河南金大地四期晉華爐試運行總結(jié)

雷玉龍,茹亞寧,岳 軍

(1.北京清創(chuàng)晉華科技有限公司,北京 100084;2.河南金大地化工有限責(zé)任公司,河南 漯河 462400)

河南金大地化工有限責(zé)任公司(以下簡稱“河南金大地”)位于河南省漯河市,是一家以生產(chǎn)合成氨、純堿、氯化銨、小蘇打、三聚氰胺為主的大型民營鹽化工企業(yè)。2016 年,河南金大地合成氨搬遷改造項目(以下簡稱“三期項目”)開工建設(shè),其中,氣化爐選用清華大學(xué)6.5 MPa(g)、投煤量1 500 t/d的晉華爐3.0技術(shù)(合成氣/蒸汽聯(lián)產(chǎn)水煤漿水冷壁氣化爐),2開1備,2019年2月投料運行,實踐證明,晉華爐3.0氣化技術(shù)經(jīng)濟性明顯,大幅降低了合成氨成本。金大地公司2020年3月決定啟動建設(shè)60萬t/a小蘇打項目(以下簡稱“四期項目”),由中國五環(huán)工程有限公司設(shè)計。四期項目設(shè)計年產(chǎn)60萬t合成氨,新上2臺與三期項目一致的晉華爐3.0裝置,建成后四期氣化裝置與三期裝置聯(lián)合運行,氣化爐4開1備。四期晉華爐氣化裝置2020年4月份土建開始動工,2021年12月裝置開車投產(chǎn),四期項目開車當(dāng)月實現(xiàn)滿負荷運行,產(chǎn)出合格合成氨產(chǎn)品。

1 氣化裝置概述

晉華爐是國內(nèi)主流水煤漿氣流床工藝技術(shù)之一,原料是水煤漿和純氧,原料通過工藝燒嘴進入氣化爐反應(yīng)室后,在反應(yīng)室內(nèi)發(fā)生復(fù)雜的氣化反應(yīng),生成以CO、H2、CO2為主的粗煤氣,氣化反應(yīng)生成的高溫粗煤氣、熔渣等經(jīng)氣化爐下部的輻射廢鍋回收熱量,產(chǎn)生高壓飽和蒸汽,出廢鍋的粗合成氣和熔渣進入激冷室完成冷卻和洗滌過程[1]。冷卻后的熔渣通過鎖斗系統(tǒng)定期排入渣池,降溫后的合成氣經(jīng)洗氣塔進一步洗滌,送往后工段,含有細灰的黑水從洗氣塔進入灰/黑水處理系統(tǒng),經(jīng)過減壓閃蒸和熱量回收、細灰沉降、過濾等處理后,返回洗滌系統(tǒng)循環(huán)利用[2]。

河南金大地四期項目采用2臺晉華爐,氣化壓力為6.5MPa(g),氣化爐直徑φ3 600/φ4 200mm,氣化爐設(shè)計投煤量1 500t/d,氣化爐廢鍋設(shè)計副產(chǎn)7.0MPa(g)飽和蒸汽45.3t/h。四期項目新建空分裝置氧氣總管和合成氣至變換總管,分別與三期項目氧氣總管及合成氣總管聯(lián)通,三期和四期項目的氣化爐4開1備聯(lián)合運行。四期項目裝置主要設(shè)備情況見表1。

表1 三期和四期項目裝置主要設(shè)備

2 裝置運行情況

四期晉華爐氣化裝置投料開車后,生產(chǎn)運行穩(wěn)定,運行數(shù)據(jù)優(yōu)于設(shè)計工況指標,四期氣化爐運行周期比三期大幅延長。

2.1 所用煤種

河南金大地四期裝置設(shè)計煤種與三期項目相同,工藝包設(shè)計選用榆家梁礦煤和晉城煤混煤作為設(shè)計煤種,混煤比例是榆家梁礦煤∶晉城煤=1∶1[3]。目前,金大地項目生產(chǎn)操作采用檸條塔煤和杭來灣煤混煤作為氣化原料煤,煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表2。

表2 煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

2.2 關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)

河南金大地四期氣化裝置自2021年12月開車平穩(wěn)運行至今,經(jīng)過生產(chǎn)測算統(tǒng)計,晉華爐的關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)見表3。

表3 晉華爐運行數(shù)據(jù)和設(shè)計值

從氨合成工段的氨產(chǎn)量推算,上表中運行數(shù)據(jù)為107%負荷工況數(shù)據(jù),河南金大地四期項目開車后一直按照105%～110%負荷運行。從表3運行數(shù)據(jù)可以看出,氣化裝置的煤耗、氧耗、公用工程消耗等指標均優(yōu)于設(shè)計值。

