限電期間鍋爐跳車后煤制天然氣裝置處理芻議

張福亭，師元華，裴栓寶，郭 寧

（伊犁新天煤化工有限責任公司，新疆伊寧 835000）

0 引 言

隨著國民經濟的快速發(fā)展，人們生活水平不斷提高、生活質量不斷改善，伊寧市巴彥岱鎮(zhèn)周邊大多數居民將自家冬季取暖的煤炭鍋爐改為了電熱鍋爐，使得巴彥岱鎮(zhèn)變電站供電負荷較高，要求冬季每天的20：00—24：00下網電量控制在40MW 以內。伊犁新天煤化工有限責任公司（簡稱新天煤化工）20×108m3／a煤制天然氣裝置，原設計正常生產時熱電車間需運行4臺鍋爐，3臺發(fā)電機組運行即可滿足整個生產系統(tǒng)的用電需求，但因熱電鍋爐長期進行改造，很長時間內都是3臺鍋爐在運，為滿足化工系統(tǒng)蒸汽用量，2臺發(fā)電機組僅發(fā)電90MW，需外網（伊寧市巴彥岱鎮(zhèn)220kV變電站）供電30MW?？梢?，在新天煤化工鍋爐系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，外網下網電量僅需30MW，無需考慮冬季電網限電的問題；但當1臺鍋爐跳車停運時，電網限電就成為必須考慮的問題了，需通過平衡與調整保證系統(tǒng)生產并盡可能減少下網電量。

1 供電狀況

新天煤化工外網供電引自伊寧市巴彥岱鎮(zhèn)220kV變電站，變電站距廠區(qū)約15km，外部供電電源電壓為110kV，雙回路供電；據用電負荷分布情況，廠區(qū)內設有1座110kV的全廠總變電站，設置2臺110kV／35kV總降壓變壓器，以35kV和10kV供電線路向各裝置區(qū)供電；各裝置區(qū)據界區(qū)內負荷情況設置35kV或10kV配變電所。新天煤化工熱電站3×50MW 機組采用發(fā)電機-變壓器組的單元式接線方式，發(fā)電機出線電壓為10.5kV，通過10.5kV／35kV、63MVA升壓變與總變電所連接，采用35kV絕緣管型母線接入110kV總變電站的35kV配電裝置。

2 主裝置工藝流程

備煤車間原煤供給為伊犁4＃礦井開采的長焰煤，用長輸皮帶直接將原煤送到備煤煤倉，煤經篩分處理后，塊煤送至氣化爐，粉煤則送至熱電車間。熱電車間為全廠的動力供給單元，3臺鍋爐運行約產蒸汽1100t／h；2臺發(fā)電機組100%負荷時發(fā)電90MW，75%負荷時發(fā)電約60MW。煤制天然氣裝置配套3套空分裝置（單套裝置設計氧氣產量為51000m3／h、氮氣產量為23000m3／h），采用杭州杭氧空氣深冷分離技術，正常生產時2套空分裝置運行，為系統(tǒng)提供合格的氧氣、氮氣、儀表空氣、裝置空氣。

化工主裝置分為A、B兩個系列。氣化裝置采用碎煤加壓氣化工藝，正常生產時18臺氣化爐運行（汽氧比約7.5kg／m3），前9臺運行氣化爐對應變換A系列，后9臺運行氣化爐對應變換B系列；變換系統(tǒng)采用鈷鉬系催化劑未完全變換工藝，將粗煤氣中的CO轉換為CO2和H2；低溫甲醇洗系統(tǒng)采用林德低溫甲醇洗工藝，以向甲烷化合成系統(tǒng)提供合格的凈化氣，同時將產生的酸性氣送去熱電鍋爐配燒，CO2及尾氣送去RTO蓄熱裝置作進一步的處理，低溫甲醇洗系統(tǒng)所需冷量由混合制冷系統(tǒng)提供；甲烷化合成系統(tǒng)采用戴維工藝技術公司的高一氧化碳甲烷化工藝，甲烷化反應采用預還原鎳基催化劑，甲烷化合成后的工藝氣經三甘醇干燥系統(tǒng)脫水并經天然氣壓縮機加壓后送入天然氣輸氣管網。氣化爐生產過程中產生的煤氣水，由煤氣水分離系統(tǒng)（6個系列）分離其中的溶解氣、焦油、中油、煤塵等后，產生的濃酚水送至酚回收系統(tǒng)（3個系列），經酚回收系統(tǒng)脫除濃酚水中的CO2、H2S、NH3-N、酚后，稀酚水送污水處理系統(tǒng)，處理后的廢水分別經回用水處理、濃鹽水預處理、多效蒸發(fā)得到清凈水，清凈水可補入空分、熱電、氣化、凈化循環(huán)水站，實現污水零排放。

