水煤浆气化装置闪蒸热量回收技术的应用

(恒力石化(大连)炼化有限公司，辽宁 大连 116000)

恒力石化(大连)炼化有限公司(以下简称恒力炼化)2 000万t/a炼油一体化项目是国内首家民营炼化企业，其配套煤制氢气化装置采用国内自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化工艺，气化压力6.5MPa(g)，单炉处理煤量3 000t/d(干基)，2019年2月15日首台气化炉开车，2019年10月实现“五开一备”运行，通过闪蒸热量回收打破了气化蒸汽完全依靠外供的局面，为气化装置经济运行发挥重要作用。

1 多喷嘴对置式气化工艺流程

多喷嘴水煤浆气化工艺是以高压纯氧和高浓度水煤浆为原料，通过4个水平对置均布的工艺烧嘴雾化进入高温炉膛，在高压非催化条件下进行部分氧化反应，生成以CO、H2为有效成分的合成气，高温合成气夹带熔渣先后经过气化炉激冷室激冷固化、混合器增湿、旋风分离器离心分离和水洗塔洗涤除尘，水气比约为1.23的水煤气送入变换工序。

高温合成气在激冷室、旋风分离器和水洗塔内与激冷水、灰水和变换冷凝液直接接触，洗涤灰尘的同时，水温升至250℃，激冷室内激冷固化的粗渣进入锁斗，激冷室、旋风分离器和水洗塔内洗涤分离出的细灰随高温黑水进入闪蒸系统，对部分热量、水蒸气回收利用，酸性气体解析、降温和浓缩后的黑水进入沉降分离系统，通过药剂捕捉、重力沉降和真空压滤实现固液分离，仅有部分灰水送去灰水处理，用以去除系统内危害离子，绝大部分水资源返回系统，循环利用。

2 传统闪蒸工艺流程

多喷嘴水煤浆气化黑水处理系统一般采用蒸发热水塔(0.8MPa(g))、低压闪蒸(0.2MPa(g))和真空闪蒸(-0.056MPa(g))三级闪蒸流程，携带细灰的高温高压黑水(6.6MPa(g)、250℃)首先进入蒸发热水塔蒸发室，蒸发室压力0.8MPa(g)，黑水溶解气体解析的同时，水分大量蒸发，闪蒸汽(175℃)进入热水室与返回系统的灰水、冷凝液和除氧水直接接触进行热质传递，大部分热量用于灰水、冷凝液和除氧水升温预热，未能回收的热量以闪蒸汽(0.78MPa(g)、173℃)形式进入酸性气冷凝器，使用循环水进行冷却得以回收冷凝液(90℃)；一次闪蒸后的黑水进入低压闪蒸罐(0.2MPa(g))进行二次闪蒸，水分蒸发使黑水进一步降温浓缩，低压闪蒸汽(130℃)通过低压闪蒸冷凝器，使用循环水冷却回收冷凝液；二级闪蒸后的黑水进入真空闪蒸罐(-0.056MPa(g))，水分再次蒸发使黑水进一步降温浓缩，同时黑水中溶解的气体实现完全解析，真空闪蒸汽(80℃)通过低压闪蒸冷凝器，使用循环水冷却回收冷凝液；80℃的黑水利用势能或泵加压送至黑水沉降分离系统。

3 新型闪蒸热量回收工艺

为了降低气化工艺能耗和解决传统闪蒸热量回收不充分的问题，恒力炼化通过优化工艺流程，引入废热锅炉、低温热水换热器和脱盐水预热器，副产蒸汽不仅满足装置自身需要，同时外送蒸汽和热水供其他用户使用，最大程度实现闪蒸热量的回收利用，降低煤气化装置的运行能耗。

3.1 回收高闪热量

高压闪蒸热量回收工艺见图1。

图1 高压闪蒸热量回收工艺 注：1—一体式蒸发热水塔，2—废热锅炉，3—酸性分离器，4—高温热水泵，5—酸性气冷凝器。

高压闪蒸系统用废热锅炉代替传统的酸性气冷凝器，副产0.5MPa(g)饱和蒸汽并入装置内蒸汽管网，用变换装置产出的低压锅炉给水(1.7MPa(g)、135℃)作为水源，与蒸发室出来的闪蒸汽(173℃)间接换热，废热锅炉形式为BKU，换热面积(以管外径计)为758.49 m2，设计参数见表1。

