多噴嘴氣化在線倒?fàn)t過程中遇到的問題及優(yōu)化措施

孔德升，郝占國

(新能鳳凰滕州能源有限公司，山東滕州 277500)

多噴嘴氣化在線倒?fàn)t過程中遇到的問題及優(yōu)化措施

孔德升，郝占國

(新能鳳凰滕州能源有限公司，山東滕州 277500)

針對在線倒?fàn)t過程中出現(xiàn)的工藝燒嘴安裝困難、氣化爐內(nèi)無負(fù)壓、蒸汽供應(yīng)緊張和抵御跳車能力差等問題進(jìn)行分析，通過采取改造及優(yōu)化措施，上述問題逐步得到解決，保障了更換燒嘴操作時的實效性、安全性和穩(wěn)定性，使在線倒?fàn)t操作更加成熟。

多噴嘴；在線倒?fàn)t；節(jié)能降耗

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.015

新能鳳凰滕州能源有限公司年產(chǎn)72萬t甲醇項目采用的是多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化工藝，自2011年裝置實現(xiàn)“兩開一備”運行，依托多噴嘴氣化爐兩對燒嘴系統(tǒng)可以獨立運行的特點，氣化爐倒?fàn)t操作中引入帶壓聯(lián)投技術(shù)，從而實施在線倒?fàn)t，即利用空分裝置的富余氧氣，加之小幅降低運行爐負(fù)荷，即可滿足一對燒嘴投料所需氧量，第二對燒嘴通過帶壓聯(lián)投并入系統(tǒng)，整個倒?fàn)t過程中，能夠維持4對燒嘴的高負(fù)荷生產(chǎn)，水煤氣放空少，倒?fàn)t成本低，對裝置甲醇產(chǎn)量的影響小，為企業(yè)節(jié)能降耗貢獻(xiàn)突出，但在線倒?fàn)t過程中暴露了一些問題，使在線倒?fàn)t實效性、安全性和穩(wěn)定性均變差。

1 倒?fàn)t方式對比

1.1 原始倒?fàn)t操作

帶壓聯(lián)投技術(shù)出現(xiàn)之前，企業(yè)倒?fàn)t時均采用“先開后?！钡姆绞剑聪葘⒋饣癄t停車，再建立投料氣化爐的氧氣流量，完成投料、升壓、黑水切換、并氣和提負(fù)荷操作，一般用時在8 h以上。在倒?fàn)t過程中，僅有1臺氣化爐運行，裝置產(chǎn)量減少一半，空分氧氣大量放空，變換和甲醇合成系統(tǒng)出現(xiàn)波動，難以實現(xiàn)穩(wěn)定控制。

1.2 在線倒?fàn)t操作

公司建設(shè)有40 000 Nm3/h和43 000 Nm3/h空分裝置各1套，氣化爐滿負(fù)荷運行單燒嘴耗氧10 200 Nm3/h，在滿足2臺氣化爐滿負(fù)荷運行供氧需求的情況下，僅有少量富余，遠(yuǎn)不能滿足1對燒嘴約13 000 Nm3/h投料用氧需要。通過計算，需將原運行的2臺氣化爐降負(fù)荷至約85%，單燒嘴用氧量降至約8 700 NM3/h，壓力控制在5.5 MPa(g)，降負(fù)荷節(jié)約的氧氣可滿足投料氣化爐1對燒嘴65%投料負(fù)荷的需求，第1對燒嘴投料穩(wěn)定后，執(zhí)行升壓、黑水切換和提負(fù)荷等開車操作，待壓力升至5.5 MPa(g)時，將該燒嘴生產(chǎn)的水煤氣并入生產(chǎn)系統(tǒng)，并氣后待停爐的第1對燒嘴手動停車，停車富余的氧氣用來建立投料氣化爐第2對燒嘴的開工氧氣流量，第2對投料燒嘴通過帶壓聯(lián)投技術(shù)完成投料操作，投料成功后，將第2對投料燒嘴生產(chǎn)的水煤氣并入后系統(tǒng)，最后停待停爐第2對燒嘴，此后對運行的2臺氣化爐進(jìn)行提負(fù)荷和升壓操作，同時停車氣化爐完成保壓循環(huán)、系統(tǒng)降壓、煤漿管線沖洗和黑水切換等停車處理工作，整個倒?fàn)t過程始終保持有4對燒嘴在85%的高負(fù)荷下運行，從停第1對燒嘴到恢復(fù)2臺爐滿負(fù)荷生產(chǎn)，用時僅需4 h，并且投料過程中水煤氣放空量減少為原放空量的一半，倒?fàn)t成本大大降低，系統(tǒng)甲醇產(chǎn)量影響相對較小。

