耐火磚氣化爐改造總結(jié)

薛永峰

(陽(yáng)煤豐喜集團(tuán)臨猗分公司，山西運(yùn)城 040000)

陽(yáng)煤豐喜集團(tuán)臨猗分公司合成氨二分廠(以下簡(jiǎn)稱臨猗二分廠)甲醇/合成氨項(xiàng)目原氣化裝置為3臺(tái)耐火磚氣化爐、1臺(tái)水冷壁激冷流程氣化爐，其中3臺(tái)耐火磚氣化爐分別于2006年、2008年投產(chǎn)運(yùn)行，水冷壁激冷流程氣化爐于2011年投產(chǎn)運(yùn)行，氣化裝置3開(kāi)1備。但在生產(chǎn)過(guò)程中存在以下問(wèn)題：①由于耐火磚更換，出現(xiàn)備用爐不備的情況；②耐火磚氣化爐在運(yùn)行爐緊急停車后，備用氣化爐無(wú)法立即投入使用，對(duì)系統(tǒng)的負(fù)荷產(chǎn)生一定影響；③耐火磚的維修費(fèi)用較高，煤種適用范圍窄。為改變上述狀況，臨猗二分廠決定采用清華大學(xué)新型煤氣化技術(shù)“合成氣蒸汽聯(lián)產(chǎn)氣化爐”對(duì)其耐火磚爐型進(jìn)行改造，得到了山西省科技廳2015年度山西省科技重大專項(xiàng)的支持。合成氣蒸汽聯(lián)產(chǎn)氣化爐(晉華爐)燃燒室采用水冷壁代替原有的耐火磚，激冷室上部增加廢鍋段。改造后的氣化爐可燃燒灰熔點(diǎn)低于1520℃的煤種，氣化爐壁溫比耐火磚爐的要低，廢鍋副產(chǎn)高壓蒸汽，降低了系統(tǒng)能耗，并且系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全穩(wěn)定。

1 工藝流程改造

改造方案的灰水處理流程和耐火磚氣化爐的基本相同，現(xiàn)僅就水冷壁系統(tǒng)、廢鍋系統(tǒng)及氣化水循環(huán)系統(tǒng)做簡(jiǎn)要敘述。

1.1 新增氣化室水冷壁系統(tǒng)

來(lái)自鍋爐供水母管的高壓鍋爐水通過(guò)液位調(diào)節(jié)閥控制后，將鍋爐水送入汽包作為汽包的補(bǔ)水，汽包內(nèi)的水經(jīng)過(guò)鍋爐水循環(huán)泵加壓后分別進(jìn)入主水冷壁、頂盤管、渣口盤管、工藝燒嘴以及火焰檢測(cè)器，鍋爐水在氣化爐內(nèi)吸收熱量后回流至汽包，水冷壁汽包上半部副產(chǎn)少量的飽和蒸汽，壓力為4.5MPa。正常生產(chǎn)時(shí)流量為1t/h，開(kāi)車時(shí)最大流量約為13t/h，這部分蒸汽減壓并入2.5MPa等級(jí)的蒸汽管網(wǎng)利用。

氣化爐水冷壁系統(tǒng)的進(jìn)、出口均設(shè)有壓差測(cè)量?jī)x和溫度測(cè)量?jī)x，當(dāng)某一組水冷壁出水的壓差和溫度出現(xiàn)大幅度波動(dòng)時(shí)，可能是該組水冷壁管出現(xiàn)泄漏或過(guò)熱。為了保護(hù)氣化爐的工藝燒嘴，在工藝燒嘴冷卻水的進(jìn)、出口流量處設(shè)置流量差聯(lián)鎖，進(jìn)、出口流量差三選二進(jìn)入聯(lián)鎖系統(tǒng)；當(dāng)流量差達(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，氣化爐停車觸發(fā)器啟動(dòng)，氣化爐聯(lián)鎖停車[1-2]。

1.2 新增廢鍋系統(tǒng)

