多喷嘴气化在线倒炉过程中遇到的问题及优化措施

孔德升，郝占国

(新能凤凰滕州能源有限公司，山东滕州 277500)

多喷嘴气化在线倒炉过程中遇到的问题及优化措施

孔德升，郝占国

(新能凤凰滕州能源有限公司，山东滕州 277500)

针对在线倒炉过程中出现的工艺烧嘴安装困难、气化炉内无负压、蒸汽供应紧张和抵御跳车能力差等问题进行分析，通过采取改造及优化措施，上述问题逐步得到解决，保障了更换烧嘴操作时的实效性、安全性和稳定性，使在线倒炉操作更加成熟。

多喷嘴；在线倒炉；节能降耗

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.015

新能凤凰滕州能源有限公司年产72万t甲醇项目采用的是多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺，自2011年装置实现“两开一备”运行，依托多喷嘴气化炉两对烧嘴系统可以独立运行的特点，气化炉倒炉操作中引入带压联投技术，从而实施在线倒炉，即利用空分装置的富余氧气，加之小幅降低运行炉负荷，即可满足一对烧嘴投料所需氧量，第二对烧嘴通过带压联投并入系统，整个倒炉过程中，能够维持4对烧嘴的高负荷生产，水煤气放空少，倒炉成本低，对装置甲醇产量的影响小，为企业节能降耗贡献突出，但在线倒炉过程中暴露了一些问题，使在线倒炉实效性、安全性和稳定性均变差。

1 倒炉方式对比

1.1 原始倒炉操作

带压联投技术出现之前，企业倒炉时均采用“先开后停”的方式，即先将待停气化炉停车，再建立投料气化炉的氧气流量，完成投料、升压、黑水切换、并气和提负荷操作，一般用时在8 h以上。在倒炉过程中，仅有1台气化炉运行，装置产量减少一半，空分氧气大量放空，变换和甲醇合成系统出现波动，难以实现稳定控制。

1.2 在线倒炉操作

公司建设有40 000 Nm3/h和43 000 Nm3/h空分装置各1套，气化炉满负荷运行单烧嘴耗氧10 200 Nm3/h，在满足2台气化炉满负荷运行供氧需求的情况下，仅有少量富余，远不能满足1对烧嘴约13 000 Nm3/h投料用氧需要。通过计算，需将原运行的2台气化炉降负荷至约85%，单烧嘴用氧量降至约8 700 NM3/h，压力控制在5.5 MPa(g)，降负荷节约的氧气可满足投料气化炉1对烧嘴65%投料负荷的需求，第1对烧嘴投料稳定后，执行升压、黑水切换和提负荷等开车操作，待压力升至5.5 MPa(g)时，将该烧嘴生产的水煤气并入生产系统，并气后待停炉的第1对烧嘴手动停车，停车富余的氧气用来建立投料气化炉第2对烧嘴的开工氧气流量，第2对投料烧嘴通过带压联投技术完成投料操作，投料成功后，将第2对投料烧嘴生产的水煤气并入后系统，最后停待停炉第2对烧嘴，此后对运行的2台气化炉进行提负荷和升压操作，同时停车气化炉完成保压循环、系统降压、煤浆管线冲洗和黑水切换等停车处理工作，整个倒炉过程始终保持有4对烧嘴在85%的高负荷下运行，从停第1对烧嘴到恢复2台炉满负荷生产，用时仅需4 h，并且投料过程中水煤气放空量减少为原放空量的一半，倒炉成本大大降低，系统甲醇产量影响相对较小。

2 工艺烧嘴的安装

2.1 烧嘴安装问题

新工艺烧嘴安装时，均出现不同程度的安装困难，为避免强行装入，损坏烧嘴盘管，安装进度一般较慢，延长了更换烧嘴的时间，分析其原因：气化炉停车后仍有部分残余液态熔渣沿炉壁向下流淌，填充在旧工艺烧嘴头部氧化铝保护料与烧嘴室之间的空隙里，烧嘴拔出后，渣溜遇冷空气在烧嘴口内壁上方凝固成固态，使烧嘴室变小，通常是在气化炉炉膛温度降至常温后，检修人员进入炉膛内采取电钻清理，但降温凝固后的渣溜硬度较大，往往清理不彻底，影响了新工艺烧嘴的安装，新烧嘴的头部保护层在安装时也出现不同程度的损坏，起不到保护作用，烧嘴安装难度大、耗时长，气化炉的投料温度得不到保障。

