晋华炉3.0气化装置运行总结

张贵伟，李建新，王 蒙

(1.河南金大地化工有限责任公司， 河南漯河 462400； 2河南金山化工集团， 郑州 450046)

河南金大地化工有限责任公司(简称金大地公司)是由河南金山化工集团投资，创建于2005年的一家以生产氯化铵、纯碱、三聚氰胺、尿素、工业盐、甲醇为主的大型民营盐化工企业。2016年，金大地公司合成氨搬迁改造项目开工建设，其中气化炉选用清华大学日投煤量1 500 t、6.5 MPa晋华炉3.0(水煤浆水冷壁废锅气化炉技术)，2开1备。2019年2月2日投料运行，5月8日满负荷运行，9月平均日产合成氨1 809 t，达到了设计能力。

1 气化装置概况

该气化装置主要包括煤浆制备、气化、渣水处理工序。其中，煤浆制备选用3台济南重工股份有限公司MBS4060棒磨机、6台低压煤浆泵、2台大煤浆槽、3台菲鲁瓦高压煤浆泵。灰(渣)水处理的闪蒸装置与气化炉一一对应，2台澄清槽1开1备。

该气化装置建设节点见表1。

表1 气化装置建设节点

2 投资费用

该项目为企业搬迁改造新建项目，气化装置总投资约4.9亿元，装置内的高压煤浆泵和主要阀门(如煤浆阀和氧阀)等均采用进口设备。其中，设备购置费28 100万元，占总投资费用的57.34%；主要材料费7 500万元，占总投资费用的15.31%；安装费4 400万元，占总投资费用的8.98%；建筑工程费 9 300万元，占总投资费用的18.98%。

3 运行情况及特点

该气化装置以陕西神木榆家梁矿煤和山西晋城煤混煤作为设计煤种，混煤质量比为陕西神木榆家梁矿煤∶山西晋城煤=1∶1，操作煤种为陕西神木榆家梁矿煤。目前气化用煤煤种比较稳定，一直使用陕西神木榆家梁矿煤。自2019年2月开车平稳运行至今，经过生产实践和统计测算，晋华炉3.0的关键运行数据见表2。

表2 晋华炉3.0关键运行数据

该气化装置的运行特点为:

(1) 运行成本低。系统内关键机泵的规格远小于同等规模的传统水煤浆气化工艺，如激冷水泵额定体积流量为156 m3/h，高压灰水泵额定体积流量为135 m3/h，经生产统计和测算，1 000 m3有效气(CO+H2)电耗比传统水煤浆气化工艺低约10 kW·h。

(2) 占地面积小。晋华炉3.0取消了传统水煤浆气化装置的灰水框架，把灰水框架中的闪蒸设备布置在气化框架中，整个气化界区只有磨煤、气化、细灰过滤3个混凝土框架，在占地面积大幅减小的同时降低了土建费用，也方便了操作工巡检。

(3) 经济性好。晋华炉3.0辐射废锅吨氨可副产高压饱和蒸汽1.4～1.6 t，变换工段吨氨可副产饱和蒸汽1.6～1.8 t，比传统水煤浆激冷流程吨氨多产蒸汽0.95 t，多产的饱和蒸汽可增加利润6 000万元以上。2020年8月、9月金大地公司消耗煤、电、蒸汽情况见表3～表5。合成氨成本见表6。

表3 2020年8月、9月金大地公司煤耗情况

表4 2020年8月、9月金大地公司电耗情况

表5 2020年8月、9月金大地公司蒸汽消耗情况

表6 2020年8月、9月金大地公司合成氨成本统计

(4) 自动化程度高。晋华炉3.0采用组合式烧嘴，不需要更换预热烧嘴，点火、烘炉、投料一体化全部通过程序控制完成，自动化程度高。

4 运行中存在的问题

(1) 运行周期有待进一步提高。该气化装置的运行周期最长为连续运行61 d。

(2) 气化炉内出口管时有堵塞，造成合成气偏流，影响废锅副产蒸汽量。 造成偏流的主要原因是气化炉合成气、黑水、灰渣三相同出，运行中激冷室黑水中含固量逐渐升高，造成部分合成气管口堵塞[1-2]。表7为2020年6月26日—7月2日气化炉内出口管堵塞前后吨氨副产蒸汽情况。由表7可以看出，气化炉内出口管堵塞后副产汽量减少。

表7 气化炉内出口管堵塞前后副产蒸汽对比表

将气化炉其中一根激冷水管线变更为外排黑水(固含量较高)管线，直接排至洗气塔下部，减少了激冷室内黑水含固量[3-4]。

(3) 运行煤种与设计煤种偏差较大。现运行煤种的灰熔点比设计煤种低约180 K，现运行煤种出燃烧室粗煤气温度低，因此废锅设计换热面积偏大，合成气出口温度低，变换炉还需补充少量蒸汽，特别是在气化炉投料运行的前20 d内。

(4) 废锅爆管。运行期间发现气化B炉废锅补水、副产蒸汽存在较大流量差，停车检查发现水冷屏有1根锅炉水管泄漏。主要原因是锅炉水系统原始开车期间冲洗不彻底，杂质在锅炉水管中堆积，造成水动力不畅，过烧导致损坏。

(5) 环腔超温。3台气化炉均发生过环腔超温现象，通过调整气化炉运行参数，能恢复到正常指标。分析原因是气化炉负荷波动较大时，特别是气化炉升压过程中，废锅内高温粗煤气通过废锅与渣口盘管的缝隙串气至气化炉环腔。

5 废锅水冷管壁腐蚀后爆管机理

5.1 垢下腐蚀

锅炉管内壁沉积的氧化铁、氧化铜等杂物与管内侧金属发生反应，反应过程为：

(1)

(2)

5.2 蒸汽腐蚀

当水管内壁因垢下腐蚀产生的氧化物造成蒸汽停滞或流速减小时，管内蒸汽与高温铁发生反应，并在金属表面形成磁性氧化铁膜。

(3)

5.3 氢腐蚀

当产生的氢气不能被气流较快带走，将与金属管内壁发生反应，使之脱碳。

检修时把泄漏的锅炉水管用堵头堵死，重新打压试漏；对废锅水系统重新冲洗吹扫。

6 结语

经过几个月连续满负荷运行，证明晋华炉3.0具有自动化程度高、投资少、运行成本低、经济效益好等特点。在系统升压和负荷调整过程中，要求操作人员严格控制系统升压速率或负荷波动范围，尽量做到气化炉压力稳定；同时，采用新型密封型式，确保渣口盘管和废锅连接处无泄漏。