廠家調(diào)整優(yōu)化煤漿添加劑配方,降低煤漿的黏度,提高煤漿流動性。

(5) 嘗試開3臺磨機,進一步研磨煤漿,改善煤漿粒度分布[2]。

通過以上改進措施,煤漿體積分數(shù)提高至64.00%,有效性組分體積分數(shù)達到82.50%。目前根據(jù)煤種情況,煤漿體積分數(shù)能夠穩(wěn)定在63.00%左右。改造前后煤漿濃度分別見圖1和圖2。

圖1 改造前煤漿體積分數(shù)統(tǒng)計

圖2 改造后煤漿體積分數(shù)統(tǒng)計

3 降低氣化工段的煤泥殘?zhí)?/h2>

氣化工段的灰渣內(nèi)殘?zhí)己扛叩?直接反映氣化爐的燃燒效率。近期氣化工段出灰量月平均為4 930 t,灰內(nèi)干基可燃物質(zhì)量分數(shù)為42.00%～44.00%,熱值為4 200～5 040 J/g。針對氣化灰可燃物含量較高的運行情況,經(jīng)過咨詢廠家并反復(fù)論證,進行了科學(xué)合理的調(diào)整,具體如下：

(1) 精準控制,氣化爐氧煤比由465調(diào)整至480,提高爐溫和煤漿在爐內(nèi)的燃燒效率,將甲烷體積分數(shù)控制由2 000×10-6～2 500×10-6調(diào)整至1 000×10-6～1 500×10-6,同時提高中心氧的體積分數(shù)(由17.00%調(diào)整至18.50%),保證煤漿的充分霧化。

(2) 控制前移,調(diào)整煤漿細粒度大小。單噴水煤漿氣化煤漿霧化顆粒在爐內(nèi)停留時長較短(3～7 s),必須讓其充分反應(yīng),需要控制好煤漿的粒度。開啟3臺磨機同時運行,提高煤漿200目以上粒度的比例,保證煤漿被充分霧化燃燒。

(3) 合理優(yōu)化,穩(wěn)定煤漿燒嘴壓差,穩(wěn)定好煤漿濃度,降低煤漿黏度至700～900 mPa·S。同時,通過燒嘴維修廠家微調(diào)燒嘴壓差,由0.35 MPa提高至0.40 MPa,確保燒嘴的霧化效果[3]。

表1 改造前氣化灰渣統(tǒng)計表

(4) 精細化管理,根據(jù)每天灰渣出庫量和分析數(shù)據(jù)做分析對比,優(yōu)化調(diào)整爐況,做到即時調(diào)整[4]。

通過一系列措施調(diào)整,經(jīng)統(tǒng)計核算,2023年2月氣化灰可燃物質(zhì)量分數(shù)平均為37.86%,相較1月,氣化灰可燃物質(zhì)量分數(shù)平均為43.42%,下降5.56%。1月,氣化灰總量為3 806.08 t,平均水分質(zhì)量分數(shù)為53.34%,降殘?zhí)脊?jié)約固定碳98.74 t,氣化煤按照固定碳質(zhì)量分數(shù)56.00%、全水分質(zhì)量分數(shù)14.00%,全月折合降低消耗205.02 t,折合噸氨煤耗降低4 kg/t,按市場煤價1 200元/t計算,每年(330 d)節(jié)省煤炭成本為261.90萬元。

表2 改造后氣化灰渣統(tǒng)計表 t

4 降低污水工段的液堿消耗

污水工段采用雙級A/O生化處理工藝,設(shè)計規(guī)模為200 m3/h,在一級反應(yīng)池除硬、控制生化系統(tǒng)pH值過程中需要投加液堿。2022年10～12月累計處理各類廢水量達404 713 m3,共計消耗液堿585.66 t,日均耗液堿6.37 t,噸廢水耗液堿為1.45 kg。

為進一步降低液堿消耗,咨詢同行業(yè)并結(jié)合現(xiàn)場實際情況,做如下調(diào)整：

(1) 在穩(wěn)定系統(tǒng)污泥濃度、沉降比、一沉池出口濁度等指標的前提下,一級反應(yīng)池pH指標由9.5逐步降至8.3～8.5。適當(dāng)增加生化系統(tǒng)排泥量,保持有效生化污泥比例。

(2) 加強生化系統(tǒng)液堿投加環(huán)節(jié)管控。每班取樣檢測生化A/O池pH值,及時調(diào)整液堿投加量,確保A1和A2缺氧池pH不高于8.0,O1～O5好氧池pH不低于7.5。

(3) 定期使用pH試紙現(xiàn)場校對,確保取樣點位置有代表性、酸度計數(shù)據(jù)精確。

(4) 及時處理液堿儲罐、計量泵及投加管道“跑冒滴漏”問題。

(5) 及時與生產(chǎn)、環(huán)保、調(diào)度、氣化等部門聯(lián)系,做好進站廢水量、水質(zhì)及水溫的監(jiān)控。密切關(guān)注氣化廢水總硬和氨氮指標變化,及時溝通協(xié)調(diào),避免數(shù)值出現(xiàn)大幅波動。

通過調(diào)整,噸廢水耗液堿0.66 kg,同比下降54.49%;日均耗液堿3.12 t,同比下降51.06%。

5 結(jié)語

以上對生產(chǎn)裝置的一系列操作優(yōu)化調(diào)整和技術(shù)挖潛改造均達到預(yù)期效果,從而在鞏固生產(chǎn)運行穩(wěn)定的同時,進一步優(yōu)化并提升了生產(chǎn)裝置的經(jīng)濟效益,大幅降低了綜合能耗。與改造前相比,合成氨生產(chǎn)標煤綜合能耗下降66.00 kg/t,已接近行業(yè)標桿水平,實現(xiàn)經(jīng)濟效益近2 000萬元,這為合成氨行業(yè)提供了一定的借鑒和經(jīng)驗參考。