晉華爐通過廢鍋結(jié)構(gòu)優(yōu)化、煤種控制和操作控制，已成功實(shí)現(xiàn)長周期運(yùn)行廢鍋蒸汽無衰減。2021年6月10日，由石化聯(lián)合會(huì)組織的晉華爐3.0輻射廢鍋副產(chǎn)蒸汽達(dá)產(chǎn)達(dá)效長周期穩(wěn)定運(yùn)行現(xiàn)場會(huì)在新疆石河子市召開。具有標(biāo)志意義的晉華爐3.0在新疆天業(yè)匯合新材料有限公司連續(xù)穩(wěn)定高效運(yùn)行超過百天，單爐生產(chǎn)有效氣97000 標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)、副產(chǎn)9.0~9.8兆帕、飽和蒸汽60噸/小時(shí)無衰減，創(chuàng)造了新的里程碑。截止目前，晉華爐單爐最長連續(xù)運(yùn)行時(shí)間已超過130天[1]。

   晉華爐廢鍋是通過高溫合成氣將鍋爐水間接加熱，使部分鍋爐水汽化來產(chǎn)生蒸汽的。廢鍋?zhàn)鳛閾Q熱設(shè)備，雖然換熱面積在氣化爐投入運(yùn)行后保持不變，但是當(dāng)工況變化時(shí)依然會(huì)引起換熱強(qiáng)度變化，從而使廢鍋蒸汽產(chǎn)量發(fā)生一定的波動(dòng)。

   當(dāng)氣化爐負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，氣化爐產(chǎn)氣量隨之變化，進(jìn)入廢鍋的合成氣流量也會(huì)發(fā)生變化，既影響廢鍋內(nèi)的溫度分布，也會(huì)影響廢鍋內(nèi)氣體流速，從而使廢鍋換熱系數(shù)和換熱溫差發(fā)生變化，最終影響廢鍋換熱量和蒸汽產(chǎn)量。氣化爐運(yùn)行結(jié)果表明，負(fù)荷增加10%，廢鍋蒸汽產(chǎn)量將增加10%~20%。

   當(dāng)氣化爐入爐煤種發(fā)生變化時(shí)，由于煤質(zhì)的變化或者煤漿濃度的變化，氣化爐產(chǎn)氣量也會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生與負(fù)荷變化相同的效果，而且由于合成氣組分也會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致合成氣的熱容量與輻射換熱特性發(fā)生變化，影響廢鍋換熱量和蒸汽產(chǎn)量。當(dāng)氣化爐入爐煤種的灰熔點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)，為了適應(yīng)液態(tài)排渣要求需要調(diào)整氣化溫度，進(jìn)入廢鍋的合成氣溫度隨之變化，從而影響廢鍋換熱量和蒸汽產(chǎn)量。研究表明，煤灰熔點(diǎn)增加50℃，廢鍋蒸汽產(chǎn)量將增加5%~10%。需要說明的是，上述廢鍋蒸汽產(chǎn)量的波動(dòng)均可在氣化爐負(fù)荷或者煤種恢復(fù)后而恢復(fù)。

   此外，當(dāng)氣化爐入爐煤種發(fā)生變化時(shí)，還有可能導(dǎo)致廢鍋掛渣，使得灰污熱阻增加，降低廢鍋換熱效率和蒸汽產(chǎn)量。這主要是因?yàn)槊夯抑械膲A性金屬組分較高，易局部聚集形成低熔點(diǎn)的共熔物（某些低熔點(diǎn)共熔物的共熔溫度最低在800℃~1000℃以下），即使煤灰在廢鍋內(nèi)冷卻至灰熔點(diǎn)以下，這些共熔物仍處于熔融態(tài)且具有相當(dāng)?shù)恼承?，引起廢鍋受熱面結(jié)渣或者積灰。在這種情況下，需要重新調(diào)整入爐煤，并對(duì)操作進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，使廢鍋受熱面上沉積的灰渣掉落，才能使廢鍋蒸汽產(chǎn)量恢復(fù)至正常值。在新疆天業(yè)匯合新材料有限公司運(yùn)行的晉華爐，在廢鍋掛渣導(dǎo)致廢鍋傳熱惡化后，采用上述方法實(shí)現(xiàn)了廢鍋蒸汽產(chǎn)量的恢復(fù)。

   廢鍋蒸汽產(chǎn)量發(fā)生波動(dòng)后，將引起氣化系統(tǒng)內(nèi)部熱量分布的變化，影響洗滌塔出口合成氣溫度以及閃蒸系統(tǒng)熱負(fù)荷。

   當(dāng)廢鍋蒸汽產(chǎn)量降低時(shí)，由黑水帶入洗滌塔和閃蒸系統(tǒng)的熱量增加。洗滌塔出口合成氣溫度升高，即進(jìn)變換單元合成氣水氣比增加，將引起變換單元副產(chǎn)低壓蒸汽量增加，而變換單元操作無需調(diào)整。排入閃蒸系統(tǒng)黑水溫度升高，即閃蒸系統(tǒng)熱負(fù)荷增加，將使閃蒸系統(tǒng)循環(huán)水消耗略有增加，而閃蒸系統(tǒng)操作無需調(diào)整。

   當(dāng)廢鍋蒸汽產(chǎn)量增加時(shí)，由黑水帶入洗滌塔和閃蒸系統(tǒng)的熱量減少。洗滌塔出口合成氣溫度降低，即進(jìn)變換單元合成氣水氣比降低，如果低于變換單元正常運(yùn)行要求的水氣比，可以將廢鍋多副產(chǎn)的飽和蒸汽加入至變換單元合成氣預(yù)熱器后，既提高了合成氣的水氣比以滿足變換要求，又使系統(tǒng)外送的廢鍋副產(chǎn)蒸汽維持穩(wěn)定，避免了蒸汽管網(wǎng)的沖擊。在山東清河化工科技有限公司煤制氫項(xiàng)目中，氣化單元采用水冷壁氣化爐廢鍋流程，變換單元采用三級(jí)絕熱變換，在變換單元的煤氣預(yù)熱器后配置有廢鍋副產(chǎn)飽和蒸汽管線與合成氣混合，無需采用動(dòng)力站的過熱蒸汽。在運(yùn)行過程中既滿足了變換爐的水氣比要求，又平衡了外送飽和蒸汽的量，山東清河化工煤制氫項(xiàng)目自2020年6月開車已穩(wěn)定運(yùn)行至今。

   綜上所述，晉華爐廢鍋蒸汽產(chǎn)量已實(shí)現(xiàn)130天以上長周期無衰減。當(dāng)負(fù)荷或者煤種變化時(shí)可能引起廢鍋蒸汽產(chǎn)量的波動(dòng)，上述波動(dòng)在煤種控制和操作優(yōu)化的情況下是可逆的，而且對(duì)后續(xù)變換單元和閃蒸系統(tǒng)的影響和沖擊較小。

參考文獻(xiàn)：

[1].新疆天業(yè)晉華爐3.0連續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)130d[J].氮肥與合成氣,2022,50(01):14.

作者簡介：管清亮，男，1988年10月出生，博士研究生學(xué)歷，高級(jí)工程師，2015年畢業(yè)于清華大學(xué)熱能工程系，主要從事煤氣化和煤炭清潔高效利用技術(shù)研究和開發(fā)工作。