陳立國,房曉權(quán)

(中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100)

中海石油華鶴煤化有限公司(簡稱華鶴煤化)氣化裝置采用GE公司水煤漿加壓氣化技術(shù)，水煤漿氣化爐在點爐前必須對爐內(nèi)進(jìn)行升溫烘爐，使?fàn)t內(nèi)溫度達(dá)到1 200 ℃ 以上。華鶴煤化原設(shè)計采用開工抽引器將氣化爐內(nèi)的氣體抽出并排放到系統(tǒng)外，從而在氣化爐內(nèi)形成負(fù)壓狀態(tài)，保證預(yù)熱火焰產(chǎn)生的熱量進(jìn)入氣化爐內(nèi)。在裝置停車檢修期間，為保證氣化爐烘爐，需要組織水系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)提前開車，建立蒸汽管網(wǎng)(1.0 MPa、220 ℃)作為開工抽引器抽引氣源使用。單臺氣化爐烘爐最高使用蒸汽質(zhì)量流量約5 t/h，鍋爐最低負(fù)荷約70 t/h，大部分蒸汽直接排放，造成極大的浪費，增加了生產(chǎn)經(jīng)營成本；同時，擠占了鍋爐、蒸汽系統(tǒng)等相關(guān)公用系統(tǒng)的檢修有效時間。

1 烘爐工藝流程

氣化爐預(yù)熱升溫需要使?fàn)t膛維持約-20 kPa的負(fù)壓，并保持穩(wěn)定；設(shè)計使用開工抽引器維持爐膛負(fù)壓，抽引器氣源采用次中壓蒸汽(1.0 MPa、200 ℃)驅(qū)動。液化石油氣用于氣化爐預(yù)熱升溫，采用低壓蒸汽(0.6 MPa、220 ℃)對液化石油氣進(jìn)行氣化，確保燃料氣壓力在0.3～0.4 MPa。次中壓蒸汽、低壓蒸汽需要鍋爐運行經(jīng)過減壓所得。氣化爐原設(shè)計3臺開工抽引器，每臺開工抽引器對應(yīng)1臺氣化爐。

改造前烘爐工藝流程見圖1。

圖1 改造前烘爐工藝流程

2 可行性分析

2.1 方案確定

開工抽引器是一種以蒸汽作為抽氣介質(zhì)來獲得真空的裝置。開工抽引器由蒸汽噴嘴、混合室、縮徑管、擴(kuò)大管組成，當(dāng)一定壓力的蒸汽通過單級或多級噴嘴后高速射出，靜壓能轉(zhuǎn)化為動能，在噴嘴出口處由于高速汽流的引射作用形成低壓，將引射流體吸入，工作蒸汽與被抽氣流在混合室進(jìn)行混合并進(jìn)行能量交換，混合氣流在擴(kuò)壓管內(nèi)得到減速增壓，動能又轉(zhuǎn)化為靜壓能，然后從出口排出[1]。

開工抽引器的整個工作過程可分為三個階段：膨脹增速階段、混合階段、壓縮階段。在膨 脹增速階段，較高壓力的工作蒸汽在工作噴嘴入 口處以低于聲速的氣流速度進(jìn)入蒸汽抽引器的工作噴嘴，在工作噴嘴的漸縮段流動時，氣體壓力 不斷減小，速度不斷增加。在工作噴嘴的喉部，氣流速度達(dá)到音速。工作蒸汽在進(jìn)入工作噴嘴的 漸擴(kuò)段后，壓力進(jìn)一步下降，氣流速度進(jìn)一步增加，達(dá)到超音速狀態(tài)，在工作噴嘴出口截面處，工作蒸汽的氣流速度可達(dá)900～1 200 m/s[2]。華鶴煤化選用的開工抽引器氣源蒸汽壓力為1.0 MPa，耗蒸汽質(zhì)量流量5 t/h,單臺螺桿空壓機(jī)產(chǎn)生的最大儀表空氣體積流量為2 700 m3/min,壓力為0.7 MPa，根據(jù)蒸汽噴射泵設(shè)計簡化數(shù)據(jù)模型[3-4]計算，使用鍋爐螺桿空壓機(jī)儀表氣氣源替代開工抽引器蒸汽后，負(fù)壓可達(dá)到-20 kPa，可以滿足雙爐氣化爐抽負(fù)壓使用。

