馮海平

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱龍宇煤化工)是河南能源化工集團(tuán)旗下子公司，主要生產(chǎn)規(guī)模為一期50萬(wàn)t/a甲醇，20萬(wàn)t/a二甲醚，二期40萬(wàn)t/a醋酸，40萬(wàn)t/a乙二醇裝置，其中，二期煤氣化裝置是采用中國(guó)五環(huán)工程有限公司與河南能源化工集團(tuán)公司自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的五環(huán)爐(WHG)干粉煤氣化工藝技術(shù)，單臺(tái)爐煤氣的公稱生產(chǎn)能力為69 090 Nm3/h(以CO+H2計(jì))，龍宇煤化工是國(guó)內(nèi)第一套使用五環(huán)爐的大型化工企業(yè)，設(shè)有兩臺(tái)氣化爐并列運(yùn)行，經(jīng)過多年來(lái)的開車運(yùn)行實(shí)踐和實(shí)施技改，裝置運(yùn)行水平實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的進(jìn)步。截至2021年底，實(shí)現(xiàn)五環(huán)爐A級(jí)安全穩(wěn)定運(yùn)行288 d，最高運(yùn)行負(fù)荷為102%，連續(xù)創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)同類型裝置的多項(xiàng)記錄。

煤加壓輸送煤線系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)，在其中一臺(tái)氣化爐短停后，積存在系統(tǒng)中的煤粉約200t。原先采取了兩種方案:其一，通過循環(huán)管線輸送至外排煤粉倉(cāng)，低價(jià)外運(yùn)至電廠，這造成了極大浪費(fèi)；其二，長(zhǎng)時(shí)間積壓在系統(tǒng)中，導(dǎo)致出現(xiàn)煤粉板結(jié)，待下次開車時(shí)，積存的煤容易造成煤線波動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成很大隱患。筆者針對(duì)此項(xiàng)難題，開展了煤線互聯(lián)互通技改，結(jié)果顯示，不僅減少了煤粉浪費(fèi)，而且開車初期煤線實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行，基本不存在因煤粉板結(jié)跳線的情況，為開車初期的裝置運(yùn)行提供了很大保障，同時(shí)為企業(yè)創(chuàng)造了更大效益。

1 粉煤加壓輸送和煤線輸送系統(tǒng)

1.1 煤加壓輸送流程

原料煤通過皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送到磨煤機(jī)和熱風(fēng)爐分別進(jìn)行碾磨和干燥后，合格的煤粉(煤粉粒徑滿足<90 μm約占90%；<5 μm約占10%，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%以下)通過隔離、充壓、排放、泄壓、重新給煤的程序，采用高壓CO2(或氮?dú)?作為載氣，經(jīng)常壓倉(cāng)、煤鎖斗送入給料倉(cāng)，一路由給料倉(cāng)罐體側(cè)壁輸送至設(shè)在氣化爐本體上的4個(gè)煤燒嘴，另一路經(jīng)循環(huán)管線減壓后返回至常壓倉(cāng)，循環(huán)管線上安裝有減壓管。

1.2 煤線輸送流程簡(jiǎn)述

五環(huán)爐給料罐將加壓后的煤粉采用高壓氮?dú)?二氧化碳進(jìn)行底部流化，通過中底部流化出料的方式，由罐體側(cè)壁出料，為氣化爐的4個(gè)煤燒嘴提供煤粉，并分別配套4套煤粉循環(huán)回路，循環(huán)回路返回分別去兩處，其中一處返回至常壓煤粉儲(chǔ)倉(cāng)，另一處排至臨時(shí)常壓儲(chǔ)倉(cāng)。改造前的兩個(gè)系列煤粉給料罐單條線見圖1。

圖1 技改前的兩系列煤粉給料罐單條線

2 煤線運(yùn)行的瓶頸

2.1 煤線運(yùn)行的現(xiàn)狀

氣化爐停車有計(jì)劃和非計(jì)劃兩種情況。前者一般會(huì)根據(jù)停車時(shí)間倒推計(jì)算好剩余煤量，一般會(huì)剩余30t左右；后者由于受不確定因素影響被迫停車，導(dǎo)致存在系統(tǒng)內(nèi)煤粉較多，按照目前單臺(tái)氣化爐滿負(fù)荷耗煤量計(jì)算，積壓在系統(tǒng)內(nèi)煤粉有200t左右。由于停車后，需要排查處理故障，短則1～2d，長(zhǎng)則5～10d，受再次開車時(shí)間不確定性因素的影響，導(dǎo)致煤粉存在系統(tǒng)內(nèi)的時(shí)間也不穩(wěn)定。