3 生產過程中的蒸汽產出與消耗

新天煤化工蒸汽系統(tǒng)的蒸汽分為4個等級：8.6MPa、520℃的高壓蒸汽，4.6MPa、460℃的中壓蒸汽，1.5MPa、260℃的中低壓蒸汽，0.5MPa、158℃的低壓蒸汽。蒸汽供給主要源于熱電車間的3臺運行鍋爐，單臺鍋爐約產8.6 MPa蒸汽367t／h，其余源于甲烷化合成廢鍋副產的4.6MPa蒸汽約400t／h和氣化廢鍋副產的0.5MPa蒸汽約480t／h，以滿足整個生產系統(tǒng)滿負荷生產的蒸汽供給。生產中，化工主裝置兩個系列共同用（蒸）汽，各壓力等級蒸汽的主要用戶為汽輪發(fā)電機組（2臺）、空壓機組（2臺）、氨壓機（2臺）、天然氣壓縮機（2臺）、氣化爐以及低溫甲醇洗系統(tǒng)、混合制冷系統(tǒng)、酚回收系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)，化工主裝置100%負荷及（1臺鍋爐跳車后）75%負荷生產時蒸汽消耗與產出見表1。

表1 煤制天然氣裝置100%負荷及75%負荷時各壓力等級蒸汽消耗與產出

4 1臺鍋爐跳車涉及的平衡與調整

4.1 用電負荷的平衡與調整

當熱電車間1臺鍋爐跳車停運后，停車鍋爐對應的一次風機、二次風機、引風機停運，緊停2臺煤鎖氣壓縮機、2臺低溫甲醇洗循環(huán)氣壓縮機、原水二級和三級泵站、上游煤礦長輸煤皮帶，酚回收系統(tǒng)3個系列停運，化工主裝置負荷減至75%，生產系統(tǒng)用電量減少，具體減少的用電量見表2。

表2 1臺鍋爐跳車停運后化工主裝置減少的用電負荷

由表2可以看出，當熱電車間1臺鍋爐跳車停運后，經過調整可減少用電負荷24.3MW，而電網限電期間下網電量要求控制在40MW 以內，正常生產時下網電量為30MW，所以鍋爐停運后經過調整可減少發(fā)電34.3MW，而發(fā)電10MW 約用8.6MPa蒸汽35t／h，如此可減少8.6MPa蒸汽用量約120t／h。

4.2 蒸汽的平衡與調整

熱電3臺鍋爐運行時蒸汽產量為1100t／h，單臺鍋爐跳車后，8.6MPa蒸汽減產約367t／h，為減少下網電量，同時減少鍋爐跳車對生產系統(tǒng)的影響，盡可能地保證化工主裝置的正常運行，結合蒸汽的產出與消耗情況（見表1），并根據退蒸汽的時間要求及可行性，主要處理過程及涉及的蒸汽量調整如下。

（1）緊急投用另外2臺運行鍋爐的油槍，將單臺在運鍋爐負荷加至385t／h，2臺運行鍋爐可增產蒸汽約36t／h，這樣8.6MPa的蒸汽缺口為331t／h。但同時，鍋爐停運后，經過調整每小時可減少發(fā)電34.3MW，如此可減少8.6MPa蒸汽用量約120t／h。