3 三期和四期項目對比及改進優(yōu)化

3.1 激冷水泵

河南金大地三期合成氨項目氣化爐為首套6.5MPa(g)、投煤量1500t/d的晉華爐3.0工業(yè)化裝置,三期項目中激冷水泵流量設(shè)計偏小,帶來激冷水水質(zhì)差、合成氣管口堵等問題。四期項目中激冷水泵能力進行了設(shè)計優(yōu)化,額定流量提高到260m3/h,四期項目氣化爐沒有再發(fā)生三期項目出現(xiàn)的問題。

根據(jù)項目HAZOP分析結(jié)果,四期激冷水泵流量低,備泵自啟聯(lián)鎖改至SIS系統(tǒng)操作,如發(fā)生停激冷水泵,需要在SIS系統(tǒng)上復(fù)位才能自啟。

3.2 氣化爐液位調(diào)節(jié)

三期項目氣化爐激冷室容積設(shè)計偏小,激冷后的粗煤氣是按照氣液同出設(shè)計,由于激冷室水質(zhì)較差,經(jīng)常造成合成氣管口堵塞的問題,后期技改增加了氣化爐排黑水管道,由于管口和管徑限制,氣化爐按照定量外排黑水操作,一定程度上改善了激冷室水質(zhì),緩解了合成氣管口堵塞問題。

四期項目氣化爐設(shè)計上增大了激冷室容積,增強了激冷效果;增加氣化爐排黑水去洗氣塔管線,氣化爐按照可調(diào)液位操作,改善了氣化爐激冷室水質(zhì);增大了激冷水流量,提升了激冷室洗氣除灰效率。四期項目氣化爐開車后再沒發(fā)生合成氣管口積灰堵塞現(xiàn)象,為系統(tǒng)長周期運行奠定了基礎(chǔ)。

三期項目氣化爐是按照激冷室溫度參與SIS停車聯(lián)鎖設(shè)計;四期項目氣化爐更改為激冷室液位三選二參與SIS停車聯(lián)鎖,氣化爐運行更加穩(wěn)定可靠。

3.3 渣口及激冷室壓差

三期項目氣化爐渣口壓差(PDT-1006A/B/C)的設(shè)計與激冷流程一樣,正壓側(cè)取壓點位于火焰檢測器取壓管線,測點為燃燒室壓力,負壓側(cè)取壓點為出氣化爐粗煤氣管線,測點為出氣化爐粗煤氣壓力,測得的壓差實際為粗煤氣渣口壓差和激冷室壓差之和。氣化爐在發(fā)生積渣堵塞激冷室合成氣管口以及燃燒室渣口時,均會表現(xiàn)出壓差增大現(xiàn)象,故無法準確判斷燃燒室渣口實際壓差的變化趨勢。

為解決上述問題,四期項目氣化爐在粗煤氣出渣口進入廢鍋處新增加一個取壓管線(見圖1),渣口壓差的負壓側(cè)取壓點由粗煤氣管線改至新增的取壓管線上,同時新增粗煤氣出渣口壓力與出氣化爐粗煤氣管線的壓力差(PDT-1007)。這樣既能準確地測量燃燒室渣口壓差,又能測量粗煤氣經(jīng)過廢鍋和激冷室的壓差,方便操作人員更精確地判斷氣化爐內(nèi)部情況。

圖1 渣口壓差優(yōu)化示意

3.4 變換補加蒸汽

在原始開車初期,氣化爐由于廢鍋管道外壁潔凈無灰渣黏附,故廢鍋副產(chǎn)蒸汽量高于設(shè)計的穩(wěn)定蒸汽量,造成出氣化去變換工段的粗煤氣水氣比較低,無法滿足全變換的反應(yīng)深度要求,所以在開車初期需要在變換工段給粗煤氣增濕,以提高其水氣比。

三期項目和四期項目均在變換工段設(shè)計了補加蒸汽管線,不同的是三期項目變換補蒸汽管道接在進變換工段第一煤氣水分離器之前的粗煤氣管道上,由于從氣化來的粗煤氣是飽和狀態(tài),所以三期項目補加的蒸汽大部分變?yōu)槔淠?四期項目變換補加蒸汽管線位置改為出煤氣預(yù)熱器至脫毒槽之前的管道上,此工況下的粗煤氣經(jīng)過變換氣加熱后,粗煤氣中水是不飽和狀態(tài),所以在開車初期階段四期項目變換補蒸汽量比三期大幅減少。

