多元料漿氣化技術(shù)在工業(yè)化應(yīng)用中的改進(jìn)

李水龍，王興盛，郭 強(qiáng)，李 偉

（甘肅華亭煤電股份有限公司煤制甲醇分公司，甘肅 華亭744100）

多元料漿氣化技術(shù)[1]是由西北化工研究院自主開發(fā)的煤炭清潔高效利用技術(shù)。甘肅華亭煤電股份有限公司煤制甲醇分公司（簡稱華亭甲醇公司）氣化裝置采用多元料漿氣化技術(shù)，在投入工業(yè)生產(chǎn)后，出現(xiàn)了氣化爐烘爐水工藝路線不明確、密封水換熱器故障率較高、除氧水槽放空氣污損環(huán)境、廢水處理難度較大以及磨煤機(jī)氣源不穩(wěn)定等問題。本文系統(tǒng)闡述了華亭甲醇公司針對上述問題提出的相應(yīng)技術(shù)改造思路及方法，為多元料漿氣化裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行提供借鑒經(jīng)驗。

1 多元料漿氣化技術(shù)的改進(jìn)

1.1 增加氣化爐升溫烘爐水工藝單元

多元料漿氣化技術(shù)原設(shè)計中并未明確設(shè)計氣化爐升溫烘爐水工藝單元，該技術(shù)投入工業(yè)生產(chǎn)后，由于各企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行條件不同，升溫烘爐水工藝路線也各式各樣，部分企業(yè)通過渣池泵供給烘爐水，部分企業(yè)通過新增烘爐水泵供給烘爐水，但上述烘爐水供給方式均存在運(yùn)行或經(jīng)濟(jì)方面的弊端。為了填補(bǔ)升溫烘爐水工藝單元設(shè)計空缺，在最小經(jīng)濟(jì)投入的基礎(chǔ)上實現(xiàn)烘爐水循環(huán)利用，經(jīng)討論分析，華亭甲醇公司在氣化爐低壓灰水及激冷水系統(tǒng)交匯處增加了升溫烘爐水工藝單元，具體工藝流程示意圖見圖1（圖中虛線為技術(shù)改造部分）。

依據(jù)氣化爐水分布試驗結(jié)果，氣化爐烘爐水流量超過110 m3/h 時，激冷環(huán)組件水膜分布均勻且連續(xù)，能夠滿足氣化爐升溫烘爐要求。因此，利用多元料漿氣化原設(shè)計的灰水泵至鎖斗沖洗系統(tǒng)灰水管線，在入鎖斗沖洗水槽灰水流量調(diào)節(jié)閥與其后閥之間短節(jié)處增設(shè)一條烘爐水管線，通過直接配管將灰水引至激冷水過濾器底排管線處，并在新增烘爐水管線上增加相應(yīng)切斷閥門。

在氣化爐烘爐時，系統(tǒng)循環(huán)灰水經(jīng)灰水泵加壓后，經(jīng)過灰水冷卻器、流量調(diào)節(jié)閥、烘爐水切斷閥及激冷水過濾器進(jìn)入氣化爐，以達(dá)到供給升溫烘爐水的目的。在供給氣化爐烘爐水時，可通過流量調(diào)節(jié)閥及時調(diào)節(jié)烘爐水流量，操作簡單便捷，更重要的是烘爐水完全利用的是系統(tǒng)循環(huán)灰水，未額外增加水耗，經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益良好。

1.2 并聯(lián)密封水換熱器技術(shù)改進(jìn)

密封水換熱器主要用于高壓鍋爐給水冷卻降溫，降溫后的高壓鍋爐給水用作氣化裝置轉(zhuǎn)動設(shè)備的密封水。由于密封水換熱器熱側(cè)介質(zhì)（高壓鍋爐給水）與冷側(cè)介質(zhì)（循環(huán)水）存在較大壓差（8 MPa）和溫差（110℃），因此該換熱器在實際運(yùn)行過程中頻繁出現(xiàn)內(nèi)漏情況，屢次造成生產(chǎn)系統(tǒng)停產(chǎn)，具體影響見表1。

表1 密封水換熱器內(nèi)漏影響情況

基于密封水換熱器在多元料漿氣化工藝中的重要作用，為了提高該設(shè)備的運(yùn)行可靠性，降低設(shè)備故障引發(fā)的損失，華亭甲醇公司提出了并聯(lián)密封水換熱器的技術(shù)改造思路，具體流程示意圖見圖2（圖中虛線為技術(shù)改造部分）。