2 工藝燒嘴的安裝

2.1 燒嘴安裝問題

新工藝燒嘴安裝時，均出現(xiàn)不同程度的安裝困難，為避免強(qiáng)行裝入，損壞燒嘴盤管，安裝進(jìn)度一般較慢，延長了更換燒嘴的時間，分析其原因：氣化爐停車后仍有部分殘余液態(tài)熔渣沿爐壁向下流淌，填充在舊工藝燒嘴頭部氧化鋁保護(hù)料與燒嘴室之間的空隙里，燒嘴拔出后，渣溜遇冷空氣在燒嘴口內(nèi)壁上方凝固成固態(tài)，使燒嘴室變小，通常是在氣化爐爐膛溫度降至常溫后，檢修人員進(jìn)入爐膛內(nèi)采取電鉆清理，但降溫凝固后的渣溜硬度較大，往往清理不徹底，影響了新工藝燒嘴的安裝，新燒嘴的頭部保護(hù)層在安裝時也出現(xiàn)不同程度的損壞，起不到保護(hù)作用，燒嘴安裝難度大、耗時長，氣化爐的投料溫度得不到保障。

2.2 優(yōu)化清理時間和清理方式

渣溜是熔渣在停車后遇到冷空氣形成的，清理的最佳時機(jī)在高溫區(qū)，隨后我們優(yōu)化了清理時間和清理方式：將渣溜的清理工作放在了氣化爐停車燒嘴拔出時進(jìn)行，停車后氣化爐內(nèi)建立負(fù)壓，燒嘴一旦抽出，冷空氣進(jìn)入，燒嘴口處溫度下降很快，渣溜的清理在時間上一定要迅速，提前將直徑50 cm的鋼管頭部制成尖嘴狀釬子，在燒嘴剛抽出后，渣溜溫度較高、機(jī)械強(qiáng)度較低時，用大錘敲擊釬子，對渣溜逐一清理，通過改變渣溜的清理時間和清理方式，滿足了現(xiàn)有工藝需要，燒嘴安裝工作半小時即可完成。

3 投料氣化爐抽引無負(fù)壓

3.1 發(fā)現(xiàn)問題

安裝工藝燒嘴時，氣化爐內(nèi)必須建立負(fù)壓環(huán)境，避免高溫氣流從燒嘴室串出，燙傷安裝人員。在線倒?fàn)t過程中曾出現(xiàn)氣化爐內(nèi)無法建立負(fù)壓的問題，氣化爐壓力顯示0.1 MPa(g)，不能進(jìn)行安裝，并有大量水隨蒸汽通過開工抽引系統(tǒng)從框架10樓排出，檢查氣化爐液位，已經(jīng)降至正常烘爐液位，對烘爐蒸汽管線排水，僅有少量冷凝液排出，采取了鎖斗直排、降低旋風(fēng)分離器和水洗塔液位等措施后，仍不能得到改善，氣化爐爐膛溫度逐步降低，若問題持續(xù)，將影響到氣化爐的安全投料。

3.2 原因分析

通過對比系統(tǒng)內(nèi)的多塊檢測儀表，發(fā)現(xiàn)氣化爐、合成氣出口、旋風(fēng)分離器出口和水洗塔出口等多塊壓力表均顯示在0.1 MPa(g)以上，系統(tǒng)內(nèi)存有一定壓力，氣化爐黑水出口和黑水循環(huán)泵進(jìn)口水溫均顯示110℃，氣化爐合成氣出口溫度、旋風(fēng)分離器出口和水洗塔出口氣相出口溫度也在110℃，其飽和蒸汽壓約為0.1 MPa(g)，證明水溫過高汽化是造成系統(tǒng)壓力居高不下的根本原因。關(guān)閉抽引蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥，停止向開工抽引器通入蒸汽，但消音器內(nèi)仍有大量蒸汽噴出，水蒸氣是造成氣化爐內(nèi)無負(fù)壓的根本原因。

