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        水煤漿氣化裝置閃蒸熱量回收技術(shù)的應(yīng)用

        2021-12-31 03:23:58
        化肥設(shè)計 2021年6期
        關(guān)鍵詞:恒力閃蒸煉化

        (恒力石化(大連)煉化有限公司,遼寧 大連 116000)

        恒力石化(大連)煉化有限公司(以下簡稱恒力煉化)2 000萬t/a煉油一體化項目是國內(nèi)首家民營煉化企業(yè),其配套煤制氫氣化裝置采用國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝,氣化壓力6.5MPa(g),單爐處理煤量3 000t/d(干基),2019年2月15日首臺氣化爐開車,2019年10月實現(xiàn)“五開一備”運(yùn)行,通過閃蒸熱量回收打破了氣化蒸汽完全依靠外供的局面,為氣化裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮重要作用。

        1 多噴嘴對置式氣化工藝流程

        多噴嘴水煤漿氣化工藝是以高壓純氧和高濃度水煤漿為原料,通過4個水平對置均布的工藝燒嘴霧化進(jìn)入高溫爐膛,在高壓非催化條件下進(jìn)行部分氧化反應(yīng),生成以CO、H2為有效成分的合成氣,高溫合成氣夾帶熔渣先后經(jīng)過氣化爐激冷室激冷固化、混合器增濕、旋風(fēng)分離器離心分離和水洗塔洗滌除塵,水氣比約為1.23的水煤氣送入變換工序。

        高溫合成氣在激冷室、旋風(fēng)分離器和水洗塔內(nèi)與激冷水、灰水和變換冷凝液直接接觸,洗滌灰塵的同時,水溫升至250℃,激冷室內(nèi)激冷固化的粗渣進(jìn)入鎖斗,激冷室、旋風(fēng)分離器和水洗塔內(nèi)洗滌分離出的細(xì)灰隨高溫黑水進(jìn)入閃蒸系統(tǒng),對部分熱量、水蒸氣回收利用,酸性氣體解析、降溫和濃縮后的黑水進(jìn)入沉降分離系統(tǒng),通過藥劑捕捉、重力沉降和真空壓濾實現(xiàn)固液分離,僅有部分灰水送去灰水處理,用以去除系統(tǒng)內(nèi)危害離子,絕大部分水資源返回系統(tǒng),循環(huán)利用。

        2 傳統(tǒng)閃蒸工藝流程

        多噴嘴水煤漿氣化黑水處理系統(tǒng)一般采用蒸發(fā)熱水塔(0.8MPa(g))、低壓閃蒸(0.2MPa(g))和真空閃蒸(-0.056MPa(g))三級閃蒸流程,攜帶細(xì)灰的高溫高壓黑水(6.6MPa(g)、250℃)首先進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室,蒸發(fā)室壓力0.8MPa(g),黑水溶解氣體解析的同時,水分大量蒸發(fā),閃蒸汽(175℃)進(jìn)入熱水室與返回系統(tǒng)的灰水、冷凝液和除氧水直接接觸進(jìn)行熱質(zhì)傳遞,大部分熱量用于灰水、冷凝液和除氧水升溫預(yù)熱,未能回收的熱量以閃蒸汽(0.78MPa(g)、173℃)形式進(jìn)入酸性氣冷凝器,使用循環(huán)水進(jìn)行冷卻得以回收冷凝液(90℃);一次閃蒸后的黑水進(jìn)入低壓閃蒸罐(0.2MPa(g))進(jìn)行二次閃蒸,水分蒸發(fā)使黑水進(jìn)一步降溫濃縮,低壓閃蒸汽(130℃)通過低壓閃蒸冷凝器,使用循環(huán)水冷卻回收冷凝液;二級閃蒸后的黑水進(jìn)入真空閃蒸罐(-0.056MPa(g)),水分再次蒸發(fā)使黑水進(jìn)一步降溫濃縮,同時黑水中溶解的氣體實現(xiàn)完全解析,真空閃蒸汽(80℃)通過低壓閃蒸冷凝器,使用循環(huán)水冷卻回收冷凝液;80℃的黑水利用勢能或泵加壓送至黑水沉降分離系統(tǒng)。