2.2 优化清理时间和清理方式

渣溜是熔渣在停车后遇到冷空气形成的，清理的最佳时机在高温区，随后我们优化了清理时间和清理方式：将渣溜的清理工作放在了气化炉停车烧嘴拔出时进行，停车后气化炉内建立负压，烧嘴一旦抽出，冷空气进入，烧嘴口处温度下降很快，渣溜的清理在时间上一定要迅速，提前将直径50 cm的钢管头部制成尖嘴状钎子，在烧嘴刚抽出后，渣溜温度较高、机械强度较低时，用大锤敲击钎子，对渣溜逐一清理，通过改变渣溜的清理时间和清理方式，满足了现有工艺需要，烧嘴安装工作半小时即可完成。

3 投料气化炉抽引无负压

3.1 发现问题

安装工艺烧嘴时，气化炉内必须建立负压环境，避免高温气流从烧嘴室串出，烫伤安装人员。在线倒炉过程中曾出现气化炉内无法建立负压的问题，气化炉压力显示0.1 MPa(g)，不能进行安装，并有大量水随蒸汽通过开工抽引系统从框架10楼排出，检查气化炉液位，已经降至正常烘炉液位，对烘炉蒸汽管线排水，仅有少量冷凝液排出，采取了锁斗直排、降低旋风分离器和水洗塔液位等措施后，仍不能得到改善，气化炉炉膛温度逐步降低，若问题持续，将影响到气化炉的安全投料。

3.2 原因分析

通过对比系统内的多块检测仪表，发现气化炉、合成气出口、旋风分离器出口和水洗塔出口等多块压力表均显示在0.1 MPa(g)以上，系统内存有一定压力，气化炉黑水出口和黑水循环泵进口水温均显示110℃，气化炉合成气出口温度、旋风分离器出口和水洗塔出口气相出口温度也在110℃，其饱和蒸汽压约为0.1 MPa(g)，证明水温过高汽化是造成系统压力居高不下的根本原因。关闭抽引蒸汽压力调节阀，停止向开工抽引器通入蒸汽，但消音器内仍有大量蒸汽喷出，水蒸气是造成气化炉内无负压的根本原因。

为查清投料气化系统水温高的原因，对整个气化系统展开了排查，气化炉停车黑水切换后的水循环流程为：低压灰水泵加压的灰水经蒸发热水塔蒸发室进入高温热水储罐，再由高温热水泵加压送入水洗塔，黑水循环泵从水洗塔黑水储槽中部抽取含固量较低的黑水，并加压送入气化炉激冷环和下降管作保护用水，气化炉内黑水通过开工液位调节阀进入真空闪蒸罐，对系统水温进一步闪蒸降温，再经沉降槽给料泵加压后，与运行系统送来的真闪黑水一起送入沉降槽絮凝沉降，灰浆送压滤机压滤脱水成饼外送，上层清液溢流进入灰水槽循环利用。公司共建有3套气化装置，采用两开一备运行模式，安装烧嘴期间，投料装置的低压闪蒸罐闪蒸汽出口阀被打开，蒸发热水塔液位调节阀长期因黑水磨损出现内漏，运行系统的低压闪蒸汽通过低压闪蒸汽总管穿入投料系统的低压闪蒸罐内，由于液位调节阀内漏，闪蒸汽沿黑水管线进入蒸发热水塔蒸发室，进而进入热水室，与低压灰水泵送来的低压灰水进行热质交换，灰水被加热至约120℃，由高温热水泵加压送入水洗塔，供黑水循环泵加压作激冷水使用，高温水质由此进入系统中，当开工抽引阀门打开时，水不断汽化。

