薛永峰

(陽煤豐喜集團臨猗分公司，山西運城 040000)

陽煤豐喜集團臨猗分公司合成氨二分廠(以下簡稱臨猗二分廠)甲醇/合成氨項目原氣化裝置為3臺耐火磚氣化爐、1臺水冷壁激冷流程氣化爐，其中3臺耐火磚氣化爐分別于2006年、2008年投產運行，水冷壁激冷流程氣化爐于2011年投產運行，氣化裝置3開1備。但在生產過程中存在以下問題：①由于耐火磚更換，出現(xiàn)備用爐不備的情況；②耐火磚氣化爐在運行爐緊急停車后，備用氣化爐無法立即投入使用，對系統(tǒng)的負荷產生一定影響；③耐火磚的維修費用較高，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新型煤氣化技術“合成氣蒸汽聯(lián)產氣化爐”對其耐火磚爐型進行改造，得到了山西省科技廳2015年度山西省科技重大專項的支持。合成氣蒸汽聯(lián)產氣化爐(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低于1520℃的煤種，氣化爐壁溫比耐火磚爐的要低，廢鍋副產高壓蒸汽，降低了系統(tǒng)能耗，并且系統(tǒng)的運行更加安全穩(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)做簡要敘述。

1.1 新增氣化室水冷壁系統(tǒng)

來自鍋爐供水母管的高壓鍋爐水通過液位調節(jié)閥控制后，將鍋爐水送入汽包作為汽包的補水，汽包內的水經過鍋爐水循環(huán)泵加壓后分別進入主水冷壁、頂盤管、渣口盤管、工藝燒嘴以及火焰檢測器，鍋爐水在氣化爐內吸收熱量后回流至汽包，水冷壁汽包上半部副產少量的飽和蒸汽，壓力為4.5MPa。正常生產時流量為1t/h，開車時最大流量約為13t/h，這部分蒸汽減壓并入2.5MPa等級的蒸汽管網利用。

氣化爐水冷壁系統(tǒng)的進、出口均設有壓差測量儀和溫度測量儀，當某一組水冷壁出水的壓差和溫度出現(xiàn)大幅度波動時，可能是該組水冷壁管出現(xiàn)泄漏或過熱。為了保護氣化爐的工藝燒嘴，在工藝燒嘴冷卻水的進、出口流量處設置流量差聯(lián)鎖，進、出口流量差三選二進入聯(lián)鎖系統(tǒng)；當流量差達到聯(lián)鎖值時，氣化爐停車觸發(fā)器啟動，氣化爐聯(lián)鎖停車[1-2]。

1.2 新增廢鍋系統(tǒng)

來自鍋爐供水母管的高壓鍋爐水通過液位調節(jié)閥控制,將鍋爐水送入廢鍋汽包作為汽包的補水，汽包內的水經廢鍋進水分配管進入氣化爐廢鍋，鍋爐水在廢鍋內吸收熱量后回流至廢鍋汽包，汽包下半部的液態(tài)水經廢鍋進口分配管在系統(tǒng)內循環(huán)使用，汽包上半部副產的飽和蒸汽壓力為5.4MPa，正常生產時其流量為26t/h。由于全廠蒸汽管網2.5MPa等級的蒸汽不夠用，因此這部分蒸汽減壓并入2.5MPa等級的蒸汽管網利用[3-4]。

此次氣化爐耐火磚改造為晉華爐后系統(tǒng)的開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)的升溫時間將由原來的72h以上縮短為2h內完成。此次改造后取消預熱燒嘴，使用新型的一體化燒嘴，點火升溫投料一體化完成。

2 設備方面的改造

對氣化爐本體進行整體更換，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，取消激冷水過濾器等設備。改造前、后設備參數(shù)對比見表1。

表1 改造前、后設備參數(shù)對比

3 儀表方面的改造

儀表控制方面，由于改造后系統(tǒng)的點火方式及投料情況與之前的耐火磚爐不同，需要對氣化爐安全聯(lián)鎖進行修改，修改后氣化的點火通過程序自動完成，氣化投料成功后需要停止燃料氣，這些都是通過氣化爐安全聯(lián)鎖完成的，停車的聯(lián)鎖基本沒有變化。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

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

表2 改造前、后氣化爐主要性能指標對比

5 改造過程及開車運行情況

氣化爐現(xiàn)場改造于2015年11月開始建設，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)管線配管結束；2016年1月，氧氣管線結束，全部配管及相關儀表安裝于2016年1月中旬完成，2016年2月進入實際試車階段。

2016年3月28日，氣化爐改造項目進行原始烘爐。烘爐過程中對廢鍋進行堿煮，2016年4月1日19:25點火，20:40投料，22:30并入系統(tǒng)運行。投料前，水冷壁蒸汽產量15 t/h，投料1 h內水冷壁蒸汽產量降至3 t/h。系統(tǒng)初步穩(wěn)定在氧氣12 200 m3/h(標態(tài))，煤漿量26 m3/h，系統(tǒng)壓力3.65 MPa，廢鍋蒸汽產量26.7 t/h。2016年4月2日，裝置負荷提高至氧氣15 000 m3/h(標態(tài))，煤漿量32 m3/h。截至目前整個裝置運行平穩(wěn)，各項指標均達到設計值。

6 改造后對系統(tǒng)的影響

改造前，氣化系統(tǒng)無副產蒸汽；改造后，可副產高壓蒸汽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，改造后僅需2臺，閃蒸系統(tǒng)的熱負荷比改造前降低60%。

7 結語

(1)組合式點火升溫過程簡化，點火、投料程序一體化完成。水煤漿投料點火采用獨特的“火點火”技術，氣化爐從冷態(tài)到滿負荷僅需5 h。輻射式蒸汽發(fā)生器下部采用特殊結構，合成氣與黑水同時并行進入洗氣塔，氣化爐不再控制液位，操作簡單。

(2)由于開車速度快、檢修時間短，所以無需備爐，為后系統(tǒng)的負荷增加提供了一個簡潔、經濟的技術改造方案，節(jié)省了氣化爐耐火磚的更換費用。

(3)極大地減少了烘爐時間，不僅延長了氣化爐的在線率，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)擴產打下了堅實的基礎。即使不增加氣化爐負荷，由于氣化爐燃燒室的容積增加，水煤漿在爐內的停留時間將比在耐火磚爐內的長，有效氣的含量有較大增加，煤的碳轉化率也得到提高。

(5)對其他附屬系統(tǒng)基本上沒有進行改造，在實現(xiàn)技術更新?lián)Q代的同時最大限度地降低了投資。

(6)煤種適用性擴大，可氣化灰熔點低于1 520 ℃的煤種。

(7)由于改善了工藝燒嘴的運行條件，燒嘴可連續(xù)運行100 d以上。

(8)氣化爐采用熱能工程領域成熟的垂直管結構，水循環(huán)按照自然循環(huán)設計，強制循環(huán)運行，最大限度保證水冷壁的安全運行。

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

(10)氣化爐液位不再控制，操作更簡單、更方便。

(11)取消了激冷水過濾器、激冷環(huán)、下降管等設備，水系統(tǒng)循環(huán)優(yōu)化，運行成本降低。