        3 新型閃蒸熱量回收工藝

        為了降低氣化工藝能耗和解決傳統(tǒng)閃蒸熱量回收不充分的問題,恒力煉化通過優(yōu)化工藝流程,引入廢熱鍋爐、低溫?zé)崴畵Q熱器和脫鹽水預(yù)熱器,副產(chǎn)蒸汽不僅滿足裝置自身需要,同時外送蒸汽和熱水供其他用戶使用,最大程度實現(xiàn)閃蒸熱量的回收利用,降低煤氣化裝置的運(yùn)行能耗。

        3.1 回收高閃熱量

        高壓閃蒸熱量回收工藝見圖1。

        圖1 高壓閃蒸熱量回收工藝 注:1—一體式蒸發(fā)熱水塔,2—廢熱鍋爐,3—酸性分離器,4—高溫?zé)崴茫?—酸性氣冷凝器。

        高壓閃蒸系統(tǒng)用廢熱鍋爐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酸性氣冷凝器,副產(chǎn)0.5MPa(g)飽和蒸汽并入裝置內(nèi)蒸汽管網(wǎng),用變換裝置產(chǎn)出的低壓鍋爐給水(1.7MPa(g)、135℃)作為水源,與蒸發(fā)室出來的閃蒸汽(173℃)間接換熱,廢熱鍋爐形式為BKU,換熱面積(以管外徑計)為758.49 m2,設(shè)計參數(shù)見表1。

        表1 高壓閃蒸系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

        3.2 回收低閃熱量

        低壓閃蒸熱量回收工藝見圖2。

        圖2 低壓閃蒸熱量回收工藝 注:1—低壓閃蒸罐;2—低壓閃蒸器換熱器;3—分離器

        恒力煉化統(tǒng)一規(guī)劃余熱回收系統(tǒng),利用泵加壓送至各余熱回收單元,回收余熱后,用于余熱發(fā)電、海水淡化、脫鹽水預(yù)熱以及冬季伴熱防凍,其中,低壓閃蒸氣成為其主力單元之一,低壓閃蒸汽經(jīng)低溫?zé)崴畵Q熱器回收熱量,70℃低溫?zé)崴?jīng)換熱后升溫至90℃,閃蒸汽降溫至90℃,冷凝液返回系統(tǒng)循環(huán)利用。低壓閃蒸系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表2。

        表2 低壓閃蒸系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

        3.3 回收真閃熱量

        真空閃蒸熱量回收工藝見圖3。

        圖3 真空閃蒸熱量回收工藝 注:1—真空閃蒸罐;2—脫鹽換熱器;3—分離器

        真空閃蒸系統(tǒng)用脫鹽水換熱器取代原有真空閃蒸冷凝器,87℃真空閃蒸汽進(jìn)入脫鹽水換熱器,與外系統(tǒng)低溫脫鹽水換熱,脫鹽水升溫至70℃,60℃的冷凝液返回系統(tǒng)循環(huán)利用。真空閃蒸系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表3。

        表3 真空閃蒸系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

        3.4 脫鹽水預(yù)熱

        脫鹽水預(yù)熱工藝見圖4。

        圖4 脫鹽水預(yù)熱工藝

        傳統(tǒng)氣化除氧器使用的脫鹽水溫度約20℃,除氧器蒸汽消耗量較大,設(shè)置脫鹽水預(yù)熱器,脫鹽水先經(jīng)低溫?zé)崴畵Q熱升溫至90℃再送入除氧器,蒸汽消耗量明顯降低。

