60萬t/a煤制甲醇裝置系統(tǒng)蒸汽平衡分析及利用

行 政

（陜西咸陽化學(xué)工業(yè)有限公司，陜西 咸陽712000）

陜西咸陽化學(xué)工業(yè)有限公司（簡稱咸陽化工）組建于2006年，主導(dǎo)產(chǎn)品為60萬t/a甲醇，冬季向咸陽熱力公司提供采暖蒸汽180 t/h。60萬t/a甲醇項(xiàng)目主要由動力、空分、氣化、甲醇合成等生產(chǎn)裝置以及配套的公用工程和生活服務(wù)設(shè)施組成。其中動力裝置為3臺180 t/h的循環(huán)流化床鍋爐；2套空分裝置，產(chǎn)氧量均為43 000 m3/h。項(xiàng)目采用多元料漿加壓氣化工藝、林德低溫甲醇洗技術(shù)、托普索甲醇合成專利技術(shù)和三塔精餾的甲醇精餾流程，生產(chǎn)美國AA級及國優(yōu)級精甲醇產(chǎn)品。

煤化工屬于高耗能領(lǐng)域[1]，煤化工企業(yè)合理的蒸汽平衡設(shè)計(jì)對裝置的長期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。一般來說，化工裝置蒸汽來源為鍋爐自產(chǎn)蒸汽和工藝副產(chǎn)蒸汽兩部分，二者有效結(jié)合，才能滿足正常生產(chǎn)用汽量且無過剩蒸汽放空[2]。咸陽化工原始設(shè)計(jì)中，鍋爐產(chǎn)汽量偏小，系統(tǒng)開車初期蒸汽用量緊張；系統(tǒng)正常運(yùn)行時，副產(chǎn)蒸汽量偏大，富余蒸汽長期放空[3]。通過分析系統(tǒng)自身特點(diǎn)，咸陽化工從多方面對蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行了改造，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的節(jié)能降耗，現(xiàn)介紹如下，供同類裝置參考。

1 60萬t/a甲醇裝置蒸汽系統(tǒng)

1.1 60萬t/a甲醇裝置蒸汽系統(tǒng)分配情況

咸陽化工60萬t/a甲醇裝置蒸汽系統(tǒng)分配示意圖見圖1。

系統(tǒng)正常運(yùn)行時，2臺動力循環(huán)流化床鍋爐產(chǎn)出9.8 MPa高壓蒸汽，主要供空分透平機(jī)組做功，在非供暖季完全被凝汽器冷凝，在供暖季空分機(jī)組會投運(yùn)中抽系統(tǒng)，抽出1.3 MPa蒸汽并入管網(wǎng)，減輕鍋爐供暖負(fù)荷。一部分9.8 MPa蒸汽經(jīng)9.8 MPa/2.5 MPa蒸汽減溫減壓站，送至2.5 MPa過熱蒸汽管網(wǎng)，主要用于合成機(jī)組和丙烯機(jī)組運(yùn)行；另一路9.8 MPa蒸汽通過9.8 MPa/1.3 MPa蒸汽減溫減壓站，將部分9.8 MPa蒸汽減溫減壓后，送至1.3 MPa過熱蒸汽管網(wǎng)，冬季主要用于市區(qū)供暖和動力除氧器自用，非供暖季9.8 MPa/1.3 MPa蒸汽減溫減壓站不向外管網(wǎng)供汽，動力除氧器通過倒用1.3 MPa飽和蒸汽來維持運(yùn)行。剩余2.5 MPa過熱蒸汽經(jīng)2.5 MPa/1.3 MPa蒸汽減溫減壓站轉(zhuǎn)換成1.3 MPa飽和蒸汽送至管網(wǎng)，同時接收變換廢熱鍋爐副產(chǎn)的1.3 MPa飽和蒸汽。除供暖季外，1.3 MPa飽和蒸汽可以通過1.3 MPa/1.3 MPa蒸汽減溫減壓站倒送至動力除氧器；1.3 MPa/0.7 MPa蒸汽減溫減壓站為精餾裝置、汽提裝置、低溫甲醇洗裝置等用戶及變換副產(chǎn)蒸汽的接收等提供保障。

1.2 冬、夏季蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)及分析

圖1咸陽化工60萬t/a甲醇裝置蒸汽系統(tǒng)分配示意圖

1#、2#、3#鍋爐、變換副產(chǎn)蒸汽單元、合成汽包副產(chǎn)蒸汽單元、空分1#/2#機(jī)組中抽7個主要蒸汽生成單元和空分1#/2#機(jī)組、動力除氧器、變換除氧器、丙烯機(jī)組、合成機(jī)組等17個用汽單元共同組成一個完整的蒸汽平衡系統(tǒng)，各單元夏季和冬季產(chǎn)汽和用氣情況見表1、表2。產(chǎn)汽單元系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)：動力1#、2#鍋爐運(yùn)行；空分1#/2#裝置運(yùn)行；氣化煤漿量160 m3/h（A爐：80 m3/h、B爐：80 m3/h）運(yùn)行，C爐烘爐；精餾入料量130 m3/h運(yùn)行；450Ⅰ/Ⅱ循環(huán)水汽輪機(jī)運(yùn)行（冬季停運(yùn)）。

