張貴偉，李建新，王 蒙

(1.河南金大地化工有限責(zé)任公司， 河南漯河 462400； 2河南金山化工集團， 鄭州 450046)

河南金大地化工有限責(zé)任公司(簡稱金大地公司)是由河南金山化工集團投資，創(chuàng)建于2005年的一家以生產(chǎn)氯化銨、純堿、三聚氰胺、尿素、工業(yè)鹽、甲醇為主的大型民營鹽化工企業(yè)。2016年，金大地公司合成氨搬遷改造項目開工建設(shè)，其中氣化爐選用清華大學(xué)日投煤量1 500 t、6.5 MPa晉華爐3.0(水煤漿水冷壁廢鍋氣化爐技術(shù))，2開1備。2019年2月2日投料運行，5月8日滿負荷運行，9月平均日產(chǎn)合成氨1 809 t，達到了設(shè)計能力。

1 氣化裝置概況

該氣化裝置主要包括煤漿制備、氣化、渣水處理工序。其中，煤漿制備選用3臺濟南重工股份有限公司MBS4060棒磨機、6臺低壓煤漿泵、2臺大煤漿槽、3臺菲魯瓦高壓煤漿泵?；?渣)水處理的閃蒸裝置與氣化爐一一對應(yīng)，2臺澄清槽1開1備。

該氣化裝置建設(shè)節(jié)點見表1。

表1 氣化裝置建設(shè)節(jié)點

2 投資費用

該項目為企業(yè)搬遷改造新建項目，氣化裝置總投資約4.9億元，裝置內(nèi)的高壓煤漿泵和主要閥門(如煤漿閥和氧閥)等均采用進口設(shè)備。其中，設(shè)備購置費28 100萬元，占總投資費用的57.34%；主要材料費7 500萬元，占總投資費用的15.31%；安裝費4 400萬元，占總投資費用的8.98%；建筑工程費 9 300萬元，占總投資費用的18.98%。

3 運行情況及特點

該氣化裝置以陜西神木榆家梁礦煤和山西晉城煤混煤作為設(shè)計煤種，混煤質(zhì)量比為陜西神木榆家梁礦煤∶山西晉城煤=1∶1，操作煤種為陜西神木榆家梁礦煤。目前氣化用煤煤種比較穩(wěn)定，一直使用陜西神木榆家梁礦煤。自2019年2月開車平穩(wěn)運行至今，經(jīng)過生產(chǎn)實踐和統(tǒng)計測算，晉華爐3.0的關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)見表2。

表2 晉華爐3.0關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)

該氣化裝置的運行特點為:

(1) 運行成本低。系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵機泵的規(guī)格遠小于同等規(guī)模的傳統(tǒng)水煤漿氣化工藝，如激冷水泵額定體積流量為156 m3/h，高壓灰水泵額定體積流量為135 m3/h，經(jīng)生產(chǎn)統(tǒng)計和測算，1 000 m3有效氣(CO+H2)電耗比傳統(tǒng)水煤漿氣化工藝低約10 kW·h。

(2) 占地面積小。晉華爐3.0取消了傳統(tǒng)水煤漿氣化裝置的灰水框架，把灰水框架中的閃蒸設(shè)備布置在氣化框架中，整個氣化界區(qū)只有磨煤、氣化、細灰過濾3個混凝土框架，在占地面積大幅減小的同時降低了土建費用，也方便了操作工巡檢。

(3) 經(jīng)濟性好。晉華爐3.0輻射廢鍋噸氨可副產(chǎn)高壓飽和蒸汽1.4～1.6 t，變換工段噸氨可副產(chǎn)飽和蒸汽1.6～1.8 t，比傳統(tǒng)水煤漿激冷流程噸氨多產(chǎn)蒸汽0.95 t，多產(chǎn)的飽和蒸汽可增加利潤6 000萬元以上。2020年8月、9月金大地公司消耗煤、電、蒸汽情況見表3～表5。合成氨成本見表6。