        4 產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

        4.1 回收高閃熱量效益

        用低壓廢熱鍋爐取代酸性氣換熱器回收高壓閃蒸熱量,鍋爐給水消耗10.5t/h,副產(chǎn)0.5MPa(g)低壓蒸汽約10t/h,節(jié)省循環(huán)水流量580t/h,恒力煉化氣化裝置共計5套系統(tǒng)運(yùn)行,以年運(yùn)行8 400h計,可產(chǎn)生如下經(jīng)濟(jì)收益:

        (1)年產(chǎn)蒸汽收益(按80元/t計算)=5×10×80×8 400=3 360萬元

        (2)年消耗鍋爐給水成本(按10元/t計算)=10.5×5×10×8 400=441萬元

        (3)年節(jié)省循環(huán)水收益(按0.16元/t計算)=580×5×0.16×8 400=389.76萬元

        (4)綜合經(jīng)濟(jì)效益=3 360-441+389.76=3 308.76萬元

        4.2 回收低壓閃蒸熱量效益

        低壓閃蒸系統(tǒng)用低溫?zé)崴畵Q熱器取代低壓閃蒸冷凝器,單系統(tǒng)加熱低溫?zé)崴?48t/h,同時單系統(tǒng)節(jié)省循環(huán)水消耗1 300t/h,恒力煉化氣化裝置共計5套系統(tǒng)運(yùn)行,以年運(yùn)行8 400h計,可產(chǎn)生如下經(jīng)濟(jì)收益:

        (1)年產(chǎn)低溫?zé)崴找?按0.2元/t計算)=648×5×0.2×8 400=544.32萬元

        (2)年節(jié)約循環(huán)水成本(按0.16元/t計算)=1 300×5×0.16×8 400=873.6萬元

        (3)年綜合收益=544.32+873.6=1 417.92萬元

        4.3 回收真空閃蒸熱量效益

        低壓閃蒸系統(tǒng)用脫鹽水換熱器取代真空閃蒸冷凝器,單系統(tǒng)加熱脫鹽水438t/h,同時單系統(tǒng)節(jié)

        省循環(huán)水消耗1 100t/h,恒力煉化氣化裝置共計5套系統(tǒng)運(yùn)行,以年運(yùn)行8 400h計,可產(chǎn)生如下經(jīng)濟(jì)收益:

        (1)年預(yù)熱脫鹽水收益(按0.1元/t計算)=438×5×0.1×8 400=183.96萬元

        (2)年節(jié)約循環(huán)水成本(按每噸0.16元計算)=1 100×5×0.16×8 400=739.2萬元

        (3)年綜合收益=183.96+739.2=923.16萬元

        4.4 脫鹽水預(yù)熱效益

        脫鹽水預(yù)熱后進(jìn)入除氧器,使單系列低壓蒸汽消耗由10t/h降至5t/h,同時消耗低溫?zé)崴?00t/h,恒力煉化氣化裝置共計5套系統(tǒng)運(yùn)行,以年運(yùn)行8 400h計,可產(chǎn)生如下經(jīng)濟(jì)收益:

        (1)年節(jié)約蒸汽收益(按80元/t計算)=(10-5)×2×80×8 400=672萬元

        (2)年消耗低溫?zé)崴杀?按0.5元/t計算)=454×2×0.5×8 400=381.36萬元

        (3)年綜合收益=672-381.36=290.64萬元

        5 結(jié)語

        通過用廢熱鍋爐、低溫?zé)崴畵Q熱器、脫鹽水換熱器和除氧器脫鹽水預(yù)熱替代原有循環(huán)水冷凝器,5套日處理3 000t(干基)氣化裝置可為企業(yè)年降耗5 940萬元,氣化裝置外送0.5MPa(g)蒸汽25t/h,利于鍋爐蒸汽向高品質(zhì)蒸汽方向利用。既避免了循環(huán)水的消耗,又降低了氣化裝置水系統(tǒng)熱負(fù)荷處理,同時閃蒸系統(tǒng)熱量回收效率利用大幅提升,副產(chǎn)低壓蒸汽外送管網(wǎng),為恒力煉化減少了消耗,并帶來經(jīng)濟(jì)效益。

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