4 試生產(chǎn)時遇到的問題及解決方法

4.1 火焰檢測器損壞

裝置開車前,在5號氣化爐試氣密過程中,一個火焰檢測器被高壓沖擊損壞,火檢設(shè)備被打飛約10m,造成氣化爐失壓。

(1)原因分析:5號氣化爐在開車前試氣密時,中控操作員工也在調(diào)試氣化爐點火聯(lián)鎖程序,由于未能在火焰檢測器的監(jiān)控攝像中看到點火棒放電信號,便通知現(xiàn)場操作員工確認火焰檢測器前切斷閥是否已打開?，F(xiàn)場操作員工在未確認氣化爐是否有壓力的情況下,在燒嘴點火裝置現(xiàn)場操作柜上就地打開了火焰檢測器前切斷閥,由于當(dāng)時氣化爐壓力已經(jīng)升至6.0MPa(g),火焰檢測器設(shè)備瞬間被高壓氣體沖擊損壞。若是在氣化爐正常運行階段發(fā)生了此誤動作,后果將不堪設(shè)想。

(2)解決方法:①加強操作員工培訓(xùn)教育,現(xiàn)場人員操作前與中控人員確認相關(guān)條件;②點火裝置現(xiàn)場操作柜放置警示牌,增設(shè)旋鈕位置鎖定裝置;③聯(lián)系燒嘴廠家,增加氣化爐壓力高關(guān)閉火焰檢測器前切斷閥聯(lián)鎖,設(shè)置本地閥門旋鈕未關(guān)閉閃光報警。

4.2 煤漿槽放料閥無法打開

金大地四期項目在點火烘爐后準備啟動高壓煤漿泵調(diào)試時,發(fā)現(xiàn)煤漿槽底部放料閥無法開啟到位。

(1)原因分析:①金大地四期項目未新上煤漿槽,煤漿槽利舊三期項目裝置,在原煤漿槽上增開兩個去高壓煤漿泵管口,在開車前的煤漿泵單體試車過程中僅用水進行泵的測試,未進行煤漿物料測試;②三期項目時的煤漿槽放料閥采用下展式放料閥,四期項目采用上展式放料閥。如圖2所示,四期項目的放料閥與煤漿槽連接的管件內(nèi)徑小,導(dǎo)致開閥時閥瓣無法動作到位。

圖2 煤漿槽底部放料閥

(2)解決辦法:①為趕赴項目開車進度,決定利用煤漿槽底部放凈管線配置臨時管線至煤漿泵進口管線,同時增加相應(yīng)的沖洗水管道;②加強設(shè)計和施工人員對閥門結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)和理解。

4.3 激冷水泵氣敷

4號氣化爐在投料后負荷提升至60%,并且升壓至1.0MPa(g)后,發(fā)現(xiàn)激冷水泵電流波動,并且無法提高激冷水流量。通知操作人員檢查激冷水泵,同時適當(dāng)加大進洗氣塔高壓灰水量,但是波動現(xiàn)象沒有得到改善,最終判斷是激冷水泵氣敷問題。

(1)原因分析:四期項目洗氣塔內(nèi)激冷水泵入口管線處設(shè)置了擋板,用于引導(dǎo)塔盤降液管的洗滌水直接進激冷水泵,但是運行時降液管內(nèi)不是滿液狀態(tài),導(dǎo)致經(jīng)過塔盤的一部分粗煤氣被抽入激冷水泵中,造成激冷水泵氣敷。

(2)解決方法:①割除洗氣塔內(nèi)激冷水出口內(nèi)伸管周圈擋板;②縮短塔盤降液管的長度,并調(diào)整降液管方位,遠離洗氣塔激冷水出口管口。

5 結(jié)語

河南金大地60萬t/a小蘇打項目是繼三期合成氨裝置搬遷升級改造項目之后,第二次選用晉華爐3.0技術(shù)(合成氣/蒸汽聯(lián)產(chǎn)水煤漿水冷壁氣化爐),裝置具有煤種適應(yīng)性寬、運行成本低、經(jīng)濟效益好、自動化程度高等特點,雖然在開車過程中遇到了不少問題,但是在技術(shù)人員的處理下均得到解決,沒有影響整個裝置的開車進度,它的成功運行給企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟效益。目前,繼續(xù)選用晉華爐3.0裝置的河南金大地五期和六期項目已經(jīng)啟動,正在工程設(shè)計階段,這也是對晉華爐3.0裝置的認可和肯定。