為查清投料氣化系統(tǒng)水溫高的原因，對整個氣化系統(tǒng)展開了排查，氣化爐停車黑水切換后的水循環(huán)流程為：低壓灰水泵加壓的灰水經(jīng)蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室進(jìn)入高溫?zé)崴畠?，再由高溫?zé)崴眉訅核腿胨此?，黑水循環(huán)泵從水洗塔黑水儲槽中部抽取含固量較低的黑水，并加壓送入氣化爐激冷環(huán)和下降管作保護(hù)用水，氣化爐內(nèi)黑水通過開工液位調(diào)節(jié)閥進(jìn)入真空閃蒸罐，對系統(tǒng)水溫進(jìn)一步閃蒸降溫，再經(jīng)沉降槽給料泵加壓后，與運行系統(tǒng)送來的真閃黑水一起送入沉降槽絮凝沉降，灰漿送壓濾機(jī)壓濾脫水成餅外送，上層清液溢流進(jìn)入灰水槽循環(huán)利用。公司共建有3套氣化裝置，采用兩開一備運行模式，安裝燒嘴期間，投料裝置的低壓閃蒸罐閃蒸汽出口閥被打開，蒸發(fā)熱水塔液位調(diào)節(jié)閥長期因黑水磨損出現(xiàn)內(nèi)漏，運行系統(tǒng)的低壓閃蒸汽通過低壓閃蒸汽總管穿入投料系統(tǒng)的低壓閃蒸罐內(nèi)，由于液位調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏，閃蒸汽沿黑水管線進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室，進(jìn)而進(jìn)入熱水室，與低壓灰水泵送來的低壓灰水進(jìn)行熱質(zhì)交換，灰水被加熱至約120℃，由高溫?zé)崴眉訅核腿胨此?，供黑水循環(huán)泵加壓作激冷水使用，高溫水質(zhì)由此進(jìn)入系統(tǒng)中，當(dāng)開工抽引閥門打開時，水不斷汽化。

3.3 采取的應(yīng)急措施

(1)立刻關(guān)閉停車系統(tǒng)低壓閃蒸罐氣相出口手動閥，關(guān)閉未關(guān)閉到位的蒸發(fā)熱水塔液位調(diào)節(jié)閥前手動閥，切斷低壓閃蒸汽反串系統(tǒng)的通道。

(2)此時氣化爐爐膛溫度已經(jīng)較低，為保證投料溫度，需要增大系統(tǒng)水溫的降溫速率，增加溫度較低的低壓灰水78℃用量，停用蒸發(fā)熱水塔補(bǔ)入脫氧水(105℃)。

(3)打開水洗塔氣相出口放空切斷閥和壓力調(diào)節(jié)閥，使水系統(tǒng)的熱量通過蒸汽的形式帶出，觀察系統(tǒng)壓力變化，當(dāng)氣化爐降至常壓時，關(guān)閉合成氣放空切斷閥和壓力調(diào)節(jié)閥，為開工抽引系統(tǒng)再次投用做準(zhǔn)備。

(4)全開開工抽引大閥，增大系統(tǒng)排放蒸汽的力度，觀察開工抽引消音器排放蒸汽量大小，當(dāng)排放蒸汽量大幅減小時，再次投用開工抽引蒸汽，縮短在系統(tǒng)內(nèi)建立負(fù)壓的時間。

3.4 處理效果

關(guān)閉停車系統(tǒng)低壓閃蒸罐氣相出口手動閥和未關(guān)閉到位的蒸發(fā)熱水塔液位調(diào)節(jié)閥，低壓閃蒸罐去脫氧槽壓力調(diào)節(jié)閥閥位自動增大到50%，脫氧槽水溫逐漸升高，黑水循環(huán)泵進(jìn)水溫度開始降低，約30 min系統(tǒng)水溫降至90℃以下，氣化爐內(nèi)建立起穩(wěn)定負(fù)壓，順利完成燒嘴更換工作，保證了氣化爐880℃的安全投料溫度。