圖2 并聯(lián)密封水換熱器流程示意圖

由于新增密封水換熱器與原密封水換熱器的切換操作是在正常生產(chǎn)運(yùn)行工況下開展，因此新增循環(huán)水管線必須從循環(huán)水管網(wǎng)引入，避免因兩臺換熱器同時運(yùn)行循環(huán)水供給不足引發(fā)壓力容器超溫事故。另外，原密封水換熱器設(shè)計壓力為8.3 MPa,但氣化裝置轉(zhuǎn)動設(shè)備（激冷水泵）最高出口壓力達(dá)到了7.6 MPa，為了保證裝置內(nèi)所有轉(zhuǎn)動設(shè)備密封水能夠正常投入，因此將新增密封水換熱器設(shè)計壓力提高至9.0 MPa。

通過并聯(lián)密封水換熱器，實現(xiàn)了密封水換熱器的在線切換。自該技術(shù)改造實施以來，華亭甲醇公司未發(fā)生因密封水換熱器內(nèi)漏導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)中斷的事故。

1.3 除氧水槽放空氣回收技術(shù)改進(jìn)

除氧水槽被廣泛用于化工及電力裝置，主要作用是控制生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)利用水中的氧含量，減緩設(shè)備設(shè)施的腐蝕速率。但是在實際生產(chǎn)過程中，大量水蒸氣與不凝氣體同時被除氧水槽就地放空，在氣溫較低時，放空水蒸氣凝結(jié)下落，不僅嚴(yán)重污損生產(chǎn)環(huán)境，浪費(fèi)水資源，而且加速了生產(chǎn)框架的腐蝕速率，給企業(yè)生產(chǎn)安全造成了巨大影響。為此，華亭甲醇公司對除氧水槽放空氣進(jìn)行了回收改造，具體流程示意圖見圖3（圖中虛線為技術(shù)改造部分）。

圖3 除氧水槽放空氣回收流程示意圖

在實際生產(chǎn)運(yùn)行過程中，兩套低壓閃蒸罐及低壓閃蒸冷卻器運(yùn)行，剩余一套系統(tǒng)備用，兩套運(yùn)行系統(tǒng)共用一臺除氧水槽。

來自氣化工段的黑水經(jīng)過低壓閃蒸罐閃蒸后，閃蒸氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制優(yōu)先進(jìn)入除氧水槽，用于對除氧水槽內(nèi)灰水加熱除氧，富余閃蒸氣由低壓閃蒸冷卻器進(jìn)行冷凝回收，不凝氣送至除氧水槽放空閥后排至大氣。除氧水槽內(nèi)灰水經(jīng)閃蒸氣加熱后，溫度達(dá)到108 ℃，壓力達(dá)到0.08 MPa，在該溫度、壓力條件下，溶解在灰水中的包含氧氣在內(nèi)的不凝氣不斷逸出排放，同時大量水蒸氣被就地排放。

除氧水槽放空氣回收物料數(shù)據(jù)見表2。由表2可知，入低壓閃蒸冷卻器閃蒸蒸汽量(單臺)為兩套低壓閃蒸氣總量減去至除氧水槽低壓閃蒸氣量的差值的1/2，即11 897.72 m3/h，除氧水槽放空氣量為9 460.737 5 m3/h，即低壓閃蒸冷卻器閃蒸氣量大于除氧水槽放空氣量，故低壓閃蒸冷卻器換熱能力可滿足冷卻回收除氧水槽放空氣的要求。

表2 除氧水槽放空氣回收物料數(shù)據(jù)

因此，將除氧水槽放空氣引入備用低壓閃蒸冷卻器，不凝氣體送至除氧水槽放空閥后排至大氣，凝液回收至灰水槽后進(jìn)入氣化爐水系統(tǒng)循環(huán)利用。經(jīng)過改造，華亭甲醇公司不僅實現(xiàn)年回收利用水量2 837 t，而且從根本上解決了除氧水槽放空氣冷凝后造成的框架腐蝕問題，從本質(zhì)上提高了企業(yè)安全生產(chǎn)水平。

1.4 制漿水技術(shù)改進(jìn)