（2）酚回收系統(tǒng)3個系列緊急停運，可退出4.6MPa蒸汽30t／h、1.5MPa蒸汽180t／h、0.5MPa蒸汽60t／h。

（3）因考慮到系統(tǒng)關閉空壓機組抽汽以及4.6MPa減1.5MPa減溫減壓器只能將150t／h、1.5MPa蒸汽退至熱電系統(tǒng)，而熱電1.5MPa減0.5MPa減溫減壓器未投用，系統(tǒng)退出的0.5 MPa蒸汽以及副產的少量1.5MPa蒸汽只能通過主裝置減負荷實現。主裝置負荷減至75%后，混合制冷氨壓縮機可退出8.6MPa蒸汽9t／h、甲烷化天然氣壓縮機可退出8.6MPa蒸汽11t／h，合計可退出8.6MPa蒸汽20t／h；氣化系統(tǒng)可退出4.6MPa蒸汽155t／h，而甲烷化系統(tǒng)副產4.6 MPa蒸汽減少102t／h，因而實際可退出4.6MPa蒸汽53t／h。

（4）主裝置減負荷后，RTO裝置副產1.5 MPa蒸汽60t／h（較100%負荷時減少10t／h），而熱電除氧器、空分分子篩、低溫甲醇洗預洗系統(tǒng)1.5MPa蒸汽用量約為40t／h，這樣多余的20t／h、1.5MPa蒸汽全部通過減溫減壓器補充至0.5MPa蒸汽管網；此外，主裝置減負荷后，熱電4.6MPa減1.5MPa減溫水副產1.5MPa蒸汽減少8t／h。

（5）滿負荷時系統(tǒng)自身副產的0.5MPa蒸汽量與使用量剛好達平衡，減負荷后副產0.5 MPa蒸汽減少約125t／h，而酚回收系統(tǒng)停運可退出0.5MPa蒸汽60t／h，1.5MPa減0.5MPa減溫減壓器補充0.5MPa蒸汽20t／h，減負荷后低溫甲醇洗系統(tǒng)與混合制冷系統(tǒng)退出0.5MPa蒸汽35t／h，0.5MPa蒸汽缺口很小，且由于蒸汽退出相對較慢，0.5MPa蒸汽缺口可由采暖蒸汽補充，等蒸汽富裕后重新將蒸汽補入采暖系統(tǒng)，實現0.5MPa蒸汽副產量與使用量的平衡。

化工主裝置經調整后，約退出8.6MPa蒸汽140t／h、4.6MPa蒸汽83t／h、1.5MPa蒸汽158t／h。據能量守恒定律并結合實際生產經驗可知，1t的4.6MPa蒸汽、1.5MPa蒸汽、0.5 MPa蒸汽并不等于1t的8.6MPa蒸汽，8.6MPa蒸汽與4.6MPa、1.5MPa、0.5MPa蒸汽的換算關系如表3。

表3 8.6MPa蒸汽與其他壓力等級蒸汽的換算關系

由表3可以看出，系統(tǒng)經調整后退出的4.6 MPa蒸汽（83t／h）換算成8.6MPa蒸汽約為81t／h，退出的1.5MPa蒸汽（158t／h）換算成8.6MPa蒸汽約為136t／h，加上系統(tǒng)調整后退出的8.6MPa蒸汽約140t／h，系統(tǒng)實際可退出的8.6MPa蒸汽為357t／h，完全可以平衡鍋爐跳車后8.6MPa蒸汽缺口331t／h，待系統(tǒng)平衡后多出的26t／h、8.6MPa蒸汽還可增加發(fā)電7.4MW，如此一來下網電量可控制在32.6MW（40-7.4＝32.6MW）。

4.3 熱脫鹽水平衡與調整

全廠的熱脫鹽水主要由變換系統(tǒng)和甲烷化系統(tǒng)產生，大部分的熱脫鹽水送至熱電系統(tǒng)除氧器。因熱電系統(tǒng)1臺鍋爐長期處于改造狀態(tài)，運行鍋爐長時間為3臺，熱電蒸汽產量低于設計值，導致熱電除氧器最多只能接收變換熱脫鹽水950t／h、甲烷化熱脫鹽水200t／h，除氧器冷脫鹽水閥門始終處于關閉狀態(tài)；當鍋爐蒸汽產量波動時，熱電除氧器接收變換熱脫鹽水量低于900 t／h，導致變換系統(tǒng)出口變換氣超溫。所以，當熱電車間1臺鍋爐跳車停運后，8.6MPa蒸汽產量減少367t／h，熱電除氧器退出熱脫鹽水約380 t／h；隨著熱電另外2臺鍋爐負荷的調整和化工主裝置負荷的降低，熱電除氧器最多只能接收熱脫鹽水810t／h，為保證甲烷化系統(tǒng)不超標至少需外送熱脫鹽水150t／h，這樣變換系統(tǒng)最多只能外送熱脫鹽水660t／h，而要保證變換系統(tǒng)出口變換氣溫度不超標變換系統(tǒng)至少需要外送熱脫鹽水675t／h。為此，隨著鍋爐跳車發(fā)電機組和化工主裝置減負荷，將熱電循環(huán)水溫度由22℃降至18℃，以強化變換氣出口循環(huán)水冷卻器的換熱效果，從而可將變換系統(tǒng)外送熱脫鹽水量控制在660t／h左右，如此一來，既可使系統(tǒng)熱脫鹽水量達到平衡，又不影響系統(tǒng)的正常生產。