2.2 風(fēng)險評估

螺桿空壓機(jī)、防爆電加熱器與原有設(shè)備能夠互為備用，通過盲板、閥門進(jìn)行系統(tǒng)隔離，必要時可啟動備用系統(tǒng)以避免因螺桿空壓機(jī)故障而影響烘爐。

各相關(guān)數(shù)據(jù)核算、管道布置、管道應(yīng)力、管道支撐由設(shè)計院進(jìn)行詳細(xì)核算與評估，提供詳細(xì)施工圖紙。

3 改造方案實施

鍋爐螺桿空壓機(jī)的具體參數(shù)見表1。

表1 鍋爐螺桿空壓機(jī)參數(shù)

改造后的烘爐工藝流程見圖2。

圖2 改造后烘爐工藝流程

使用鍋爐螺桿空壓機(jī)產(chǎn)出的儀表空氣替代開工抽引器氣源維持爐膛負(fù)壓烘爐，新增電加熱器對液化石油氣進(jìn)行汽化，同時保留原蒸汽抽引系統(tǒng)；解決因氣化爐預(yù)熱升溫，鍋爐系統(tǒng)、水系統(tǒng)提前開車的問題，節(jié)約能源并解決檢修時間緊張的問題。在3臺開工抽引器蒸汽入口閥后增加三通連接鍋爐儀表空氣管線，在鍋爐儀表空氣管線增加調(diào)節(jié)閥，用于控制和調(diào)節(jié)氣量；在液化氣站增加1臺防爆電加熱器，通過防爆電加熱器使液化石油氣汽化，供烘爐使用。

4 運行效果及經(jīng)濟(jì)分析

4.1 運行效果

2020年7月華鶴煤化全廠計劃檢修，該項目進(jìn)行改造施工，并投入運行。運行后，3臺螺桿空壓機(jī)氣量完全滿足氣化雙爐烘爐至1 200 ℃以上，鍋爐開車時間可延后4 d，達(dá)到預(yù)期效果，節(jié)約開車成本，保證公用工程系統(tǒng)有效檢修時間；同時，徹底解決了蒸汽不穩(wěn)、帶水等原因引起的爐內(nèi)負(fù)壓波動。螺桿空壓機(jī)運行可控性更高，與蒸汽抽引系統(tǒng)互為備用。

4.2 經(jīng)濟(jì)分析

該項目總投資62.3萬元，其中項目設(shè)計費36萬元、施工費10萬元，以及設(shè)備、儀表、材料費16.3萬元。具體設(shè)備、儀表、材料投資見表2。

表2 設(shè)備、儀表、材料投資

改造后，鍋爐、水處理、蒸汽系統(tǒng)不需要提前開車，公用工程系統(tǒng)可以延后開車約4 d，預(yù)留檢修時間，確保檢修質(zhì)量。

按照鍋爐最低負(fù)荷運行，燃料煤質(zhì)量流量為13 t/h，鍋爐、循環(huán)水延后4 d開車可節(jié)約燃料煤1 248 t，按照燃煤價格500元/t計算，可節(jié)約燃料煤費用62.4萬元；節(jié)省3臺循環(huán)水泵運行、1臺高壓鍋爐給水泵運行、1臺一次風(fēng)機(jī)運行、1臺二次風(fēng)機(jī)運行、1臺引風(fēng)機(jī)運行、一臺返料風(fēng)機(jī)運行(見表3)，電價按照0.5元/(kW·h)計算，可節(jié)約電費37.02萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)語

改造后，氣化開工抽引器氣源改為鍋爐儀表氣為氣化爐提供負(fù)壓，避免蒸汽品質(zhì)波動影響烘爐，鍋爐等公用系統(tǒng)無需提前開車，節(jié)約開車成本總計99.42萬元；為蒸汽管網(wǎng)檢修提供充足時間，避免因檢修工作量大、時間緊而造成檢修質(zhì)量下降，影響開車進(jìn)度。該改造風(fēng)險可控，且具有投資效益顯著的特點。