楊傳水,岳 博,雷玉龍

(1.山東金誠(chéng)石化集團(tuán)有限公司，山東淄博 256405；2.北京清創(chuàng)晉華科技有限公司，北京 100083)

山東金誠(chéng)石化集團(tuán)有限公司(簡(jiǎn)稱山東金誠(chéng))是一家以石油煉化為主的現(xiàn)代化企業(yè)集團(tuán)。山東金誠(chéng)重油催化裂化裝置(MZRCC)及其配套項(xiàng)目煤制氫裝置以煤為原料，經(jīng)煤氣化、變換及熱回收、低溫甲醇洗、甲烷化等工序，最終產(chǎn)品為氫氣。氣化裝置選用清華大學(xué)、北京清創(chuàng)晉華科技有限公司和陽(yáng)煤集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)的晉華爐3.0(水煤漿水冷壁帶廢鍋)氣化技術(shù)。山東金誠(chéng)煤制氫裝置氣化爐于2020年6月2日一次開(kāi)車成功，2020年6月24日打通煤制氫全流程，產(chǎn)出合格氫氣產(chǎn)品。

1 氣化裝置概況

晉華爐氣化技術(shù)是水煤漿氣流床工藝技術(shù)，原料是水煤漿和純氧。原料通過(guò)工藝燒嘴進(jìn)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)，生成以一氧化碳、氫氣、二氧化碳為主的粗煤氣。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(jìn)入激冷室完成冷卻和洗滌過(guò)程[1]。冷卻后的熔渣通過(guò)鎖斗系統(tǒng)定期排入渣池，降溫后的合成氣經(jīng)洗氣塔進(jìn)一步洗滌后送往后工段，含有細(xì)灰的黑水從洗氣塔進(jìn)入灰/黑水處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)減壓閃蒸和熱量回收、細(xì)灰沉降、過(guò)濾等處理后返回洗滌系統(tǒng)循環(huán)利用[2]。

該項(xiàng)目采用2臺(tái)晉華爐，1開(kāi)1備，氣化壓力為6.5 MPa，氣化爐直徑為3 800 mm，氣化爐設(shè)計(jì)投煤質(zhì)量流量為1 000 t/d，煤制氫裝置設(shè)計(jì)氫氣體積流量為60 000 m3/h，氣化爐廢鍋設(shè)計(jì)副產(chǎn)7.0 MPa飽和蒸汽47.2 t/h。

2 裝置運(yùn)行情況

晉華爐氣化裝置投料開(kāi)車后，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行數(shù)據(jù)優(yōu)于設(shè)計(jì)工況指標(biāo)。

2.1 煤種

該氣化裝置以山東高灰分煤作為設(shè)計(jì)煤種，目前生產(chǎn)操作采用神木煤作為氣化原料煤，設(shè)計(jì)煤種和操作煤種的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

2.2 關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)

該氣化裝置自2020年6月開(kāi)車平穩(wěn)運(yùn)行至今，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)測(cè)算統(tǒng)計(jì)，晉華爐的關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 晉華爐(單爐)運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)值

從表2可以看出：該氣化裝置烘爐燃料氣消耗量大，這是因?yàn)闀x華爐開(kāi)車只需要烘爐2～3 h至一定溫度后就可投料，而操作人員習(xí)慣烘爐時(shí)間約6 h，導(dǎo)致烘爐燃料氣消耗量大。該氣化裝置的比煤耗、比氧耗、比電耗等指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)值。

3 試生產(chǎn)時(shí)遇到的問(wèn)題及解決方法

3.1 棒磨機(jī)出料

磨煤機(jī)在調(diào)試過(guò)程中，棒磨機(jī)出料質(zhì)量流量最大只有20 t/h(原料煤)，煤稱重給料機(jī)出口處原料煤堆積外漏，無(wú)法滿足生產(chǎn)需求。

原因分析：

(1)磨煤機(jī)進(jìn)口有1臺(tái)鼓式給料器，原料煤從溜管進(jìn)入給料器，研磨水和添加劑由橫管進(jìn)入給料器，給料器內(nèi)部為螺旋給料結(jié)構(gòu)，隨磨煤機(jī)同向轉(zhuǎn)動(dòng)，將原料煤、研磨水和添加劑送入棒磨機(jī)滾筒，原料煤在給料器內(nèi)黏結(jié)成塊，黏附在給料器內(nèi)壁，使進(jìn)料能力下降(見(jiàn)圖1)。

圖1 棒磨機(jī)入口結(jié)構(gòu)

(2)煤稱重給料機(jī)出口原料煤溜管彎度太大，原煤在外水量較大工況時(shí)，原料煤黏附在溜管彎頭處，阻擋了下煤通道[3-4]。

解決措施：拆除棒磨機(jī)入口給料器，原料煤、添加劑和研磨水直接進(jìn)入棒磨機(jī)滾筒，減小下煤溜管彎度；改造后磨煤機(jī)進(jìn)料通暢，達(dá)到磨煤機(jī)的最大負(fù)荷(見(jiàn)圖2)。

圖2 改造后棒磨機(jī)入口結(jié)構(gòu)

3.2 點(diǎn)火烘爐

晉華爐采用燃料氣和純氧點(diǎn)火，在試車點(diǎn)火烘爐時(shí)發(fā)現(xiàn)存在點(diǎn)不著火、點(diǎn)火后熄滅、烘爐溫度指示偏低等問(wèn)題。