5 鍋爐檢修時間較長時系統(tǒng)工況的調整

煤氣水分離系統(tǒng)有6個系列，每個系列設有1座容積10000m3的煤氣水大罐，用來盛裝煤氣水，正常運行時煤氣水大罐液位控制在40%，約4000m3；煤氣水大罐液位高限為80%，約8000m3。酚回收系統(tǒng)3個系列處于停車狀態(tài)、化工主裝置75%負荷時產生煤氣水約465m3／h，最多維持生產51h煤氣水大罐液位即達到高限報警，再減去熱電鍋爐和酚回收系統(tǒng)的開車時間，熱電鍋爐有效檢修時間僅有35h。因此，當鍋爐檢修時間超過35h時，為防止煤氣水大罐液位出現高報警，至少需恢復酚回收Ⅰ系列的運行，以保證煤氣水平衡、延長鍋爐檢修時間，此時系統(tǒng)工況需作如下調整。

（1）酚回收系統(tǒng)開車蒸汽來源的調整。停低溫甲醇洗A系列預洗系統(tǒng)，將低溫甲醇洗B系列預洗系統(tǒng)負荷加至最大，打開預洗系統(tǒng)聯(lián)通閥，同時適當降低低溫甲醇洗雙系列的噴淋甲醇用量，以降低預洗負荷，這樣除少量防凍所需外可退出0.5MPa蒸汽約10t／h；冬季新疆地區(qū)室外溫度約為-10℃，加之化工主裝置負荷降至75%，分別可停運混合制冷A、B系列精餾塔各1臺，并將在運精餾塔負荷加至最大，這樣可退出0.5MPa蒸汽約30t／h；停全廠采暖用汽，可退出0.5MPa蒸汽約30t／h；多效蒸發(fā)Ⅰ系列停運可退出0.5MPa蒸汽約20t／h。經以上調整后，共計可退出0.5MPa蒸汽約90t／h，酚回收系統(tǒng)脫氨塔、脫酸塔運行改用0.5MPa蒸汽，開車所需4.6MPa蒸汽則通過減少發(fā)電即增加汽輪發(fā)電機組4.6MPa蒸汽抽汽來實現。

（2）稀酚水調整。酚回收Ⅰ系列投運后，可產稀酚水250m3／h，據熱電鍋爐檢修進度可將變換洗氨塔洗滌水由煤氣水切換為稀酚水（變換雙系列可消納稀酚水60m3／h，變換洗氨塔洗滌水不切換為稀酚水，煤氣水大罐可維持111.6h，切換則煤氣水大罐可維持87h），以防止變換氣中氨含量過高而影響系統(tǒng)的正常生產，變換洗氨塔消納不了的稀酚水送污水處理系統(tǒng)。

（3）電量調整。酚回收Ⅰ系列投運后，用電負荷增加0.7MW，酚回收系統(tǒng)開車汽輪機中抽增加的4.6MPa蒸汽每小時約減少發(fā)電2.8 MW，合計下網電量將增加3.5MW，即下網電量為36.1MW （32.6＋3.5＝36.1MW），而限電期間下網電量要求控制在40MW 以內，仍有操作空間。

6 1臺鍋爐跳車后其他方面的調整

6.1 原水供給調整

原水由取水口經一級、二級、三級泵站輸送至廠區(qū)高位蓄水池，通過高位蓄水池位差將原水源源不斷地送至凈水站，保證廠區(qū)用水，一級、二級、三級泵站最大輸水量合計為4320m3／h，高位蓄水池儲水量為25000～30000m3，化工主裝置負荷在75%時廠區(qū)每天耗水約30000m3，故限電期間一級、二級、三級泵站可間斷供水，等用電高峰期（限電期間每日20：00—24：00）過后（即下網電量充足時）恢復供水，保持高位蓄水池高液位運行。

