雷玉龍,茹亞寧,岳 軍

(1.北京清創(chuàng)晉華科技有限公司,北京 100084;2.河南金大地化工有限責(zé)任公司,河南 漯河 462400)

河南金大地化工有限責(zé)任公司(以下簡稱“河南金大地”)位于河南省漯河市,是一家以生產(chǎn)合成氨、純堿、氯化銨、小蘇打、三聚氰胺為主的大型民營鹽化工企業(yè)。2016 年,河南金大地合成氨搬遷改造項目(以下簡稱“三期項目”)開工建設(shè),其中,氣化爐選用清華大學(xué)6.5 MPa(g)、投煤量1 500 t/d的晉華爐3.0技術(shù)(合成氣/蒸汽聯(lián)產(chǎn)水煤漿水冷壁氣化爐),2開1備,2019年2月投料運行,實踐證明,晉華爐3.0氣化技術(shù)經(jīng)濟(jì)性明顯,大幅降低了合成氨成本。金大地公司2020年3月決定啟動建設(shè)60萬t/a小蘇打項目(以下簡稱“四期項目”),由中國五環(huán)工程有限公司設(shè)計。四期項目設(shè)計年產(chǎn)60萬t合成氨,新上2臺與三期項目一致的晉華爐3.0裝置,建成后四期氣化裝置與三期裝置聯(lián)合運行,氣化爐4開1備。四期晉華爐氣化裝置2020年4月份土建開始動工,2021年12月裝置開車投產(chǎn),四期項目開車當(dāng)月實現(xiàn)滿負(fù)荷運行,產(chǎn)出合格合成氨產(chǎn)品。

1 氣化裝置概述

晉華爐是國內(nèi)主流水煤漿氣流床工藝技術(shù)之一,原料是水煤漿和純氧,原料通過工藝燒嘴進(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CO、H2、CO2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程[1]。冷卻后的熔渣通過鎖斗系統(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,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)過減壓閃蒸和熱量回收、細(xì)灰沉降、過濾等處理后,返回洗滌系統(tǒng)循環(huán)利用[2]。

河南金大地四期項目采用2臺晉華爐,氣化壓力為6.5MPa(g),氣化爐直徑φ3 600/φ4 200mm,氣化爐設(shè)計投煤量1 500t/d,氣化爐廢鍋設(shè)計副產(chǎn)7.0MPa(g)飽和蒸汽45.3t/h。四期項目新建空分裝置氧氣總管和合成氣至變換總管,分別與三期項目氧氣總管及合成氣總管聯(lián)通,三期和四期項目的氣化爐4開1備聯(lián)合運行。四期項目裝置主要設(shè)備情況見表1。

表1 三期和四期項目裝置主要設(shè)備

2 裝置運行情況

四期晉華爐氣化裝置投料開車后,生產(chǎn)運行穩(wěn)定,運行數(shù)據(jù)優(yōu)于設(shè)計工況指標(biāo),四期氣化爐運行周期比三期大幅延長。

2.1 所用煤種

河南金大地四期裝置設(shè)計煤種與三期項目相同,工藝包設(shè)計選用榆家梁礦煤和晉城煤混煤作為設(shè)計煤種,混煤比例是榆家梁礦煤∶晉城煤=1∶1[3]。目前,金大地項目生產(chǎn)操作采用檸條塔煤和杭來灣煤混煤作為氣化原料煤,煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表2。

表2 煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

2.2 關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)

河南金大地四期氣化裝置自2021年12月開車平穩(wěn)運行至今,經(jīng)過生產(chǎn)測算統(tǒng)計,晉華爐的關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)見表3。

表3 晉華爐運行數(shù)據(jù)和設(shè)計值

從氨合成工段的氨產(chǎn)量推算,上表中運行數(shù)據(jù)為107%負(fù)荷工況數(shù)據(jù),河南金大地四期項目開車后一直按照105%～110%負(fù)荷運行。從表3運行數(shù)據(jù)可以看出,氣化裝置的煤耗、氧耗、公用工程消耗等指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計值。

3 三期和四期項目對比及改進(jìn)優(yōu)化

3.1 激冷水泵

河南金大地三期合成氨項目氣化爐為首套6.5MPa(g)、投煤量1500t/d的晉華爐3.0工業(yè)化裝置,三期項目中激冷水泵流量設(shè)計偏小,帶來激冷水水質(zhì)差、合成氣管口堵等問題。四期項目中激冷水泵能力進(jìn)行了設(shè)計優(yōu)化,額定流量提高到260m3/h,四期項目氣化爐沒有再發(fā)生三期項目出現(xiàn)的問題。