隨著國家對環(huán)保治理的愈加嚴(yán)格，化工企業(yè)對環(huán)保的要求也逐漸提高，企業(yè)產(chǎn)生的高氨氮、高COD 的廢水實現(xiàn)內(nèi)部消耗已經(jīng)成為化工企業(yè)實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的主要途徑之一[2-3]。將企業(yè)生產(chǎn)廢水用于煤漿制備是企業(yè)實現(xiàn)廢水自耗的較好舉措，但將廢水用于煤漿制備，引發(fā)了制漿水管線頻繁堵塞、制漿工段工作環(huán)境惡劣、異味嚴(yán)重等問題，針對上述問題，華亭甲醇公司優(yōu)化了制漿水技術(shù)流程，見圖4。

外來廢水的物理性質(zhì)及組成見表3。由表3 可以看出，外來廢水中含有少量甲醇，且廢水2 溫度偏高，達(dá)到了107 ℃。在實際生產(chǎn)運(yùn)行中，隨著生產(chǎn)運(yùn)行工況發(fā)生變化，廢水組分也會出現(xiàn)波動，與設(shè)計值相比，實際廢水中異物（主要為雜醇類物質(zhì)）含量明顯偏高，異物與灰水在高溫下混合，在設(shè)備容器內(nèi)極易形成蠟狀凝結(jié)物，堵塞制漿水泵及附屬管線，嚴(yán)重時影響煤漿制備負(fù)荷。另外，這3 股廢水混合后，廢水溫度實測最高達(dá)到了80 ℃，在該溫度下，廢水中部分雜醇類物質(zhì)大量揮發(fā)，不僅嚴(yán)重影響制漿工段外部環(huán)境，而且不利于職工職業(yè)衛(wèi)生健康。

圖4 制漿水改造流程示意圖

表3 外來廢水?dāng)?shù)據(jù)

根據(jù)上述分析，為了解決外來廢水制漿引發(fā)的一系列問題，華亭甲醇公司采用將外來廢水集中封閉引入制漿水槽，通過在制漿水泵出口增設(shè)制漿水冷卻器，達(dá)到降低外來廢水溫度、減少廢水中雜醇類物質(zhì)揮發(fā)的目的。另外，在外來廢水不足的情況下，氣化裝置自身處理后的灰水通過灰水泵加壓后，不經(jīng)過制漿水槽，直接被輸送至磨煤機(jī)內(nèi)用于制漿。外來廢水及灰水制漿流量分別由相應(yīng)閥門控制，以保證煤漿濃度。

1.5 磨煤機(jī)氣源技術(shù)改進(jìn)

磨煤機(jī)在正常運(yùn)行過程中，需要壓縮空氣為其附屬齒輪噴射油系統(tǒng)及氣動離合器提供動力。在原設(shè)計中，為提供動力源，給磨煤機(jī)專門配備了2 臺小型空氣壓縮機(jī)，但在實際運(yùn)行過程中，小型空氣壓縮機(jī)故障率及維護(hù)成本較高。因此華亭甲醇公司對磨煤機(jī)氣源系統(tǒng)進(jìn)行了技改，改造后的流程示意圖見圖5。

圖5 磨煤機(jī)氣源改造流程示意圖

將空分裝置增壓機(jī)二段（1.05 MPa，119 ℃）壓縮空氣引入制漿工段，由于磨煤機(jī)所需氣源壓力為0.8 MPa，因此在壓縮空氣總管入口安裝自力式壓力調(diào)節(jié)閥，用以穩(wěn)定壓縮空氣壓力。通過將空分裝置壓縮空氣用作磨煤機(jī)附屬設(shè)備動力氣源，為企業(yè)節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。

2 結(jié) 語

華亭甲醇公司通過實施增加氣化爐升溫烘爐水單元、并聯(lián)密封水換熱器、回收除氧水槽放空氣、改進(jìn)制漿水技術(shù)以及改進(jìn)磨煤機(jī)氣源等技術(shù)改造，實現(xiàn)了利用系統(tǒng)灰水烘爐、密封水換熱器的在線切換、回收除氧水槽放空氣冷凝水、利用外來廢水制漿、將空分裝置壓縮空氣用作磨煤機(jī)氣源，有效提高了多元料漿氣化技術(shù)的運(yùn)行穩(wěn)定性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。