從表1、表2可以得出：（1）夏季鍋爐自身產(chǎn)汽量遠(yuǎn)低于冬季產(chǎn)汽量，煤耗相對較低；（2）夏季系統(tǒng)實(shí)際產(chǎn)汽量和用汽量達(dá)不到自平衡，存在蒸汽放空現(xiàn)象，目前放空量約40 t/h；（3）冬季為保障供暖，鍋爐負(fù)荷會大幅增加，按設(shè)計(jì)要求會投運(yùn)空分中抽系統(tǒng)，以減輕鍋爐負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的；（4）夏季循環(huán)水汽輪機(jī)運(yùn)行，冬季由于沒有富余蒸汽供給，須停運(yùn)；（5）冬季雖然蒸汽系統(tǒng)可以達(dá)到自平衡，但鍋爐負(fù)荷要比夏季增加產(chǎn)汽量60 t/h，副產(chǎn)蒸汽量是一定的，因此這個增量完全要靠鍋爐本身來完成。

表1蒸汽平衡系統(tǒng)產(chǎn)汽情況

表2蒸汽平衡系統(tǒng)用汽情況

2 蒸汽系統(tǒng)存在的問題

2.1 設(shè)計(jì)問題

鍋爐產(chǎn)汽是系統(tǒng)主要蒸汽來源，原設(shè)計(jì)對裝置原始開車或系統(tǒng)大檢修后開車所需蒸汽量預(yù)估不足，導(dǎo)致2臺鍋爐在特殊時期產(chǎn)汽量滿足不了系統(tǒng)所需，不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)之初的“2開1備”狀態(tài)。

2.2 副產(chǎn)蒸汽過剩

副產(chǎn)蒸汽量與原設(shè)計(jì)相比差異較大，原設(shè)計(jì)合成汽包與變換副產(chǎn)蒸汽總量為243 t/h，但實(shí)際副產(chǎn)量為320 t/h左右，最終導(dǎo)致夏季裝置蒸汽系統(tǒng)處于產(chǎn)能過剩狀態(tài)，富余量無法全部回收利用。經(jīng)改造后，變換廢熱鍋爐處仍有40 t/h左右蒸汽放空量。

2.3 設(shè)備問題

原設(shè)計(jì)每臺空分機(jī)組中抽系統(tǒng)1.3 MPa的過熱蒸汽量為50 t/h，兩臺機(jī)組總共抽汽量為100 t/h，實(shí)際情況為1臺機(jī)組因設(shè)備自身原因，不能開啟抽汽，第2臺機(jī)組目前調(diào)試的最大抽汽量為30 t/h。外供暖設(shè)計(jì)量為180 t/h，目前實(shí)際最大用量為160 t/h，隨著供暖需求量增加，要達(dá)到180 t/h供汽量，只能靠增加鍋爐負(fù)荷完成，這樣勢必增加運(yùn)行成本。

合成塔汽包副產(chǎn)2.5 MPa飽和蒸汽量為110 t/h（與設(shè)計(jì)值基本相同），經(jīng)過變換蒸汽過熱器E1才能并入2.5 MPa過熱蒸汽管網(wǎng)，但經(jīng)過長期運(yùn)行調(diào)整，已判定E1不能夠?qū)⑷扛碑a(chǎn)的2.5 MPa飽和蒸汽加熱至正常指標(biāo)380℃（過熱狀態(tài)），若副產(chǎn)的2.5 MPa飽和蒸汽全部通過E1來加熱，會帶走大部分變換熱能，最終導(dǎo)致變換爐溫偏低。

2.4 噪音超標(biāo)

夏季蒸汽系統(tǒng)的穩(wěn)定要依賴于變換廢鍋?zhàn)哉{(diào)放空閥，從環(huán)保的角度講，增加了噪音污染控制難度，經(jīng)檢測，廠區(qū)周圍偶爾會出現(xiàn)噪音超標(biāo)的現(xiàn)象；同時自調(diào)放空閥長期保持動態(tài)開度，對閥芯磨損嚴(yán)重，閥門經(jīng)常會出現(xiàn)卡鈍現(xiàn)象，給系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行增加了風(fēng)險(xiǎn)。

3 改造措施及經(jīng)濟(jì)效益

3.1 對工藝的調(diào)整

針對原設(shè)計(jì)存在的問題，較有效的辦法就是在特殊階段啟動第3臺鍋爐，在整個開工過程中，系統(tǒng)觸媒需要重新升溫，所需蒸汽量在40 t/h～60 t/h，啟動第3臺鍋爐雖然增加了開工成本，但能保證順利開車，待系統(tǒng)正常，則停1臺鍋爐備用；系統(tǒng)短停后開車，2臺鍋爐勉強(qiáng)滿足用汽需求，偶爾會出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)行，所以如果單臺鍋爐額定負(fù)荷設(shè)計(jì)為200 t/h，就可以滿足各種工況用汽需求。