根據(jù)項目HAZOP分析結(jié)果,四期激冷水泵流量低,備泵自啟聯(lián)鎖改至SIS系統(tǒng)操作,如發(fā)生停激冷水泵,需要在SIS系統(tǒng)上復(fù)位才能自啟。

3.2 氣化爐液位調(diào)節(jié)

三期項目氣化爐激冷室容積設(shè)計偏小,激冷后的粗煤氣是按照氣液同出設(shè)計,由于激冷室水質(zhì)較差,經(jīng)常造成合成氣管口堵塞的問題,后期技改增加了氣化爐排黑水管道,由于管口和管徑限制,氣化爐按照定量外排黑水操作,一定程度上改善了激冷室水質(zhì),緩解了合成氣管口堵塞問題。

四期項目氣化爐設(shè)計上增大了激冷室容積,增強(qiáng)了激冷效果;增加氣化爐排黑水去洗氣塔管線,氣化爐按照可調(diào)液位操作,改善了氣化爐激冷室水質(zhì);增大了激冷水流量,提升了激冷室洗氣除灰效率。四期項目氣化爐開車后再沒發(fā)生合成氣管口積灰堵塞現(xiàn)象,為系統(tǒng)長周期運行奠定了基礎(chǔ)。

三期項目氣化爐是按照激冷室溫度參與SIS停車聯(lián)鎖設(shè)計;四期項目氣化爐更改為激冷室液位三選二參與SIS停車聯(lián)鎖,氣化爐運行更加穩(wěn)定可靠。

3.3 渣口及激冷室壓差

三期項目氣化爐渣口壓差(PDT-1006A/B/C)的設(shè)計與激冷流程一樣,正壓側(cè)取壓點位于火焰檢測器取壓管線,測點為燃燒室壓力,負(fù)壓側(cè)取壓點為出氣化爐粗煤氣管線,測點為出氣化爐粗煤氣壓力,測得的壓差實際為粗煤氣渣口壓差和激冷室壓差之和。氣化爐在發(fā)生積渣堵塞激冷室合成氣管口以及燃燒室渣口時,均會表現(xiàn)出壓差增大現(xiàn)象,故無法準(zhǔn)確判斷燃燒室渣口實際壓差的變化趨勢。

為解決上述問題,四期項目氣化爐在粗煤氣出渣口進(jìn)入廢鍋處新增加一個取壓管線(見圖1),渣口壓差的負(fù)壓側(cè)取壓點由粗煤氣管線改至新增的取壓管線上,同時新增粗煤氣出渣口壓力與出氣化爐粗煤氣管線的壓力差(PDT-1007)。這樣既能準(zhǔn)確地測量燃燒室渣口壓差,又能測量粗煤氣經(jīng)過廢鍋和激冷室的壓差,方便操作人員更精確地判斷氣化爐內(nèi)部情況。

圖1 渣口壓差優(yōu)化示意

3.4 變換補(bǔ)加蒸汽

在原始開車初期,氣化爐由于廢鍋管道外壁潔凈無灰渣黏附,故廢鍋副產(chǎn)蒸汽量高于設(shè)計的穩(wěn)定蒸汽量,造成出氣化去變換工段的粗煤氣水氣比較低,無法滿足全變換的反應(yīng)深度要求,所以在開車初期需要在變換工段給粗煤氣增濕,以提高其水氣比。

三期項目和四期項目均在變換工段設(shè)計了補(bǔ)加蒸汽管線,不同的是三期項目變換補(bǔ)蒸汽管道接在進(jìn)變換工段第一煤氣水分離器之前的粗煤氣管道上,由于從氣化來的粗煤氣是飽和狀態(tài),所以三期項目補(bǔ)加的蒸汽大部分變?yōu)槔淠?四期項目變換補(bǔ)加蒸汽管線位置改為出煤氣預(yù)熱器至脫毒槽之前的管道上,此工況下的粗煤氣經(jīng)過變換氣加熱后,粗煤氣中水是不飽和狀態(tài),所以在開車初期階段四期項目變換補(bǔ)蒸汽量比三期大幅減少。

