李家棟, 韓憲亮, 王清源， 曹 珍

(兗礦新疆煤化工有限公司， 烏魯木齊 830000)

兗礦新疆煤化工有限公司整套生產(chǎn)裝置以煤為原料，采用兗礦集團自主知識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴水煤漿加壓氣化技術(shù)制備合格的含有一氧化碳、氫氣的粗合成氣(6.20 MPa、240 ℃)，水氣比約為1.40，一氧化碳體積分數(shù)約為45.33%，生產(chǎn)的粗合成氣送到合成氨變換工段和甲醇變換工段。

在合成氨變換工段，大部分的一氧化碳和水蒸氣反應(yīng)生成氫氣和二氧化碳，變換氣中的二氧化碳和硫化氫等酸性氣體在低溫甲醇洗工段中被脫除，得到的凈化氣送入液氮洗工段精制，并配置部分氮氣使合成氣中的氫氮比(體積比，下同)達到3.0。同時，副產(chǎn)燃料氣送至燃料氣管網(wǎng)，精制氣進入合成氣壓縮機升壓至15 MPa后送入氨合成工段生產(chǎn)合成氨。低溫甲醇洗工段的二氧化碳送往尿素裝置，經(jīng)壓縮后與液氨合成為尿素。

在甲醇變換工段，通過配氣流程得到變換氣，變換氣在低溫甲醇洗工段通過脫硫、脫碳得到氫碳比為2.0左右的凈化氣，經(jīng)壓縮工段壓縮后送到甲醇合成回路，分離出的粗甲醇送至甲醇精餾工段精制產(chǎn)出合格產(chǎn)品。

火炬系統(tǒng)主要用于處理各裝置正常操作、開停車、事故或緊急狀態(tài)下排放的大量易燃、有毒、腐蝕性氣體，通過明火燃燒，達到分解污染物的目的。在生產(chǎn)系統(tǒng)正常運行時火炬系統(tǒng)接收全廠所有裝置排放的廢氣進行燃燒，力求降低對環(huán)境的污染。將這些可燃燒的氣體直接送入火炬系統(tǒng)燃燒處理，在一定程度上造成了資源的浪費，因此需要通過流程梳理把火炬系統(tǒng)中的燃料氣體進行回收，作為系統(tǒng)有用的燃料加以利用。這不僅能合理分配資源，還能延長火炬的使用壽命[1-2]。

1 火炬系統(tǒng)運行情況

1.1 開停車及事故狀態(tài)

在生產(chǎn)系統(tǒng)開停車及事故狀態(tài)下，后工段無法接收并處理粗合成氣，大量可燃氣體排放至火炬系統(tǒng)進行燃燒。單臺氣化爐產(chǎn)出半水煤氣體積流量為30萬m3/h，放空時間預(yù)計在8 h左右。

1.2 正常運行狀態(tài)

在生產(chǎn)系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下，火炬系統(tǒng)主要燃燒處理液氮洗工段、甲醇合成膨脹槽的燃料氣。這些燃料氣統(tǒng)一進入燃料氣總管進行回收，燃料氣總管氣體體積流量約為4 500 m3/h，其中硫回收消耗燃料氣1 300 m3/h,氣化爐烘爐消耗燃料氣120 m3/h，火炬長明燈系統(tǒng)消耗燃料氣80 m3/h，剩余約3 000 m3/h的燃料氣全部排放至火炬系統(tǒng)進行燃燒。燃料氣長時間在火炬系統(tǒng)內(nèi)燃燒，會造成火炬頭部持續(xù)受高溫輻射；同時，燃燒后的溫室氣體未經(jīng)過處理直接排入大氣中，污染環(huán)境，危害人體健康，給生產(chǎn)運行和安全環(huán)保工作帶來不利影響。

2 存在的問題

2.1 火炬頭部燒蝕嚴重

火炬屬于高架火焰燃燒器，火炬配置火炬筒體，廢氣在筒體出口通過明火燃燒，達到分解廢氣污染物的目的。當燃燒溫度較高、生產(chǎn)系統(tǒng)正常運行時，3 000 m3/h燃料氣在火炬頭部持續(xù)燃燒，高溫輻射造成火炬頭部燒蝕嚴重。在每年大修期間都要對火炬筒體、火炬頭、射流式分子密封器進行維修，維修難度較大、費用高，大幅增加了生產(chǎn)投入成本。

2.2 環(huán)境污染

對燃料氣進行取樣分析，結(jié)果見表1。由表1可以看出：燃料氣的主要成分為一氧化碳、氫氣、氮氣和其他少量可燃氣體，這些氣體在高溫下會生成部分氮氧化物和二氧化碳，如果未經(jīng)處理直接排入大氣，會造成環(huán)境污染，增加碳排放。