來(lái)自鍋爐供水母管的高壓鍋爐水通過(guò)液位調(diào)節(jié)閥控制,將鍋爐水送入廢鍋汽包作為汽包的補(bǔ)水，汽包內(nèi)的水經(jīng)廢鍋進(jìn)水分配管進(jìn)入氣化爐廢鍋，鍋爐水在廢鍋內(nèi)吸收熱量后回流至廢鍋汽包，汽包下半部的液態(tài)水經(jīng)廢鍋進(jìn)口分配管在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，汽包上半部副產(chǎn)的飽和蒸汽壓力為5.4MPa，正常生產(chǎn)時(shí)其流量為26t/h。由于全廠蒸汽管網(wǎng)2.5MPa等級(jí)的蒸汽不夠用，因此這部分蒸汽減壓并入2.5MPa等級(jí)的蒸汽管網(wǎng)利用[3-4]。

此次氣化爐耐火磚改造為晉華爐后系統(tǒng)的開(kāi)車方式和方法與原有的耐火磚爐相比有所不同，改造后系統(tǒng)的升溫時(shí)間將由原來(lái)的72h以上縮短為2h內(nèi)完成。此次改造后取消預(yù)熱燒嘴，使用新型的一體化燒嘴，點(diǎn)火升溫投料一體化完成。

2 設(shè)備方面的改造

對(duì)氣化爐本體進(jìn)行整體更換，新增水冷壁汽包、廢鍋汽包、鍋爐水循環(huán)泵，更換新的工藝燒嘴，取消激冷水過(guò)濾器等設(shè)備。改造前、后設(shè)備參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 改造前、后設(shè)備參數(shù)對(duì)比

3 儀表方面的改造

儀表控制方面，由于改造后系統(tǒng)的點(diǎn)火方式及投料情況與之前的耐火磚爐不同，需要對(duì)氣化爐安全聯(lián)鎖進(jìn)行修改，修改后氣化的點(diǎn)火通過(guò)程序自動(dòng)完成，氣化投料成功后需要停止燃料氣，這些都是通過(guò)氣化爐安全聯(lián)鎖完成的，停車的聯(lián)鎖基本沒(méi)有變化。氣化爐停車的聯(lián)鎖需要增加汽包的液位聯(lián)鎖、鍋爐水循環(huán)泵出口的流量聯(lián)鎖、廢鍋汽包液位聯(lián)鎖、氣化爐底部溫度聯(lián)鎖，取消氣化爐液位聯(lián)鎖。

4 改造后氣化爐主要性能指標(biāo)

改造前、后氣化爐主要性能指標(biāo)的對(duì)比見(jiàn)表2。其中，比氧耗、比煤耗、廢鍋副產(chǎn)5.4 MPa蒸汽、水冷壁副產(chǎn)4.5 MPa蒸汽,均以生產(chǎn)1 000 m3(CO+H2)計(jì)。

表2 改造前、后氣化爐主要性能指標(biāo)對(duì)比

5 改造過(guò)程及開(kāi)車運(yùn)行情況

氣化爐現(xiàn)場(chǎng)改造于2015年11月開(kāi)始建設(shè)，11月底氣化爐已吊裝到位，水冷壁安裝到位，并完成探傷和試壓；2015年12月，煤漿管道、水冷壁水循環(huán)管線配管結(jié)束；2016年1月，氧氣管線結(jié)束，全部配管及相關(guān)儀表安裝于2016年1月中旬完成，2016年2月進(jìn)入實(shí)際試車階段。

2016年3月28日，氣化爐改造項(xiàng)目進(jìn)行原始烘爐。烘爐過(guò)程中對(duì)廢鍋進(jìn)行堿煮，2016年4月1日19:25點(diǎn)火，20:40投料，22:30并入系統(tǒng)運(yùn)行。投料前，水冷壁蒸汽產(chǎn)量15 t/h，投料1 h內(nèi)水冷壁蒸汽產(chǎn)量降至3 t/h。系統(tǒng)初步穩(wěn)定在氧氣12 200 m3/h(標(biāo)態(tài))，煤漿量26 m3/h，系統(tǒng)壓力3.65 MPa，廢鍋蒸汽產(chǎn)量26.7 t/h。2016年4月2日，裝置負(fù)荷提高至氧氣15 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，煤漿量32 m3/h。截至目前整個(gè)裝置運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)值。