3.5 優(yōu)化措施

除低壓閃蒸汽反串系統(tǒng)外，高溫冷凝液和酸性氣也是熱量串入備用系統(tǒng)的重要通道，烘爐操作、安裝和抽取工藝燒嘴等工作均需在氣化爐內(nèi)建立負(fù)壓環(huán)境，為避免運行系統(tǒng)對備用系統(tǒng)產(chǎn)生影響，系統(tǒng)停車檢修時，將變換高溫冷凝液總閥和蒸發(fā)熱水塔壓力調(diào)節(jié)閥前后手動閥關(guān)閉，并插入臨時盲板，使檢修系統(tǒng)與運行系統(tǒng)隔離，開車盲板確認(rèn)時，將盲板抽出，低壓閃蒸罐閃蒸汽出口閥、變換高溫冷凝液總閥和蒸發(fā)熱水塔壓力調(diào)節(jié)閥前后手動閥在系統(tǒng)氮氣置換時再打開，此時備用系統(tǒng)無需建立負(fù)壓，即使高溫介質(zhì)串入，不會影響氣化爐開車進(jìn)度。

4 蒸汽供應(yīng)緊張

4.1 蒸汽緊張的問題分析

公司配套建設(shè)了3臺蒸汽鍋爐，原始開車和大修開車期間蒸汽鍋爐3臺同時運行，氣化爐逐個開啟，不存在蒸汽供應(yīng)問題，一旦2套甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，公司蒸汽管網(wǎng)所使用的部分2.5 MPa(g)中壓蒸汽、幾乎全部是1.27 MPa(g)和0.3 MPa(g)的低壓蒸汽，由變換中壓廢熱鍋爐、2臺低壓廢熱鍋爐和甲醇合成塔水夾套與水煤氣換熱產(chǎn)生，蒸汽鍋爐采取“兩開一備”運行模式來維持生產(chǎn)運行，在線倒?fàn)t期間，進(jìn)入變換系統(tǒng)的水煤氣量減少約25%，副產(chǎn)蒸汽大幅減少，2臺鍋爐所產(chǎn)蒸汽不能滿足系統(tǒng)需求，嚴(yán)重時高壓蒸汽管網(wǎng)壓力降低，威脅空分裝置的安全運行，系統(tǒng)被迫通過發(fā)電機(jī)組停止發(fā)電、甲醇精餾系統(tǒng)和冰機(jī)停車來節(jié)約蒸汽用量，保障在線倒?fàn)t期間蒸汽壓力的穩(wěn)定控制，但冰機(jī)停車后，低溫甲醇洗系統(tǒng)控制困難，甲醇精餾系統(tǒng)停車后會造成粗甲醇積累，再次開車至少需要4 h的調(diào)整，才能生產(chǎn)出合格精甲醇，開啟第3臺鍋爐，則消耗增加，使在線倒?fàn)t經(jīng)濟(jì)性變差。

4.2 蒸汽供應(yīng)緊張的解決辦法

通過計算發(fā)電機(jī)組和精餾系統(tǒng)停車后，蒸汽管網(wǎng)仍有30 t/h的富余，因此對在線倒?fàn)t期間的蒸汽調(diào)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，冰機(jī)汽輪機(jī)保持正常運行，發(fā)電機(jī)組停車，精餾系統(tǒng)不再停車，保持約30 t/h的蒸汽量維持運行，精餾后的不合格甲醇回流至粗甲醇儲罐，待倒?fàn)t完成后蒸汽供應(yīng)正常，恢復(fù)精餾系統(tǒng)的蒸汽用量，相比停車后再開車，生產(chǎn)出合格精甲醇的時間縮短3/4，低溫甲醇洗工序的洗滌指標(biāo)得到保證。

計算出在線倒?fàn)t期間所生產(chǎn)的粗甲醇量，在線倒?fàn)t前將粗甲醇儲罐液位降低至預(yù)算液位，用以儲存精餾系統(tǒng)回流的不合格甲醇。