表1 高压闪蒸系统设计参数

3.2 回收低闪热量

低压闪蒸热量回收工艺见图2。

图2 低压闪蒸热量回收工艺 注：1—低压闪蒸罐；2—低压闪蒸器换热器；3—分离器

恒力炼化统一规划余热回收系统，利用泵加压送至各余热回收单元，回收余热后，用于余热发电、海水淡化、脱盐水预热以及冬季伴热防冻，其中，低压闪蒸气成为其主力单元之一，低压闪蒸汽经低温热水换热器回收热量，70℃低温热水经换热后升温至90℃，闪蒸汽降温至90℃，冷凝液返回系统循环利用。低压闪蒸系统设计参数见表2。

表2 低压闪蒸系统设计参数

3.3 回收真闪热量

真空闪蒸热量回收工艺见图3。

图3 真空闪蒸热量回收工艺 注：1—真空闪蒸罐；2—脱盐换热器；3—分离器

真空闪蒸系统用脱盐水换热器取代原有真空闪蒸冷凝器，87℃真空闪蒸汽进入脱盐水换热器，与外系统低温脱盐水换热，脱盐水升温至70℃，60℃的冷凝液返回系统循环利用。真空闪蒸系统设计参数见表3。

表3 真空闪蒸系统设计参数

3.4 脱盐水预热

脱盐水预热工艺见图4。

图4 脱盐水预热工艺

传统气化除氧器使用的脱盐水温度约20℃，除氧器蒸汽消耗量较大，设置脱盐水预热器，脱盐水先经低温热水换热升温至90℃再送入除氧器，蒸汽消耗量明显降低。

4 产生的经济效益

4.1 回收高闪热量效益

用低压废热锅炉取代酸性气换热器回收高压闪蒸热量，锅炉给水消耗10.5t/h，副产0.5MPa(g)低压蒸汽约10t/h，节省循环水流量580t/h，恒力炼化气化装置共计5套系统运行，以年运行8 400h计，可产生如下经济收益：

(1)年产蒸汽收益(按80元/t计算)=5×10×80×8 400=3 360万元

(2)年消耗锅炉给水成本(按10元/t计算)=10.5×5×10×8 400=441万元

(3)年节省循环水收益(按0.16元/t计算)=580×5×0.16×8 400=389.76万元

(4)综合经济效益=3 360-441+389.76=3 308.76万元

4.2 回收低压闪蒸热量效益

低压闪蒸系统用低温热水换热器取代低压闪蒸冷凝器，单系统加热低温热水648t/h，同时单系统节省循环水消耗1 300t/h，恒力炼化气化装置共计5套系统运行，以年运行8 400h计，可产生如下经济收益：

(1)年产低温热水收益(按0.2元/t计算)=648×5×0.2×8 400=544.32万元

(2)年节约循环水成本(按0.16元/t计算)=1 300×5×0.16×8 400=873.6万元

(3)年综合收益=544.32+873.6=1 417.92万元

4.3 回收真空闪蒸热量效益

低压闪蒸系统用脱盐水换热器取代真空闪蒸冷凝器，单系统加热脱盐水438t/h，同时单系统节

省循环水消耗1 100t/h，恒力炼化气化装置共计5套系统运行，以年运行8 400h计，可产生如下经济收益：

(1)年预热脱盐水收益(按0.1元/t计算)=438×5×0.1×8 400=183.96万元

(2)年节约循环水成本(按每吨0.16元计算)=1 100×5×0.16×8 400=739.2万元

(3)年综合收益=183.96+739.2=923.16万元

4.4 脱盐水预热效益

脱盐水预热后进入除氧器，使单系列低压蒸汽消耗由10t/h降至5t/h，同时消耗低温热水200t/h，恒力炼化气化装置共计5套系统运行，以年运行8 400h计，可产生如下经济收益：

(1)年节约蒸汽收益(按80元/t计算)=(10-5)×2×80×8 400=672万元

(2)年消耗低温热水成本(按0.5元/t计算)=454×2×0.5×8 400=381.36万元

(3)年综合收益=672-381.36=290.64万元

5 结语

通过用废热锅炉、低温热水换热器、脱盐水换热器和除氧器脱盐水预热替代原有循环水冷凝器，5套日处理3 000t(干基)气化装置可为企业年降耗5 940万元，气化装置外送0.5MPa(g)蒸汽25t/h，利于锅炉蒸汽向高品质蒸汽方向利用。既避免了循环水的消耗，又降低了气化装置水系统热负荷处理，同时闪蒸系统热量回收效率利用大幅提升，副产低压蒸汽外送管网，为恒力炼化减少了消耗，并带来经济效益。