表3 2020年8月、9月金大地公司煤耗情況

表4 2020年8月、9月金大地公司電耗情況

表5 2020年8月、9月金大地公司蒸汽消耗情況

表6 2020年8月、9月金大地公司合成氨成本統(tǒng)計

(4) 自動化程度高。晉華爐3.0采用組合式燒嘴，不需要更換預(yù)熱燒嘴，點火、烘爐、投料一體化全部通過程序控制完成，自動化程度高。

4 運行中存在的問題

(1) 運行周期有待進一步提高。該氣化裝置的運行周期最長為連續(xù)運行61 d。

(2) 氣化爐內(nèi)出口管時有堵塞，造成合成氣偏流，影響廢鍋副產(chǎn)蒸汽量。 造成偏流的主要原因是氣化爐合成氣、黑水、灰渣三相同出，運行中激冷室黑水中含固量逐漸升高，造成部分合成氣管口堵塞[1-2]。表7為2020年6月26日—7月2日氣化爐內(nèi)出口管堵塞前后噸氨副產(chǎn)蒸汽情況。由表7可以看出，氣化爐內(nèi)出口管堵塞后副產(chǎn)汽量減少。

表7 氣化爐內(nèi)出口管堵塞前后副產(chǎn)蒸汽對比表

將氣化爐其中一根激冷水管線變更為外排黑水(固含量較高)管線，直接排至洗氣塔下部，減少了激冷室內(nèi)黑水含固量[3-4]。

(3) 運行煤種與設(shè)計煤種偏差較大。現(xiàn)運行煤種的灰熔點比設(shè)計煤種低約180 K，現(xiàn)運行煤種出燃燒室粗煤氣溫度低，因此廢鍋設(shè)計換熱面積偏大，合成氣出口溫度低，變換爐還需補充少量蒸汽，特別是在氣化爐投料運行的前20 d內(nèi)。

(4) 廢鍋爆管。運行期間發(fā)現(xiàn)氣化B爐廢鍋補水、副產(chǎn)蒸汽存在較大流量差，停車檢查發(fā)現(xiàn)水冷屏有1根鍋爐水管泄漏。主要原因是鍋爐水系統(tǒng)原始開車期間沖洗不徹底，雜質(zhì)在鍋爐水管中堆積，造成水動力不暢，過燒導(dǎo)致?lián)p壞。

(5) 環(huán)腔超溫。3臺氣化爐均發(fā)生過環(huán)腔超溫現(xiàn)象，通過調(diào)整氣化爐運行參數(shù)，能恢復(fù)到正常指標。分析原因是氣化爐負荷波動較大時，特別是氣化爐升壓過程中，廢鍋內(nèi)高溫粗煤氣通過廢鍋與渣口盤管的縫隙串氣至氣化爐環(huán)腔。

5 廢鍋水冷管壁腐蝕后爆管機理

5.1 垢下腐蝕

鍋爐管內(nèi)壁沉積的氧化鐵、氧化銅等雜物與管內(nèi)側(cè)金屬發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過程為：

(1)

(2)

5.2 蒸汽腐蝕

當水管內(nèi)壁因垢下腐蝕產(chǎn)生的氧化物造成蒸汽停滯或流速減小時，管內(nèi)蒸汽與高溫鐵發(fā)生反應(yīng)，并在金屬表面形成磁性氧化鐵膜。

(3)

5.3 氫腐蝕

當產(chǎn)生的氫氣不能被氣流較快帶走，將與金屬管內(nèi)壁發(fā)生反應(yīng)，使之脫碳。

檢修時把泄漏的鍋爐水管用堵頭堵死，重新打壓試漏；對廢鍋水系統(tǒng)重新沖洗吹掃。

6 結(jié)語

經(jīng)過幾個月連續(xù)滿負荷運行，證明晉華爐3.0具有自動化程度高、投資少、運行成本低、經(jīng)濟效益好等特點。在系統(tǒng)升壓和負荷調(diào)整過程中，要求操作人員嚴格控制系統(tǒng)升壓速率或負荷波動范圍，盡量做到氣化爐壓力穩(wěn)定；同時，采用新型密封型式，確保渣口盤管和廢鍋連接處無泄漏。