表1 燃料氣來源及氣體成分表

2.3 生產(chǎn)成本較高

火炬放空氣是寶貴的可回收利用資源，如果沒有合理回收利用，一定程度上不僅造成了資源的浪費，而且影響環(huán)境。

3 改造措施

經(jīng)過系統(tǒng)排查及氣體成分分析，燃料氣管網(wǎng)內(nèi)主要成分為一氧化碳、氫氣和部分氮氣。一氧化碳和氫氣均為可燃性氣體，如果能將燃燒產(chǎn)生的熱量加以回收利用，則經(jīng)濟性更好。

經(jīng)核算，放空的燃料氣可以作為鍋爐的伴燒氣使用，也可以作為氣化爐預(yù)熱期間的熱源使用，均能達到能源合理高效分配。目前，兗礦新疆煤化工有限公司為供應(yīng)鍋爐開車預(yù)熱、氣化爐開車預(yù)熱及鍋爐斷煤期間的熱源供應(yīng)，與當?shù)靥烊粴夤竞献鞣笤O(shè)了一路天然氣。

天然氣在鍋爐磨煤系統(tǒng)跳磨、卡煤、堵煤時作為應(yīng)急熱源使用。在煤炭供應(yīng)緊張、煤質(zhì)較差、鍋爐運行不穩(wěn)定時，為保證蒸汽系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，只能投用天然氣來維持鍋爐負荷[3-4]。該操作會造成大量的天然氣消耗，導致生產(chǎn)成本增大。

氣化爐預(yù)熱時，用天然氣作為熱源，保證氣化爐從常溫加熱至1 100 ℃并恒溫4 h，已具備投料條件。另外，天然氣還作為硫回收焚燒爐伴燒氣使用。將這部分排放至火炬管網(wǎng)的氣體引入鍋爐伴燒和預(yù)熱氣化爐，可以在減少污染物排放的同時取得可觀的效益，僅節(jié)能環(huán)保方面，年節(jié)省燃煤質(zhì)量約7 000 t，減少鍋爐煙氣排放體積流量約1萬m3/h。

利用系統(tǒng)大修機會，燃料氣管網(wǎng)在鍋爐廠房東側(cè)管廊上預(yù)留DN200管道及閥門，在原有燃料氣管線上增加DN200管道，引至鍋爐廠房8 m平臺北側(cè)，與天然氣管線閥組平行布置，在DN200管道上分出3根DN100的支管連接至3臺鍋爐的天然氣管線上。同時，在熱電界區(qū)燃料氣母管上加設(shè)調(diào)節(jié)閥與氣動球閥，當鍋爐磨煤系統(tǒng)出現(xiàn)跳磨、卡煤、堵煤等異常情況需要快速補充天然氣時，操作人員可緊急切斷燃料氣進氣閥門，切換至天然氣系統(tǒng)，不影響天然氣的正常使用。每臺鍋爐燃料氣管線內(nèi)末端加設(shè)低點排污，在鍋爐廠房8 m平臺燃料氣管線入口第1道閥門后加設(shè)0.4 MPa氮氣，作為保護吹掃氣使用。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟效益

燃料氣的發(fā)熱量為12.551 MJ/kg,體積流量為3 000 m3/h;燃料煤的發(fā)熱量為20.92 MJ/kg，單價為300元/t。計算得出每小時節(jié)約燃料煤1 792 kg，年運行時間按8 000 h計算，每年節(jié)約煤炭質(zhì)量為14 336 t，則每年產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為430.08萬元。

4.2 社會效益

該項目投入運行后在鍋爐運行工況上提高了鍋爐熱效率，減少了燃煤和天然氣的使用量；燃煤的減少使煙氣中的二氧化硫含量降低，有利于防止空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕和降低電石渣的消耗；實現(xiàn)了節(jié)能減排，熱效率再回收，使鍋爐每小時煤耗下降1 t左右，每小時節(jié)省資金約300元，平均每年減少煙氣外排量32 401萬m3。

5 結(jié)語

經(jīng)過優(yōu)化改造后，生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的燃料氣全部被回收再利用。燃料氣的回收利用既保護環(huán)境又產(chǎn)生經(jīng)濟效益，是化工生產(chǎn)提高效能、實現(xiàn)節(jié)能減排的重要舉措之一。這項改造投用后降低了公司的運營成本,是節(jié)能降耗的重要切入點。而在節(jié)能環(huán)保方面，回收的燃料氣提高了鍋爐熱效率，減少了鍋爐煤和天然氣的使用量，使脫硫島入口二氧化硫含量及電石渣消耗降低。該改造對類似廢氣治理具有較大的實際參考價值，前景良好。在安全方面，通過此次改造，燃料氣被全部回收，完全杜絕有毒有害異味氣體的排放，保證了員工的身心健康。