60万t/a煤制甲醇装置系统蒸汽平衡分析及利用

行 政

（陕西咸阳化学工业有限公司，陕西 咸阳712000）

陕西咸阳化学工业有限公司（简称咸阳化工）组建于2006年，主导产品为60万t/a甲醇，冬季向咸阳热力公司提供采暖蒸汽180 t/h。60万t/a甲醇项目主要由动力、空分、气化、甲醇合成等生产装置以及配套的公用工程和生活服务设施组成。其中动力装置为3台180 t/h的循环流化床锅炉；2套空分装置，产氧量均为43 000 m3/h。项目采用多元料浆加压气化工艺、林德低温甲醇洗技术、托普索甲醇合成专利技术和三塔精馏的甲醇精馏流程，生产美国AA级及国优级精甲醇产品。

煤化工属于高耗能领域[1]，煤化工企业合理的蒸汽平衡设计对装置的长期稳定运行至关重要。一般来说，化工装置蒸汽来源为锅炉自产蒸汽和工艺副产蒸汽两部分，二者有效结合，才能满足正常生产用汽量且无过剩蒸汽放空[2]。咸阳化工原始设计中，锅炉产汽量偏小，系统开车初期蒸汽用量紧张；系统正常运行时，副产蒸汽量偏大，富余蒸汽长期放空[3]。通过分析系统自身特点，咸阳化工从多方面对蒸汽系统进行了改造，实现了企业的节能降耗，现介绍如下，供同类装置参考。

1 60万t/a甲醇装置蒸汽系统

1.1 60万t/a甲醇装置蒸汽系统分配情况

咸阳化工60万t/a甲醇装置蒸汽系统分配示意图见图1。

系统正常运行时，2台动力循环流化床锅炉产出9.8 MPa高压蒸汽，主要供空分透平机组做功，在非供暖季完全被凝汽器冷凝，在供暖季空分机组会投运中抽系统，抽出1.3 MPa蒸汽并入管网，减轻锅炉供暖负荷。一部分9.8 MPa蒸汽经9.8 MPa/2.5 MPa蒸汽减温减压站，送至2.5 MPa过热蒸汽管网，主要用于合成机组和丙烯机组运行；另一路9.8 MPa蒸汽通过9.8 MPa/1.3 MPa蒸汽减温减压站，将部分9.8 MPa蒸汽减温减压后，送至1.3 MPa过热蒸汽管网，冬季主要用于市区供暖和动力除氧器自用，非供暖季9.8 MPa/1.3 MPa蒸汽减温减压站不向外管网供汽，动力除氧器通过倒用1.3 MPa饱和蒸汽来维持运行。剩余2.5 MPa过热蒸汽经2.5 MPa/1.3 MPa蒸汽减温减压站转换成1.3 MPa饱和蒸汽送至管网，同时接收变换废热锅炉副产的1.3 MPa饱和蒸汽。除供暖季外，1.3 MPa饱和蒸汽可以通过1.3 MPa/1.3 MPa蒸汽减温减压站倒送至动力除氧器；1.3 MPa/0.7 MPa蒸汽减温减压站为精馏装置、汽提装置、低温甲醇洗装置等用户及变换副产蒸汽的接收等提供保障。

1.2 冬、夏季蒸汽系统运行数据及分析

图1咸阳化工60万t/a甲醇装置蒸汽系统分配示意图

1#、2#、3#锅炉、变换副产蒸汽单元、合成汽包副产蒸汽单元、空分1#/2#机组中抽7个主要蒸汽生成单元和空分1#/2#机组、动力除氧器、变换除氧器、丙烯机组、合成机组等17个用汽单元共同组成一个完整的蒸汽平衡系统，各单元夏季和冬季产汽和用气情况见表1、表2。产汽单元系统满负荷运行状态：动力1#、2#锅炉运行；空分1#/2#装置运行；气化煤浆量160 m3/h（A炉：80 m3/h、B炉：80 m3/h）运行，C炉烘炉；精馏入料量130 m3/h运行；450Ⅰ/Ⅱ循环水汽轮机运行（冬季停运）。

从表1、表2可以得出：（1）夏季锅炉自身产汽量远低于冬季产汽量，煤耗相对较低；（2）夏季系统实际产汽量和用汽量达不到自平衡，存在蒸汽放空现象，目前放空量约40 t/h；（3）冬季为保障供暖，锅炉负荷会大幅增加，按设计要求会投运空分中抽系统，以减轻锅炉负荷，达到节能经济运行的目的；（4）夏季循环水汽轮机运行，冬季由于没有富余蒸汽供给，须停运；（5）冬季虽然蒸汽系统可以达到自平衡，但锅炉负荷要比夏季增加产汽量60 t/h，副产蒸汽量是一定的，因此这个增量完全要靠锅炉本身来完成。

表1蒸汽平衡系统产汽情况

表2蒸汽平衡系统用汽情况

2 蒸汽系统存在的问题

2.1 设计问题

锅炉产汽是系统主要蒸汽来源，原设计对装置原始开车或系统大检修后开车所需蒸汽量预估不足，导致2台锅炉在特殊时期产汽量满足不了系统所需，不能实现设计之初的“2开1备”状态。

2.2 副产蒸汽过剩

副产蒸汽量与原设计相比差异较大，原设计合成汽包与变换副产蒸汽总量为243 t/h，但实际副产量为320 t/h左右，最终导致夏季装置蒸汽系统处于产能过剩状态，富余量无法全部回收利用。经改造后，变换废热锅炉处仍有40 t/h左右蒸汽放空量。