5 在線倒?fàn)t穩(wěn)定性差

5.1 在線倒?fàn)t操作中的隱患

在線倒?fàn)t過程中投料氣化爐僅一對燒嘴運行，投料負(fù)荷較低，工況處于不穩(wěn)定狀態(tài)，跳車風(fēng)險較大，一旦該對燒嘴跳車，后續(xù)處理工作較為復(fù)雜，需降壓、置換合格后，再建立煤漿循環(huán)、氧氣開工流量，重新投料。

投料氣化爐2對燒嘴投料時間相差1 h，已投料燒嘴的撞擊流股直接沖刷另一對未投料的燒嘴，特別是投料初期系統(tǒng)壓力低，爐內(nèi)各流股空速大，燒嘴受到?jīng)_刷加劇，造成未投料燒嘴使用壽命較短，限制了氣化爐長周期運行。

5.2 在線倒?fàn)t操作的優(yōu)化

原運行爐同時降負(fù)荷至85%，單燒嘴用氧量控制在8 700 Nm3/h，降負(fù)荷節(jié)約的氧氣用來滿足第1對燒嘴65%負(fù)荷的投料需要，第1對燒嘴投料成功并調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，停待停爐第1對燒嘴，對燒嘴停車后富裕的氧氣供投料爐第2對燒嘴投料使用，兩對燒嘴投料運行正常后，投料氣化爐開始進(jìn)行升壓、黑水切換和提負(fù)荷操作，在并氣過程中，停待停爐另1對燒嘴，最后將2臺氣化爐提負(fù)荷和升壓至滿負(fù)荷工況下運行。倒?fàn)t過程中，始終保持投料爐2對燒嘴同時運行，在升壓和黑水切換過程中，即使1對燒嘴聯(lián)鎖跳車，消除跳車原因后，通過帶壓聯(lián)投操作，仍可使跳車燒嘴快速并入系統(tǒng)，增強(qiáng)了在線倒?fàn)t操作的安全性和穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

(1)采用特制鋼釬，在停車后燒嘴口渣溜溫度仍較高的情況下進(jìn)行清理，能夠達(dá)到較好的清理效果，降低了清理難度，徹底清理燒嘴口，安裝燒嘴工作一般在半小時內(nèi)即可完成，再未出現(xiàn)因燒嘴安裝困難而影響投料進(jìn)度的情況。

(2)通過增加隔離盲板，調(diào)整低壓閃蒸罐閃蒸汽出口閥、變換高溫冷凝液總閥和蒸發(fā)熱水塔壓力調(diào)節(jié)閥前后手動閥的開關(guān)時間，將運行系統(tǒng)與備用系統(tǒng)實現(xiàn)徹底隔離，消除了運行系統(tǒng)對備用系統(tǒng)的影響，保障了烘爐操作、燒嘴安裝和抽取過程中，在氣化爐內(nèi)能夠建立穩(wěn)定的負(fù)壓環(huán)境。

(3)通過優(yōu)化調(diào)整，冰機(jī)汽輪機(jī)不再停車，精餾系統(tǒng)在低蒸汽量下維持運行，在線倒?fàn)t期間，低溫甲醇洗系統(tǒng)易于控制，縮短了精餾系統(tǒng)的恢復(fù)時間。

(4)通過優(yōu)化在線倒?fàn)t操作，始終能夠保持投料氣化爐有2對燒嘴運行，增強(qiáng)了投料爐抵御投料初期不穩(wěn)定工況和低負(fù)荷狀態(tài)下聯(lián)鎖跳車的能力。

Problems in the Process of Multi Nozzle Gasification Online Inverted Furnace and Optimization Measures

KONG De-sheng，HAO Zhan-guo
(New Energy Phoenix Tengzhou Energy Co.，Ltd.，Tengzhou Shandong 277500 China)

This paper investigates the problems of difficult installation of burner in the online inverted furnace，no negative pressure in the gasification furnace，inadequate steam supply and poor anti-jumping ability.These problems have resolved gradually through modification and optimization measures，which ensure the effectiveness，safety and stability during burner changing.Therefore，the operation of online inverted furnace has become more mature.

multi nozzle；online inverted furnace；energy saving and consumption reduction

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.015

TQ546

B

1004-8901(2016)05-0058-04

2016-05-09

孔德升(1986年-)，男，山東滕州人，2007年畢業(yè)于山東化工技師學(xué)院化工工藝專業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事煤氣化生產(chǎn)工作。