3.3 采取的应急措施

(1)立刻关闭停车系统低压闪蒸罐气相出口手动阀，关闭未关闭到位的蒸发热水塔液位调节阀前手动阀，切断低压闪蒸汽反串系统的通道。

(2)此时气化炉炉膛温度已经较低，为保证投料温度，需要增大系统水温的降温速率，增加温度较低的低压灰水78℃用量，停用蒸发热水塔补入脱氧水(105℃)。

(3)打开水洗塔气相出口放空切断阀和压力调节阀，使水系统的热量通过蒸汽的形式带出，观察系统压力变化，当气化炉降至常压时，关闭合成气放空切断阀和压力调节阀，为开工抽引系统再次投用做准备。

(4)全开开工抽引大阀，增大系统排放蒸汽的力度，观察开工抽引消音器排放蒸汽量大小，当排放蒸汽量大幅减小时，再次投用开工抽引蒸汽，缩短在系统内建立负压的时间。

3.4 处理效果

关闭停车系统低压闪蒸罐气相出口手动阀和未关闭到位的蒸发热水塔液位调节阀，低压闪蒸罐去脱氧槽压力调节阀阀位自动增大到50%，脱氧槽水温逐渐升高，黑水循环泵进水温度开始降低，约30 min系统水温降至90℃以下，气化炉内建立起稳定负压，顺利完成烧嘴更换工作，保证了气化炉880℃的安全投料温度。

3.5 优化措施

除低压闪蒸汽反串系统外，高温冷凝液和酸性气也是热量串入备用系统的重要通道，烘炉操作、安装和抽取工艺烧嘴等工作均需在气化炉内建立负压环境，为避免运行系统对备用系统产生影响，系统停车检修时，将变换高温冷凝液总阀和蒸发热水塔压力调节阀前后手动阀关闭，并插入临时盲板，使检修系统与运行系统隔离，开车盲板确认时，将盲板抽出，低压闪蒸罐闪蒸汽出口阀、变换高温冷凝液总阀和蒸发热水塔压力调节阀前后手动阀在系统氮气置换时再打开，此时备用系统无需建立负压，即使高温介质串入，不会影响气化炉开车进度。

4 蒸汽供应紧张

4.1 蒸汽紧张的问题分析

公司配套建设了3台蒸汽锅炉，原始开车和大修开车期间蒸汽锅炉3台同时运行，气化炉逐个开启，不存在蒸汽供应问题，一旦2套甲醇生产系统稳定运行后，公司蒸汽管网所使用的部分2.5 MPa(g)中压蒸汽、几乎全部是1.27 MPa(g)和0.3 MPa(g)的低压蒸汽，由变换中压废热锅炉、2台低压废热锅炉和甲醇合成塔水夹套与水煤气换热产生，蒸汽锅炉采取“两开一备”运行模式来维持生产运行，在线倒炉期间，进入变换系统的水煤气量减少约25%，副产蒸汽大幅减少，2台锅炉所产蒸汽不能满足系统需求，严重时高压蒸汽管网压力降低，威胁空分装置的安全运行，系统被迫通过发电机组停止发电、甲醇精馏系统和冰机停车来节约蒸汽用量，保障在线倒炉期间蒸汽压力的稳定控制，但冰机停车后，低温甲醇洗系统控制困难，甲醇精馏系统停车后会造成粗甲醇积累，再次开车至少需要4 h的调整，才能生产出合格精甲醇，开启第3台锅炉，则消耗增加，使在线倒炉经济性变差。

4.2 蒸汽供应紧张的解决办法

通过计算发电机组和精馏系统停车后，蒸汽管网仍有30 t/h的富余，因此对在线倒炉期间的蒸汽调节进行优化，冰机汽轮机保持正常运行，发电机组停车，精馏系统不再停车，保持约30 t/h的蒸汽量维持运行，精馏后的不合格甲醇回流至粗甲醇储罐，待倒炉完成后蒸汽供应正常，恢复精馏系统的蒸汽用量，相比停车后再开车，生产出合格精甲醇的时间缩短3/4，低温甲醇洗工序的洗涤指标得到保证。