6.2 原煤供給調整

新天煤化工備煤車間原煤主要來自伊犁4＃礦井，每天供煤約16000t，經長輸皮帶送至備煤筒倉，長輸皮帶輸煤量2000t／h，備煤筒倉存煤量約35000t，故限電期間可停止向備煤筒倉輸煤，將原煤存入4＃礦井煤倉，等用電高峰期（限電期間每日20：00—24：00）過后（即下網電量充足時）再恢復供煤，以減少限電期間的下網電量。

6.3 熱電鍋爐及時打焦

熱電1臺鍋爐跳車后，另外2臺鍋爐高負荷運行，須嚴格控制在運鍋爐爐膛溫度，防止超標運行，密切關注鍋爐的運行情況；當鍋爐出現結焦現象時，要及時進行打焦處理，防止出現大面積結焦現象，以免影響鍋爐的正常運行。

6.4 氣化爐的運行調整

化工主裝置滿負荷運行時，氣化系統(tǒng)18臺氣化爐均高負荷運行；化工主裝置減負荷時，應緊急停運3臺氣化爐，其他運行氣化爐微降負荷，防止單爐低負荷運行導致的入爐汽氧比增加，進而造成4.6MPa蒸汽用量增加，引起系統(tǒng)蒸汽供需不平衡。另外，化工主裝置減負荷后，煤鎖氣壓縮機停運，煤鎖氣全部排至氣化熱火炬，單爐滿負荷運行時可產生煤鎖氣約1250 m3／h，火炬設有3個，單個最大排放量為30655 m3／h，而煤鎖泄壓時需泄至常壓方可加煤，為防止煤鎖同時泄壓而致泄壓時間太長，影響煤鎖加煤，對煤鎖進行錯峰泄壓，并對停運氣化爐進行保壓或緩慢泄壓處理，同時盡量避免在此期間啟停爐操作，以保證在運氣化爐的穩(wěn)定運行。

6.5 變換氣中氨含量的控制

酚回收系統(tǒng)停運后，變換脫氨塔洗滌水由含氨量較少的稀酚水（氨含量為100mg／L）切換為含氨量較高的煤氣水（氨含量為10000mg／L），會致脫氨塔除氨效果不佳，變換氣中氨含量超標。為此，將低溫甲醇洗洗氨塔洗滌水量由7m3／h增至12m3／h，以減少進入低溫甲醇洗系統(tǒng)變換氣的氨含量，并通過常開低溫甲醇洗排氨管線防止氨在系統(tǒng)中累積。

6.6 低溫甲醇洗系統(tǒng)冷量的平衡

熱電1臺鍋爐跳車后，混合制冷系統(tǒng)單（精餾）塔運行，為防止低溫甲醇洗系統(tǒng)冷量不足，控制H2S濃縮塔底部甲醇中CO2含量在1%左右，增加汽提氮用量，并據系統(tǒng)負荷選擇合適的甲醇循環(huán)量，以增加系統(tǒng)冷量，減少冷量損耗；同時，將凈化循環(huán)水由22℃降至16℃，以減少甲烷化系統(tǒng)脫鹽水用量，增加變換系統(tǒng)脫鹽水用量，從而可降低變換系統(tǒng)出口變換氣的溫度，減少低溫甲醇洗系統(tǒng)的冷量需求。

7 結束語

新天煤化工1臺熱電鍋爐跳車停運后，系統(tǒng)蒸汽供應嚴重不足，冬季限電期間，為平衡蒸汽供需和控制下網電量，對煤鎖氣壓縮機、低溫甲醇洗循環(huán)氣壓縮機、原水二級和三級泵站、上游煤礦長輸皮帶進行停運操作，將化工主裝置負荷降至75%，并據鍋爐檢修時間對酚回收系統(tǒng)運行狀態(tài)進行調整。經上述調整后，至少可以維持化工主裝置正常運行4～5d，為鍋爐檢修提供充足的時間，從而可防止冬季生產系統(tǒng)的大面積停車及管線凍堵，更好地保證化工主裝置的安全、穩(wěn)定運行。