煤制甲醇裝置蒸汽運(yùn)行問題研究

王龍軍

摘 要：對某煤制甲醇裝置工藝和蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行了概述，通過對影響蒸汽平衡因素進(jìn)行分析，找出影響蒸汽平衡的原因，提出了調(diào)節(jié)蒸汽平衡調(diào)節(jié)方法，達(dá)到了優(yōu)化蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)，穩(wěn)定生產(chǎn)和節(jié)約能源的目的。

關(guān)鍵詞：煤制甲醇；蒸汽系統(tǒng)；節(jié)能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.085

1 概述

在煤制甲醇裝置中，煤炭既是燃料，也是原料。一方面作為鍋爐的動力煤，生產(chǎn)出新蒸汽。另一方面作為原料，經(jīng)過氣化產(chǎn)生供應(yīng)甲醇合成的煤氣，同時副產(chǎn)出一部分蒸汽。蒸汽通過熱力管網(wǎng)輸送到各個用戶，而管網(wǎng)由于壓力和溫度的不同，又分為幾個壓力等級，蒸汽用戶遍布廠區(qū)各個角落。蒸汽系統(tǒng)是現(xiàn)代煤化工，企業(yè)能源轉(zhuǎn)化和傳輸?shù)闹饕绞街弧Ｒ粋€蒸汽系統(tǒng)，既要充分分析影響蒸汽平衡因素，同時考慮產(chǎn)氣裝置、蒸汽用戶以及輸送管線的性能。既要實(shí)現(xiàn)在冬季與夏季不同季節(jié)平衡，也要實(shí)現(xiàn)不同工藝操作工況下的平衡，還要考慮化工裝置不同步開停車等工況。通過對影響蒸汽平衡因素進(jìn)行分析，有助于增加蒸汽調(diào)節(jié)方法，減少能源消耗，也有利于整個系統(tǒng)運(yùn)行的安全和可靠。

2 工藝路線與蒸汽系統(tǒng)介紹

某煤制甲醇裝置采用3×160t/h循環(huán)流化床鍋爐生產(chǎn)出新蒸汽，驅(qū)動空分裝置分離空氣制的氧氣，以煤為原料，采用多元料漿氣化工藝制備粗合成氣，粗合成氣經(jīng)一段耐硫?qū)挏刈儞Q、低溫甲醇洗脫硫/脫碳，經(jīng)壓縮后至氣冷合成塔、絕熱-管殼外冷式合成塔合成粗甲醇，粗甲醇經(jīng)三塔精餾得到精甲醇產(chǎn)品。

系統(tǒng)主要的產(chǎn)汽裝置：3×160t/h循環(huán)流化床鍋爐產(chǎn)出9.8Mpa新蒸汽，水煤漿氣化反應(yīng)的余熱通過水煤氣帶至變換，加上變換的反應(yīng)熱，每小時產(chǎn)出26t2.5MPa飽和蒸汽和151 t0.5Mpa飽和蒸汽，另外將62t飽和蒸汽加熱為390℃過熱蒸汽。甲醇合成反應(yīng)熱每小時產(chǎn)生86.5t蒸汽。蒸汽主要消耗裝置：空分兩套空壓機(jī)組消耗9.8Mpa蒸汽2×119t/h，氨壓縮機(jī)與合成壓縮機(jī)分別消耗18 t/h 和35 t/h蒸汽， 有27 t/h飽和和23 t/h過熱2.5Mpa蒸汽給循環(huán)流化床鍋爐給水加熱。鍋爐除氧器甲醇精餾消耗126 t/h蒸汽，其他裝置總共消耗約30 t/h 0.5Mpa蒸汽。