如果停車時(shí)間大于7d，一般會(huì)采取將剩余的煤粉通過煤循環(huán)管線排至臨時(shí)儲(chǔ)倉(cāng)，由于煤粉過細(xì)，外銷用戶較少，只能通過罐車外送至電廠；如果停車時(shí)間小于7d，一般會(huì)將煤粉繼續(xù)儲(chǔ)存在系統(tǒng)內(nèi)，待下次開車時(shí)繼續(xù)使用。

2.2 儲(chǔ)存在系統(tǒng)中煤粉的隱患

由于停車期間氣化爐檢修需要倒盲板，沒有氮?dú)獗Ｗo(hù)，導(dǎo)致無(wú)流化氣流化、煤粉容易出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間堆壓和不流動(dòng)，而高溫下的煤粉內(nèi)在水析出，導(dǎo)致煤粉在儲(chǔ)倉(cāng)內(nèi)板結(jié)，形成煤塊，流動(dòng)性變差。同時(shí)由于無(wú)氮?dú)獗Ｗo(hù)，存在自燃風(fēng)險(xiǎn)。待再次開車時(shí)，積壓的煤粉會(huì)造成煤線波動(dòng)，甚至跳線。

2.3 煤線波動(dòng)對(duì)裝置的影響

在下次開車初期，由于殘留煤粉中有煤塊，導(dǎo)致煤線的速度和密度波動(dòng)較大，而且存在經(jīng)常跳線的情況，煤線運(yùn)行情況見圖2。

圖2 技改前開車初期煤線運(yùn)行效果

煤線運(yùn)行不穩(wěn)定，對(duì)整個(gè)裝置造成很大影響，具體包括以下幾點(diǎn)。

(1)煤粉燃燒不充分，過量煤粉進(jìn)入渣水系統(tǒng)，造成渣水密度升高，最高時(shí)能達(dá)到7%，導(dǎo)致渣水泵流量降低，渣池液位上漲較快，不得不通過現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)淋排出，排出的渣水中含有大量的煤粉和合成氣，對(duì)環(huán)境造成一定影響。

(2)反應(yīng)后的合成氣攜帶部分煤粉進(jìn)入濕洗塔，液位波動(dòng)較大，洗滌塔循環(huán)水泵液位降低，導(dǎo)致塔盤結(jié)垢，洗滌塔排水不暢，濕洗塔壓差上漲。

(3)由于煤線波動(dòng)，煤量忽高忽低，導(dǎo)致氣化爐溫度波動(dòng)較大，造成水汽系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，溫度時(shí)高時(shí)低，汽包液位波動(dòng)較大。

