水煤漿氣化裝置閃蒸熱量回收技術(shù)的應(yīng)用

(恒力石化(大連)煉化有限公司，遼寧 大連 116000)

恒力石化(大連)煉化有限公司(以下簡稱恒力煉化)2 000萬t/a煉油一體化項目是國內(nèi)首家民營煉化企業(yè)，其配套煤制氫氣化裝置采用國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝，氣化壓力6.5MPa(g)，單爐處理煤量3 000t/d(干基)，2019年2月15日首臺氣化爐開車，2019年10月實現(xiàn)“五開一備”運行，通過閃蒸熱量回收打破了氣化蒸汽完全依靠外供的局面，為氣化裝置經(jīng)濟運行發(fā)揮重要作用。

1 多噴嘴對置式氣化工藝流程

多噴嘴水煤漿氣化工藝是以高壓純氧和高濃度水煤漿為原料，通過4個水平對置均布的工藝燒嘴霧化進入高溫爐膛，在高壓非催化條件下進行部分氧化反應(yīng)，生成以CO、H2為有效成分的合成氣，高溫合成氣夾帶熔渣先后經(jīng)過氣化爐激冷室激冷固化、混合器增濕、旋風(fēng)分離器離心分離和水洗塔洗滌除塵，水氣比約為1.23的水煤氣送入變換工序。

高溫合成氣在激冷室、旋風(fēng)分離器和水洗塔內(nèi)與激冷水、灰水和變換冷凝液直接接觸，洗滌灰塵的同時，水溫升至250℃，激冷室內(nèi)激冷固化的粗渣進入鎖斗，激冷室、旋風(fēng)分離器和水洗塔內(nèi)洗滌分離出的細灰隨高溫黑水進入閃蒸系統(tǒng)，對部分熱量、水蒸氣回收利用，酸性氣體解析、降溫和濃縮后的黑水進入沉降分離系統(tǒng)，通過藥劑捕捉、重力沉降和真空壓濾實現(xiàn)固液分離，僅有部分灰水送去灰水處理，用以去除系統(tǒng)內(nèi)危害離子，絕大部分水資源返回系統(tǒng)，循環(huán)利用。

2 傳統(tǒng)閃蒸工藝流程

多噴嘴水煤漿氣化黑水處理系統(tǒng)一般采用蒸發(fā)熱水塔(0.8MPa(g))、低壓閃蒸(0.2MPa(g))和真空閃蒸(-0.056MPa(g))三級閃蒸流程，攜帶細灰的高溫高壓黑水(6.6MPa(g)、250℃)首先進入蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室，蒸發(fā)室壓力0.8MPa(g)，黑水溶解氣體解析的同時，水分大量蒸發(fā)，閃蒸汽(175℃)進入熱水室與返回系統(tǒng)的灰水、冷凝液和除氧水直接接觸進行熱質(zhì)傳遞，大部分熱量用于灰水、冷凝液和除氧水升溫預(yù)熱，未能回收的熱量以閃蒸汽(0.78MPa(g)、173℃)形式進入酸性氣冷凝器，使用循環(huán)水進行冷卻得以回收冷凝液(90℃)；一次閃蒸后的黑水進入低壓閃蒸罐(0.2MPa(g))進行二次閃蒸，水分蒸發(fā)使黑水進一步降溫濃縮，低壓閃蒸汽(130℃)通過低壓閃蒸冷凝器，使用循環(huán)水冷卻回收冷凝液；二級閃蒸后的黑水進入真空閃蒸罐(-0.056MPa(g))，水分再次蒸發(fā)使黑水進一步降溫濃縮，同時黑水中溶解的氣體實現(xiàn)完全解析，真空閃蒸汽(80℃)通過低壓閃蒸冷凝器，使用循環(huán)水冷卻回收冷凝液；80℃的黑水利用勢能或泵加壓送至黑水沉降分離系統(tǒng)。

3 新型閃蒸熱量回收工藝

為了降低氣化工藝能耗和解決傳統(tǒng)閃蒸熱量回收不充分的問題，恒力煉化通過優(yōu)化工藝流程，引入廢熱鍋爐、低溫?zé)崴畵Q熱器和脫鹽水預(yù)熱器，副產(chǎn)蒸汽不僅滿足裝置自身需要，同時外送蒸汽和熱水供其他用戶使用，最大程度實現(xiàn)閃蒸熱量的回收利用，降低煤氣化裝置的運行能耗。

3.1 回收高閃熱量

高壓閃蒸熱量回收工藝見圖1。

圖1 高壓閃蒸熱量回收工藝 注：1—一體式蒸發(fā)熱水塔，2—廢熱鍋爐，3—酸性分離器，4—高溫?zé)崴茫?—酸性氣冷凝器。

高壓閃蒸系統(tǒng)用廢熱鍋爐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酸性氣冷凝器，副產(chǎn)0.5MPa(g)飽和蒸汽并入裝置內(nèi)蒸汽管網(wǎng)，用變換裝置產(chǎn)出的低壓鍋爐給水(1.7MPa(g)、135℃)作為水源，與蒸發(fā)室出來的閃蒸汽(173℃)間接換熱，廢熱鍋爐形式為BKU，換熱面積(以管外徑計)為758.49 m2，設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 高壓閃蒸系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