2.3 设备问题

原设计每台空分机组中抽系统1.3 MPa的过热蒸汽量为50 t/h，两台机组总共抽汽量为100 t/h，实际情况为1台机组因设备自身原因，不能开启抽汽，第2台机组目前调试的最大抽汽量为30 t/h。外供暖设计量为180 t/h，目前实际最大用量为160 t/h，随着供暖需求量增加，要达到180 t/h供汽量，只能靠增加锅炉负荷完成，这样势必增加运行成本。

合成塔汽包副产2.5 MPa饱和蒸汽量为110 t/h（与设计值基本相同），经过变换蒸汽过热器E1才能并入2.5 MPa过热蒸汽管网，但经过长期运行调整，已判定E1不能够将全部副产的2.5 MPa饱和蒸汽加热至正常指标380℃（过热状态），若副产的2.5 MPa饱和蒸汽全部通过E1来加热，会带走大部分变换热能，最终导致变换炉温偏低。

2.4 噪音超标

夏季蒸汽系统的稳定要依赖于变换废锅自调放空阀，从环保的角度讲，增加了噪音污染控制难度，经检测，厂区周围偶尔会出现噪音超标的现象；同时自调放空阀长期保持动态开度，对阀芯磨损严重，阀门经常会出现卡钝现象，给系统的稳定运行增加了风险。

3 改造措施及经济效益

3.1 对工艺的调整

针对原设计存在的问题，较有效的办法就是在特殊阶段启动第3台锅炉，在整个开工过程中，系统触媒需要重新升温，所需蒸汽量在40 t/h～60 t/h，启动第3台锅炉虽然增加了开工成本，但能保证顺利开车，待系统正常，则停1台锅炉备用；系统短停后开车，2台锅炉勉强满足用汽需求，偶尔会出现超负荷运行，所以如果单台锅炉额定负荷设计为200 t/h，就可以满足各种工况用汽需求。

3.2 对管线的改造

采用对合成汽包副产的2.5 MPa饱和蒸汽分流降压的方式，解决变换蒸汽过热器瓶颈问题。在合成汽包至变换蒸汽过热器进口之间的2.5 MPa蒸汽管道处增设两条旁路，一条旁路将2.5 MPa饱和蒸汽分流降压至1.3 MPa饱和蒸汽管网，另一条旁路直接将2.5 MPa饱和蒸汽管线引至循环水汽轮机处供使用，改造后既保证了过热后的2.5 MPa蒸汽温度，还解决了变换系统温度偏低的问题。

通过调研周边用汽单位，在条件允许的情况下，铺设专用蒸汽管道进户，长期稳定地给用户供汽，目前供汽量稳定在8 t/h～12 t/h，此项改造使用户淘汰了老旧锅炉，改善了大气环境。按照供暖蒸汽价格105元/t，供汽量取其平均值10 t/h，供汽天数330 d计算，年经济效益：10×24×330×105=831.6万元。

3.3 对循环设备的改造

通过对空分机组存在问题的研判，认为其目前仍以稳定运行为主，对空分机组不做改动。为回收利用蒸汽放空资源，对两个循环水站的循环水泵进行改进，采用甲醇合成副产的2.5 MPa饱和蒸汽驱动汽轮机，取代原电机（两台泵的电机功率分别为1 000 kW和1 250 kW）。两台汽轮机用汽负荷分别为饱和负荷8.17 t/h和10.21 t/h，汽轮机及相关附属设施投资额为600万元。改造后汽轮机年运行按240 d计，基本电费按0.56元/kWh计，冷凝液价格按6元/t计，则年经济效益如下：

（1）改造一台循环水泵年经济效益

节省电费：1 000×24×240×0.56=322.56万元

回收蒸汽冷凝液效益：8.17×24×240×6=28.24万元

年效益：322.56+28.24=350.80万元

（2）改造另一台循环水泵年经济效益

节省电费：1 250×24×240×0.56=403.20万元

回收蒸汽冷凝液效益：10.21×24×240×6=35.29万元

年效益：403.20+35.29=438.49万元

（3）项目新增设备年耗电（润滑油泵功率114 kW）：

则改造两台循环水泵年经济效益合计为：

350.80+438.49-36.77=752.52万元

改造之初，变换废锅副产的1.3 MPa饱和蒸汽的放空量实际约80 t/h，经过改造和回收利用，循环水汽轮机总用汽量为20 t/h，向外围供汽8 t/h～12 t/h，2.5 MPa饱和蒸汽向1.3 MPa饱和蒸汽管网分流量为10 t/h，所以目前变换废锅蒸汽放空量为40 t/h。

3.4 对放空装置的改造

目前系统仍存在蒸汽放空的实际情况，咸阳化工首先在厂区围墙增设了隔音墙，在放空点设计了专门的消音器材，并对放空自调阀进行优化升级，通过这些举措有效地控制噪音污染，目前噪音在55 dB以下，符合国家要求。

4 结语及建议

4.1对于大型煤化工企业来说，本身就是以能产能，节能降耗存在巨大的挖掘潜力，蒸汽平衡问题已成为一项长期、复杂、细致的工作，如能把富余热能全部、很好的利用，将会对企业在节能降耗、提高经济效益、增强系统安全稳定性方面有很大促进作用。咸阳化工通过各种举措，虽然没有彻底解决系统在非供暖季蒸汽富余问题，但从整体来看，前期所做的工作完全符合预期，并为后期的升级改造奠定了基础。

4.2后期升级改造的建议：（1）依据富余蒸汽量，逐台对循环水泵进行改造；（2）根据检修计划，将空分机组列为重点改造项目，研究切实可行的方案，尽可能使机组达到设计能力；（3）展开与更多用汽单位的合作，实现在非供暖季真正的蒸汽平衡，并建立内外联动供汽机制。