4 試生產(chǎn)時遇到的問題及解決方法

4.1 火焰檢測器損壞

裝置開車前,在5號氣化爐試氣密過程中,一個火焰檢測器被高壓沖擊損壞,火檢設(shè)備被打飛約10m,造成氣化爐失壓。

(1)原因分析:5號氣化爐在開車前試氣密時,中控操作員工也在調(diào)試氣化爐點火聯(lián)鎖程序,由于未能在火焰檢測器的監(jiān)控攝像中看到點火棒放電信號,便通知現(xiàn)場操作員工確認(rèn)火焰檢測器前切斷閥是否已打開。現(xiàn)場操作員工在未確認(rèn)氣化爐是否有壓力的情況下,在燒嘴點火裝置現(xiàn)場操作柜上就地打開了火焰檢測器前切斷閥,由于當(dāng)時氣化爐壓力已經(jīng)升至6.0MPa(g),火焰檢測器設(shè)備瞬間被高壓氣體沖擊損壞。若是在氣化爐正常運行階段發(fā)生了此誤動作,后果將不堪設(shè)想。

(2)解決方法:①加強(qiáng)操作員工培訓(xùn)教育,現(xiàn)場人員操作前與中控人員確認(rèn)相關(guān)條件;②點火裝置現(xiàn)場操作柜放置警示牌,增設(shè)旋鈕位置鎖定裝置;③聯(lián)系燒嘴廠家,增加氣化爐壓力高關(guān)閉火焰檢測器前切斷閥聯(lián)鎖,設(shè)置本地閥門旋鈕未關(guān)閉閃光報警。

4.2 煤漿槽放料閥無法打開

金大地四期項目在點火烘爐后準(zhǔn)備啟動高壓煤漿泵調(diào)試時,發(fā)現(xiàn)煤漿槽底部放料閥無法開啟到位。

(1)原因分析:①金大地四期項目未新上煤漿槽,煤漿槽利舊三期項目裝置,在原煤漿槽上增開兩個去高壓煤漿泵管口,在開車前的煤漿泵單體試車過程中僅用水進(jìn)行泵的測試,未進(jìn)行煤漿物料測試;②三期項目時的煤漿槽放料閥采用下展式放料閥,四期項目采用上展式放料閥。如圖2所示,四期項目的放料閥與煤漿槽連接的管件內(nèi)徑小,導(dǎo)致開閥時閥瓣無法動作到位。

圖2 煤漿槽底部放料閥

(2)解決辦法:①為趕赴項目開車進(jìn)度,決定利用煤漿槽底部放凈管線配置臨時管線至煤漿泵進(jìn)口管線,同時增加相應(yīng)的沖洗水管道;②加強(qiáng)設(shè)計和施工人員對閥門結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)和理解。

4.3 激冷水泵氣敷

4號氣化爐在投料后負(fù)荷提升至60%,并且升壓至1.0MPa(g)后,發(fā)現(xiàn)激冷水泵電流波動,并且無法提高激冷水流量。通知操作人員檢查激冷水泵,同時適當(dāng)加大進(jìn)洗氣塔高壓灰水量,但是波動現(xiàn)象沒有得到改善,最終判斷是激冷水泵氣敷問題。

(1)原因分析:四期項目洗氣塔內(nèi)激冷水泵入口管線處設(shè)置了擋板,用于引導(dǎo)塔盤降液管的洗滌水直接進(jìn)激冷水泵,但是運行時降液管內(nèi)不是滿液狀態(tài),導(dǎo)致經(jīng)過塔盤的一部分粗煤氣被抽入激冷水泵中,造成激冷水泵氣敷。

(2)解決方法:①割除洗氣塔內(nèi)激冷水出口內(nèi)伸管周圈擋板;②縮短塔盤降液管的長度,并調(diào)整降液管方位,遠(yuǎn)離洗氣塔激冷水出口管口。

5 結(jié)語

河南金大地60萬t/a小蘇打項目是繼三期合成氨裝置搬遷升級改造項目之后,第二次選用晉華爐3.0技術(shù)(合成氣/蒸汽聯(lián)產(chǎn)水煤漿水冷壁氣化爐),裝置具有煤種適應(yīng)性寬、運行成本低、經(jīng)濟(jì)效益好、自動化程度高等特點,雖然在開車過程中遇到了不少問題,但是在技術(shù)人員的處理下均得到解決,沒有影響整個裝置的開車進(jìn)度,它的成功運行給企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前,繼續(xù)選用晉華爐3.0裝置的河南金大地五期和六期項目已經(jīng)啟動,正在工程設(shè)計階段,這也是對晉華爐3.0裝置的認(rèn)可和肯定。