6 改造后對(duì)系統(tǒng)的影響

改造前，氣化系統(tǒng)無(wú)副產(chǎn)蒸汽；改造后，可副產(chǎn)高壓蒸汽27 t/h。氣化系統(tǒng)的黑水循環(huán)量減少為改造前的40%左右，激冷水泵流量由改造前的220 m3/h降至65 m3/h，氣化爐去高壓閃蒸罐的黑水量由改造前60 m3/h降至0 m3/h，洗氣塔高壓閃蒸罐的黑水量由改造前20 m3/h提高至35 m3/h。改造前，閃蒸系統(tǒng)需要使用高壓角閥4臺(tái)，改造后僅需2臺(tái)，閃蒸系統(tǒng)的熱負(fù)荷比改造前降低60%。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)組合式點(diǎn)火升溫過(guò)程簡(jiǎn)化，點(diǎn)火、投料程序一體化完成。水煤漿投料點(diǎn)火采用獨(dú)特的“火點(diǎn)火”技術(shù)，氣化爐從冷態(tài)到滿負(fù)荷僅需5 h。輻射式蒸汽發(fā)生器下部采用特殊結(jié)構(gòu)，合成氣與黑水同時(shí)并行進(jìn)入洗氣塔，氣化爐不再控制液位，操作簡(jiǎn)單。

(2)由于開(kāi)車速度快、檢修時(shí)間短，所以無(wú)需備爐，為后系統(tǒng)的負(fù)荷增加提供了一個(gè)簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)改造方案，節(jié)省了氣化爐耐火磚的更換費(fèi)用。

(3)極大地減少了烘爐時(shí)間，不僅延長(zhǎng)了氣化爐的在線率，而且節(jié)約了大量的烘爐燃料氣。

(4)改造后，氣化爐燃燒室的容積增加至20 m3左右，氣化爐容量的增加為系統(tǒng)擴(kuò)產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。即使不增加氣化爐負(fù)荷，由于氣化爐燃燒室的容積增加，水煤漿在爐內(nèi)的停留時(shí)間將比在耐火磚爐內(nèi)的長(zhǎng)，有效氣的含量有較大增加，煤的碳轉(zhuǎn)化率也得到提高。

(5)對(duì)其他附屬系統(tǒng)基本上沒(méi)有進(jìn)行改造，在實(shí)現(xiàn)技術(shù)更新?lián)Q代的同時(shí)最大限度地降低了投資。

(6)煤種適用性擴(kuò)大，可氣化灰熔點(diǎn)低于1 520 ℃的煤種。

(7)由于改善了工藝燒嘴的運(yùn)行條件，燒嘴可連續(xù)運(yùn)行100 d以上。

(8)氣化爐采用熱能工程領(lǐng)域成熟的垂直管結(jié)構(gòu)，水循環(huán)按照自然循環(huán)設(shè)計(jì)，強(qiáng)制循環(huán)運(yùn)行，最大限度保證水冷壁的安全運(yùn)行。

(9)氣化爐將煤氣化過(guò)程中煤氣的顯熱全部回收，產(chǎn)生高品位蒸汽，充分利用了水煤漿氣化能量消耗集中便于回收的優(yōu)勢(shì)，克服了干粉氣化能量消耗分散、不易回收的問(wèn)題，使能量利用更充分。

(10)氣化爐液位不再控制，操作更簡(jiǎn)單、更方便。

(11)取消了激冷水過(guò)濾器、激冷環(huán)、下降管等設(shè)備，水系統(tǒng)循環(huán)優(yōu)化，運(yùn)行成本降低。