3.2.1 點(diǎn)火失敗

在試車點(diǎn)火時(shí)，按照規(guī)定的氧氣和燃料氣流量點(diǎn)火，火焰檢測(cè)器檢測(cè)不到燃燒室內(nèi)火焰。

原因分析：試車點(diǎn)火時(shí)空分裝置送至氣化裝置的氧氣壓力為3.6 MPa，與設(shè)計(jì)工況(8.1 MPa)偏差較大，超出了集散控制系統(tǒng)(DCS)溫壓補(bǔ)償范圍，氧氣流量計(jì)指示值比實(shí)際值偏大，造成點(diǎn)火時(shí)調(diào)節(jié)的氧燃比低，造成點(diǎn)火失敗。

解決措施：盡量提高空分裝置氧氣壓力，然后根據(jù)氧氣流量計(jì)和變送器計(jì)算書(shū)重新修正氧氣流量計(jì)指示流量，使之指示準(zhǔn)確。

3.2.2 點(diǎn)火后火焰熄滅

晉華爐設(shè)計(jì)有2套火焰檢測(cè)器用于檢測(cè)燃燒室內(nèi)火焰來(lái)判斷爐內(nèi)燃燒情況，試車時(shí)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火成功后，檢測(cè)到燃燒室內(nèi)火焰，但是在2～3 min后檢測(cè)不到火焰信號(hào)，認(rèn)為燃燒室內(nèi)熄火，隨即拍停。

原因分析：燃料氣設(shè)計(jì)采用天然氣，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際用的燃料氣與設(shè)計(jì)偏差較大，現(xiàn)場(chǎng)采用的是廠內(nèi)煉油裝置副產(chǎn)干氣，組分波動(dòng)很大，干氣熱值在23 000～30 500 kJ/m3波動(dòng)，干氣中含有C2、C3、C4組分。為保證系統(tǒng)安全，在點(diǎn)火烘爐時(shí)按照欠氧工況操作，在點(diǎn)火烘爐時(shí)C2、C3、C4組分不完全燃燒產(chǎn)生大量炭黑，炭黑和燃燒后的廢氣在火焰檢測(cè)器通道內(nèi)積聚，導(dǎo)致火焰檢測(cè)器檢測(cè)不到火焰信號(hào)，誤認(rèn)為火焰熄滅。

解決措施：首先，通知調(diào)度部門協(xié)調(diào)減小廠內(nèi)干氣管網(wǎng)組分波動(dòng)；其次，增加燃料氣取樣分析頻率，根據(jù)燃料氣組分變化及時(shí)調(diào)整氧燃比；最后，在點(diǎn)火成功后及時(shí)打開(kāi)火焰檢測(cè)器通道保護(hù)氣，確保通道通暢，避免造成火焰檢測(cè)器誤判斷。

3.2.3 烘爐溫度指示

燃燒室采用水冷壁結(jié)構(gòu)，氣化爐設(shè)計(jì)有熱電偶穿過(guò)水冷壁檢測(cè)燃燒室內(nèi)溫度，在燃料氣和氧氣達(dá)到一定流量時(shí)，根據(jù)以往項(xiàng)目開(kāi)車經(jīng)驗(yàn)，燃燒室內(nèi)溫度應(yīng)達(dá)到800 ℃，但是DCS指示溫度只有400 ℃，烘爐溫度指示偏低。

原因分析：燃燒室采用的熱電偶為套管結(jié)構(gòu)，偶絲插入套管內(nèi)深度不夠，造成烘爐時(shí)燃燒室內(nèi)溫度指示不準(zhǔn)。

解決措施：根據(jù)另一臺(tái)氣化爐烘爐曲線的燃料氣和氧氣參數(shù)重新調(diào)整氣化爐各參數(shù)，使氣化爐按照另一臺(tái)氣化爐的烘爐曲線進(jìn)行烘爐；在烘爐結(jié)束后入爐檢修燃燒室熱電偶。

山東金誠(chéng)煤制氫氣化裝置點(diǎn)火烘爐時(shí)發(fā)生不少問(wèn)題，基本是由于安裝原因或?qū)嶋H工況與設(shè)計(jì)工況存在偏差引起的，烘爐燃料氣和放空尾氣組分見(jiàn)表3。整個(gè)烘爐過(guò)程一直維持在欠氧燃燒工況下，雖然實(shí)際工況與設(shè)計(jì)工況存在偏差，但是在安全可控的條件下完成了氣化爐原始烘爐和開(kāi)車。

表3 烘爐燃料氣和放空尾氣組分 %

4 結(jié)語(yǔ)

山東金誠(chéng)煤制氫項(xiàng)目是水煤漿水冷壁帶廢鍋型式晉華爐第2套氣化壓力為6.5 MPa開(kāi)車運(yùn)行的裝置，該裝置具有自動(dòng)化程度高、煤種適應(yīng)性寬、經(jīng)濟(jì)效益好、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。雖然在試開(kāi)車過(guò)程中遇到各種各樣的問(wèn)題，但是在技術(shù)人員的處理下均得到解決，沒(méi)有影響整個(gè)裝置的開(kāi)車進(jìn)度，其成功運(yùn)行給企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。