计算出在线倒炉期间所生产的粗甲醇量，在线倒炉前将粗甲醇储罐液位降低至预算液位，用以储存精馏系统回流的不合格甲醇。

5 在线倒炉稳定性差

5.1 在线倒炉操作中的隐患

在线倒炉过程中投料气化炉仅一对烧嘴运行，投料负荷较低，工况处于不稳定状态，跳车风险较大，一旦该对烧嘴跳车，后续处理工作较为复杂，需降压、置换合格后，再建立煤浆循环、氧气开工流量，重新投料。

投料气化炉2对烧嘴投料时间相差1 h，已投料烧嘴的撞击流股直接冲刷另一对未投料的烧嘴，特别是投料初期系统压力低，炉内各流股空速大，烧嘴受到冲刷加剧，造成未投料烧嘴使用寿命较短，限制了气化炉长周期运行。

5.2 在线倒炉操作的优化

原运行炉同时降负荷至85%，单烧嘴用氧量控制在8 700 Nm3/h，降负荷节约的氧气用来满足第1对烧嘴65%负荷的投料需要，第1对烧嘴投料成功并调节稳定后，停待停炉第1对烧嘴，对烧嘴停车后富裕的氧气供投料炉第2对烧嘴投料使用，两对烧嘴投料运行正常后，投料气化炉开始进行升压、黑水切换和提负荷操作，在并气过程中，停待停炉另1对烧嘴，最后将2台气化炉提负荷和升压至满负荷工况下运行。倒炉过程中，始终保持投料炉2对烧嘴同时运行，在升压和黑水切换过程中，即使1对烧嘴联锁跳车，消除跳车原因后，通过带压联投操作，仍可使跳车烧嘴快速并入系统，增强了在线倒炉操作的安全性和稳定性。

6 结语

(1)采用特制钢钎，在停车后烧嘴口渣溜温度仍较高的情况下进行清理，能够达到较好的清理效果，降低了清理难度，彻底清理烧嘴口，安装烧嘴工作一般在半小时内即可完成，再未出现因烧嘴安装困难而影响投料进度的情况。

(2)通过增加隔离盲板，调整低压闪蒸罐闪蒸汽出口阀、变换高温冷凝液总阀和蒸发热水塔压力调节阀前后手动阀的开关时间，将运行系统与备用系统实现彻底隔离，消除了运行系统对备用系统的影响，保障了烘炉操作、烧嘴安装和抽取过程中，在气化炉内能够建立稳定的负压环境。

(3)通过优化调整，冰机汽轮机不再停车，精馏系统在低蒸汽量下维持运行，在线倒炉期间，低温甲醇洗系统易于控制，缩短了精馏系统的恢复时间。

(4)通过优化在线倒炉操作，始终能够保持投料气化炉有2对烧嘴运行，增强了投料炉抵御投料初期不稳定工况和低负荷状态下联锁跳车的能力。

Problems in the Process of Multi Nozzle Gasification Online Inverted Furnace and Optimization Measures

KONG De-sheng，HAO Zhan-guo
(New Energy Phoenix Tengzhou Energy Co.，Ltd.，Tengzhou Shandong 277500 China)

This paper investigates the problems of difficult installation of burner in the online inverted furnace，no negative pressure in the gasification furnace，inadequate steam supply and poor anti-jumping ability.These problems have resolved gradually through modification and optimization measures，which ensure the effectiveness，safety and stability during burner changing.Therefore，the operation of online inverted furnace has become more mature.

multi nozzle；online inverted furnace；energy saving and consumption reduction

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.015

TQ546

B

1004-8901(2016)05-0058-04

2016-05-09

孔德升(1986年-)，男，山东滕州人，2007年毕业于山东化工技师学院化工工艺专业，工程师，现主要从事煤气化生产工作。