3.2 回收低閃熱量

低壓閃蒸熱量回收工藝見圖2。

圖2 低壓閃蒸熱量回收工藝 注：1—低壓閃蒸罐；2—低壓閃蒸器換熱器；3—分離器

恒力煉化統(tǒng)一規(guī)劃余熱回收系統(tǒng)，利用泵加壓送至各余熱回收單元，回收余熱后，用于余熱發(fā)電、海水淡化、脫鹽水預(yù)熱以及冬季伴熱防凍，其中，低壓閃蒸氣成為其主力單元之一，低壓閃蒸汽經(jīng)低溫?zé)崴畵Q熱器回收熱量，70℃低溫?zé)崴?jīng)換熱后升溫至90℃，閃蒸汽降溫至90℃，冷凝液返回系統(tǒng)循環(huán)利用。低壓閃蒸系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 低壓閃蒸系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

3.3 回收真閃熱量

真空閃蒸熱量回收工藝見圖3。

圖3 真空閃蒸熱量回收工藝 注：1—真空閃蒸罐；2—脫鹽換熱器；3—分離器

真空閃蒸系統(tǒng)用脫鹽水換熱器取代原有真空閃蒸冷凝器，87℃真空閃蒸汽進入脫鹽水換熱器，與外系統(tǒng)低溫脫鹽水換熱，脫鹽水升溫至70℃，60℃的冷凝液返回系統(tǒng)循環(huán)利用。真空閃蒸系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表3。

表3 真空閃蒸系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

3.4 脫鹽水預(yù)熱

脫鹽水預(yù)熱工藝見圖4。

圖4 脫鹽水預(yù)熱工藝

傳統(tǒng)氣化除氧器使用的脫鹽水溫度約20℃，除氧器蒸汽消耗量較大，設(shè)置脫鹽水預(yù)熱器，脫鹽水先經(jīng)低溫?zé)崴畵Q熱升溫至90℃再送入除氧器，蒸汽消耗量明顯降低。

4 產(chǎn)生的經(jīng)濟效益

4.1 回收高閃熱量效益

用低壓廢熱鍋爐取代酸性氣換熱器回收高壓閃蒸熱量，鍋爐給水消耗10.5t/h，副產(chǎn)0.5MPa(g)低壓蒸汽約10t/h，節(jié)省循環(huán)水流量580t/h，恒力煉化氣化裝置共計5套系統(tǒng)運行，以年運行8 400h計，可產(chǎn)生如下經(jīng)濟收益：

(1)年產(chǎn)蒸汽收益(按80元/t計算)=5×10×80×8 400=3 360萬元

(2)年消耗鍋爐給水成本(按10元/t計算)=10.5×5×10×8 400=441萬元

(3)年節(jié)省循環(huán)水收益(按0.16元/t計算)=580×5×0.16×8 400=389.76萬元

(4)綜合經(jīng)濟效益=3 360-441+389.76=3 308.76萬元

4.2 回收低壓閃蒸熱量效益

低壓閃蒸系統(tǒng)用低溫?zé)崴畵Q熱器取代低壓閃蒸冷凝器，單系統(tǒng)加熱低溫?zé)崴?48t/h，同時單系統(tǒng)節(jié)省循環(huán)水消耗1 300t/h，恒力煉化氣化裝置共計5套系統(tǒng)運行，以年運行8 400h計，可產(chǎn)生如下經(jīng)濟收益：

(1)年產(chǎn)低溫?zé)崴找?按0.2元/t計算)=648×5×0.2×8 400=544.32萬元

(2)年節(jié)約循環(huán)水成本(按0.16元/t計算)=1 300×5×0.16×8 400=873.6萬元

(3)年綜合收益=544.32+873.6=1 417.92萬元

4.3 回收真空閃蒸熱量效益

低壓閃蒸系統(tǒng)用脫鹽水換熱器取代真空閃蒸冷凝器，單系統(tǒng)加熱脫鹽水438t/h，同時單系統(tǒng)節(jié)

省循環(huán)水消耗1 100t/h，恒力煉化氣化裝置共計5套系統(tǒng)運行，以年運行8 400h計，可產(chǎn)生如下經(jīng)濟收益：

(1)年預(yù)熱脫鹽水收益(按0.1元/t計算)=438×5×0.1×8 400=183.96萬元

(2)年節(jié)約循環(huán)水成本(按每噸0.16元計算)=1 100×5×0.16×8 400=739.2萬元

(3)年綜合收益=183.96+739.2=923.16萬元

4.4 脫鹽水預(yù)熱效益

脫鹽水預(yù)熱后進入除氧器，使單系列低壓蒸汽消耗由10t/h降至5t/h，同時消耗低溫?zé)崴?00t/h，恒力煉化氣化裝置共計5套系統(tǒng)運行，以年運行8 400h計，可產(chǎn)生如下經(jīng)濟收益：

(1)年節(jié)約蒸汽收益(按80元/t計算)=(10-5)×2×80×8 400=672萬元

(2)年消耗低溫?zé)崴杀?按0.5元/t計算)=454×2×0.5×8 400=381.36萬元

(3)年綜合收益=672-381.36=290.64萬元

5 結(jié)語

通過用廢熱鍋爐、低溫?zé)崴畵Q熱器、脫鹽水換熱器和除氧器脫鹽水預(yù)熱替代原有循環(huán)水冷凝器，5套日處理3 000t(干基)氣化裝置可為企業(yè)年降耗5 940萬元，氣化裝置外送0.5MPa(g)蒸汽25t/h，利于鍋爐蒸汽向高品質(zhì)蒸汽方向利用。既避免了循環(huán)水的消耗，又降低了氣化裝置水系統(tǒng)熱負荷處理，同時閃蒸系統(tǒng)熱量回收效率利用大幅提升，副產(chǎn)低壓蒸汽外送管網(wǎng)，為恒力煉化減少了消耗，并帶來經(jīng)濟效益。