3 蒸汽運(yùn)行存在問題原因分析

3.1 蒸汽系統(tǒng)波動較大

波動主要發(fā)生在2.5Mpa和0.5Mpa管網(wǎng)上，而9.8Mpa管網(wǎng)較為穩(wěn)定，這主要是因為9.8Mpa蒸汽用戶較為單一，而2.5Mpa和0.5Mpa蒸汽產(chǎn)汽用汽設(shè)備較為繁多。（1）煤質(zhì)變化。多元料漿氣化工藝制備的粗合成氣含有大量的水蒸汽，這些水蒸汽作為攜帶氣化反應(yīng)熱量的重要載體，一方面參與變化反應(yīng)，另一方面在變換廢熱鍋爐中冷凝，釋放大量的熱量，生產(chǎn)出蒸汽。在其他條件不變的情況下，氣化爐熱負(fù)荷的變化，會引起粗合成氣帶走熱量的變化，從而影響變換富產(chǎn)蒸汽的變化。（2）工藝條件引起的波動。因為水蒸汽作為攜帶氣化反應(yīng)熱量的重要載體，所以維持氣化帶出水蒸汽的流量對保持副產(chǎn)蒸汽產(chǎn)量穩(wěn)定十分重要，在工藝參數(shù)上表現(xiàn)在維持碳洗塔出口工藝氣溫度穩(wěn)定。（3）蒸汽使用不穩(wěn)定原因有：①空分純化系統(tǒng)周期性用氣，由于兩套空分純化系統(tǒng)每隔4小時，要對純化系統(tǒng)分子篩進(jìn)行90分鐘加熱，每次大約消耗10t蒸汽，這樣一天要出現(xiàn)24次波動。②環(huán)境溫度的變化，在北方地區(qū)，尤其是冬天，氣溫變換較大，蒸汽管網(wǎng)熱損失變化較大，另外，在冬季，采暖和伴熱隨著氣溫進(jìn)行調(diào)節(jié)導(dǎo)致管網(wǎng)波動較大。③工藝條件出現(xiàn)波動，需要進(jìn)行一些蒸汽用量方面的調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致管網(wǎng)的波動。解決蒸汽使用不穩(wěn)定的問題，主要要摸清規(guī)律，提前調(diào)節(jié)產(chǎn)汽量，避免蒸汽管網(wǎng)出現(xiàn)大幅度的波動，其次對蒸汽使用進(jìn)行有序管理，嚴(yán)禁隨意大量調(diào)節(jié)蒸汽。

3.2 夏季工況下出現(xiàn)蒸汽放空情況

在夏季工況下，在實(shí)際運(yùn)行中，原煤中的灰分較設(shè)計值偏高，是導(dǎo)致產(chǎn)汽量的大幅度增加的主要原因。隨著原料煤中灰分含量增加，灰渣融化吸收的熱量增加，為了滿足灰渣融化所需的熱量，保證氣化爐順利排渣和維持氣化爐的熱量平衡，需要完全燃燒更多的碳原子，所以導(dǎo)致氣化反應(yīng)放出更多的熱量。

3.3 2.5Mpa壓力控制較低

在裝置原始開車時期，合成使用其工藝專利商指定的催化劑，催化劑使用初期，溫度控制較高，合成汽包壓力相應(yīng)控制較高，副產(chǎn)蒸汽能夠正常輸送到中壓蒸汽管網(wǎng)。后來更換國產(chǎn)催化劑后，按照催化劑使用要求，催化劑使用初期，為降低甲醇合成塔的反應(yīng)溫度，甲醇合成汽包壓力只能控制在2.2Mpa，為保證副產(chǎn)蒸汽正常輸送到中壓蒸汽管網(wǎng)，中壓蒸汽管網(wǎng)壓力只能從2.3Mpa降到2.1Mpa來進(jìn)行控制，汽包壓力只能隨著催化劑使用時間逐步提高，蒸汽管網(wǎng)壓力再隨之逐步提高。

3.4 2.5Mpa過熱蒸汽溫度出現(xiàn)突降狀況

正常運(yùn)行工況下，2.5Mpa過熱蒸汽是由2.5Mpa飽和蒸汽經(jīng)變換過熱器升溫供給的，主要用戶有氨壓縮機(jī)與合成壓縮機(jī)機(jī)組，以及鍋爐裝置的除氧器，蒸汽是從變換流向鍋爐供給鍋爐除氧器的。但如果工藝突然減負(fù)荷或者停車，造成的系統(tǒng)副產(chǎn)蒸汽突然不足，需要鍋爐加負(fù)荷供應(yīng)，這時蒸汽流向發(fā)生轉(zhuǎn)變，在蒸汽流向轉(zhuǎn)變的某個時間內(nèi)，蒸汽從鍋爐向工藝裝置流量極小或者停止流動，如果這個時間過長，加之鍋爐到工藝裝置距離較遠(yuǎn)，造成 2.5Mpa過熱蒸汽溫度過低，甚至冷凝。工藝裝置開始需要大量鍋爐供給的蒸汽時，這部分溫度過低的蒸汽流入工藝裝置用戶，過低的溫度嚴(yán)重威脅氨壓縮機(jī)與合成壓縮機(jī)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。所以在具有雙向流動的管網(wǎng)平衡中，須要保持蒸汽不停流動，避免出現(xiàn)機(jī)組汽輪機(jī)入口溫度突降的情況。

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