3.2 對管線的改造

采用對合成汽包副產(chǎn)的2.5 MPa飽和蒸汽分流降壓的方式，解決變換蒸汽過熱器瓶頸問題。在合成汽包至變換蒸汽過熱器進(jìn)口之間的2.5 MPa蒸汽管道處增設(shè)兩條旁路，一條旁路將2.5 MPa飽和蒸汽分流降壓至1.3 MPa飽和蒸汽管網(wǎng)，另一條旁路直接將2.5 MPa飽和蒸汽管線引至循環(huán)水汽輪機(jī)處供使用，改造后既保證了過熱后的2.5 MPa蒸汽溫度，還解決了變換系統(tǒng)溫度偏低的問題。

通過調(diào)研周邊用汽單位，在條件允許的情況下，鋪設(shè)專用蒸汽管道進(jìn)戶，長期穩(wěn)定地給用戶供汽，目前供汽量穩(wěn)定在8 t/h～12 t/h，此項(xiàng)改造使用戶淘汰了老舊鍋爐，改善了大氣環(huán)境。按照供暖蒸汽價格105元/t，供汽量取其平均值10 t/h，供汽天數(shù)330 d計(jì)算，年經(jīng)濟(jì)效益：10×24×330×105=831.6萬元。

3.3 對循環(huán)設(shè)備的改造

通過對空分機(jī)組存在問題的研判，認(rèn)為其目前仍以穩(wěn)定運(yùn)行為主，對空分機(jī)組不做改動。為回收利用蒸汽放空資源，對兩個循環(huán)水站的循環(huán)水泵進(jìn)行改進(jìn)，采用甲醇合成副產(chǎn)的2.5 MPa飽和蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)，取代原電機(jī)（兩臺泵的電機(jī)功率分別為1 000 kW和1 250 kW）。兩臺汽輪機(jī)用汽負(fù)荷分別為飽和負(fù)荷8.17 t/h和10.21 t/h，汽輪機(jī)及相關(guān)附屬設(shè)施投資額為600萬元。改造后汽輪機(jī)年運(yùn)行按240 d計(jì)，基本電費(fèi)按0.56元/kWh計(jì)，冷凝液價格按6元/t計(jì)，則年經(jīng)濟(jì)效益如下：

（1）改造一臺循環(huán)水泵年經(jīng)濟(jì)效益

節(jié)省電費(fèi)：1 000×24×240×0.56=322.56萬元

回收蒸汽冷凝液效益：8.17×24×240×6=28.24萬元

年效益：322.56+28.24=350.80萬元

（2）改造另一臺循環(huán)水泵年經(jīng)濟(jì)效益

節(jié)省電費(fèi)：1 250×24×240×0.56=403.20萬元

回收蒸汽冷凝液效益：10.21×24×240×6=35.29萬元

年效益：403.20+35.29=438.49萬元

（3）項(xiàng)目新增設(shè)備年耗電（潤滑油泵功率114 kW）：

則改造兩臺循環(huán)水泵年經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)為：

350.80+438.49-36.77=752.52萬元

改造之初，變換廢鍋副產(chǎn)的1.3 MPa飽和蒸汽的放空量實(shí)際約80 t/h，經(jīng)過改造和回收利用，循環(huán)水汽輪機(jī)總用汽量為20 t/h，向外圍供汽8 t/h～12 t/h，2.5 MPa飽和蒸汽向1.3 MPa飽和蒸汽管網(wǎng)分流量為10 t/h，所以目前變換廢鍋蒸汽放空量為40 t/h。

3.4 對放空裝置的改造

目前系統(tǒng)仍存在蒸汽放空的實(shí)際情況，咸陽化工首先在廠區(qū)圍墻增設(shè)了隔音墻，在放空點(diǎn)設(shè)計(jì)了專門的消音器材，并對放空自調(diào)閥進(jìn)行優(yōu)化升級，通過這些舉措有效地控制噪音污染，目前噪音在55 dB以下，符合國家要求。

4 結(jié)語及建議

4.1對于大型煤化工企業(yè)來說，本身就是以能產(chǎn)能，節(jié)能降耗存在巨大的挖掘潛力，蒸汽平衡問題已成為一項(xiàng)長期、復(fù)雜、細(xì)致的工作，如能把富余熱能全部、很好的利用，將會對企業(yè)在節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、增強(qiáng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定性方面有很大促進(jìn)作用。咸陽化工通過各種舉措，雖然沒有徹底解決系統(tǒng)在非供暖季蒸汽富余問題，但從整體來看，前期所做的工作完全符合預(yù)期，并為后期的升級改造奠定了基礎(chǔ)。

4.2后期升級改造的建議：（1）依據(jù)富余蒸汽量，逐臺對循環(huán)水泵進(jìn)行改造；（2）根據(jù)檢修計(jì)劃，將空分機(jī)組列為重點(diǎn)改造項(xiàng)目，研究切實(shí)可行的方案，盡可能使機(jī)組達(dá)到設(shè)計(jì)能力；（3）展開與更多用汽單位的合作，實(shí)現(xiàn)在非供暖季真正的蒸汽平衡，并建立內(nèi)外聯(lián)動供汽機(jī)制。