(4)未燃燒的煤粉一部分隨著外排水進(jìn)入澄清槽，導(dǎo)致系統(tǒng)水質(zhì)變差，增加了絮凝劑的用量。

(5)影響氣化爐反應(yīng)室水冷壁的掛渣效果，有垮渣的風(fēng)險(xiǎn)。

(6)影響燒嘴的使用壽命，煤線跳后造成燒嘴處出現(xiàn)偏燒，局部過熱，受熱不均，易出現(xiàn)燒嘴罩燒穿泄漏。

3 改造方案

3.1 改造前基本情況

在此次技改之前，單條煤線只能去對(duì)應(yīng)系列氣化爐煤燒嘴和返回對(duì)應(yīng)的常壓煤倉(cāng)。

3.2 改造方案

為了減少煤粉浪費(fèi)，同時(shí)減少對(duì)系統(tǒng)的影響，對(duì)現(xiàn)有2臺(tái)氣化爐煤粉系統(tǒng)煤線實(shí)施了以下技改；在原返回常壓儲(chǔ)倉(cāng)煤粉循環(huán)管線上，增加1個(gè)三通，三通兩側(cè)各增加1道球閥，通過1根DN40管道將兩個(gè)系列的煤線相連至對(duì)應(yīng)系列煤循環(huán)管線減壓管前，并在此處增加三通與原系列煤循環(huán)管線相連，避免與相應(yīng)系列有效隔離，在此處也增加一道球閥。在管道三通的根部設(shè)置根部切斷閥，以防止正常運(yùn)行時(shí)粉煤的竄氣、盲段堵塞等問題。以同樣形式，每個(gè)系列往對(duì)應(yīng)系列增加互聯(lián)互通管線各兩條，確保短時(shí)間內(nèi)煤粉輸送要求，最大限度提高煤粉利用率，真正做到變廢為寶。以兩個(gè)系列單條線為例，現(xiàn)場(chǎng)改造見圖3。

圖3 改造后的兩個(gè)系列煤粉給料罐

4 改造效果及效益

4.1 改造創(chuàng)新點(diǎn)

通過煤線互聯(lián)互通的技改，即兩個(gè)系列煤線通過聯(lián)通管線互連，徹底解決了停車后煤粉儲(chǔ)存困難和再次開車煤線波動(dòng)的難題。

4.2 改造后運(yùn)行效果及效益情況

項(xiàng)目自2021年6月實(shí)施改造后，0、1系列煤粉輸送系統(tǒng)達(dá)到互聯(lián)互通的目的，解決了停車后煤粉儲(chǔ)存自燃的隱患和開車后煤線波動(dòng)的問題，延長(zhǎng)了煤燒嘴的使用壽命，保障了氣化爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)減少了大量的煤粉浪費(fèi)，達(dá)到了節(jié)能減排的效果，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。改造后的煤線運(yùn)行效果見圖4。

圖4 技改后的煤線運(yùn)行效果

自技改至2022年4月，燒嘴運(yùn)行245d后停車檢查，氣化爐爐膛掛渣效果較好，燒嘴頭及燒嘴罩未發(fā)現(xiàn)裂紋，改造前后燒嘴運(yùn)行效果見圖5、圖6。

圖5 改造前后噴嘴運(yùn)行效果

按照單臺(tái)氣化爐每年非計(jì)劃停車5次計(jì)算，2臺(tái)停車10次，每次減少外排煤粉約200t，全年減少外排2 000t，按照折標(biāo)系數(shù)0.788 3kgce/kg計(jì)算，全年減少外排標(biāo)煤約1 576.6t，按照千方有效氣耗煤0.540t標(biāo)煤計(jì)算，全年可多產(chǎn)有效氣量約為2 919 629.63Nm3，按照噸精甲醇耗有效煤氣為2 250Nm3，約合生產(chǎn)甲醇1 297.6t，按市場(chǎng)價(jià)甲醇3 000元/t計(jì)算，全年減虧約389萬(wàn)元。

4.3 改造后需要注意的問題

改造后需要重點(diǎn)關(guān)注的是，在輸送期間當(dāng)運(yùn)行的氣化爐煤燒嘴跳線時(shí)，順控會(huì)自動(dòng)切至煤循環(huán)管線，和互聯(lián)互通管線同時(shí)輸送，會(huì)出現(xiàn)搶線和互竄的情況，容易造成管線堵塞。鑒于此種情況，在閥門確認(rèn)期間，此時(shí)需要將運(yùn)行氣化爐煤線切至臨時(shí)儲(chǔ)倉(cāng)，防止出現(xiàn)煤線堵塞和互竄的情況。

在輸送期間，對(duì)應(yīng)運(yùn)行氣化爐的磨煤機(jī)應(yīng)當(dāng)根據(jù)常壓煤粉倉(cāng)的料位靈活調(diào)節(jié)給煤機(jī)負(fù)荷，防止出現(xiàn)滿料觸發(fā)聯(lián)鎖跳磨煤機(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過煤線實(shí)施互聯(lián)互通管線的技改，停車后煤粉積壓和開車后煤線波動(dòng)的難題得以解決，減少了煤粉的浪費(fèi)，增加了燒嘴的使用周期，為裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了保障，同時(shí)為企業(yè)創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)效益。