冉令慧
（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁835000）
［摘 要］伊犁新天煤化工有限责任公司20×108 m3/a 煤制天然气项目热电装置配置4台480 t/h的煤粉锅炉，设计锅炉系统正常运行时主要由化工主装置变换系统、甲烷合成系统为其提供预热后的热脱盐水。实际生产中，锅炉蒸发量远小于设计值，其脱盐水用量远小于设计值，随着化工主装置负荷的不断提升，出现变换系统、甲烷合成系统外送热脱盐水量少（即热脱盐水过剩）而热负荷过剩的问题。为此，新天煤化技术攻坚团队通过多年的努力，陆续实施了变换热脱盐水临时排放、变换热脱盐水入全厂工艺冷凝液系统、变换热脱盐水入汽轮机凝汽器、新增变换热脱盐水换热器、甲烷合成系统热脱盐水并入透平冷凝液管线、甲烷合成系统热脱盐水送RTO废锅替代冷脱盐水等优化改造，彻底解决了变换系统、甲烷合成系统热脱盐水过剩的问题，保证了化工主装置的安全、稳定、经济运行，实现了节能降耗、降本增效。并对锅炉系统提出了进一步优化改进的建议。
［关键词］煤制天然气装置；煤粉锅炉；蒸发量低；变换系统；甲烷合成系统；热脱盐水过剩；问题解决；优化建议
［中图分类号］TQ085+.41 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）03-0005-05
0 引 言
伊犁新天煤化工有限责任公司（简称新天煤化）20×108 m3/a 煤制天然气项目化工主装置分为两个系列，对应的子系统也分为两个系列；其中，气化系统（共22台气化炉）采用鲁奇碎煤加压气化工艺，变换系统采用部分变换工艺（使用钴钼系耐硫变换催化剂），净化系统采用林德低温甲醇洗工艺，甲烷合成系统采用戴维甲烷化工艺；配套空分装置（3套）采用杭氧深冷空气分离工艺；热电装置配置4台蒸发量为480 t/h（四开无备）的煤粉锅炉，产出9.8 MPa、540 ℃的高温高压蒸汽供各系统使用。
新天煤化热电装置锅炉除氧站所用脱盐水的来源有三：第一部分，冷脱盐水在变换冷却系统经变换炉出口高温变换气预热后的热脱盐水；第二部分，冷脱盐水在甲烷合成系统经甲烷合成反应器出口高温合成气预热后的热脱盐水；第三部分，脱盐水站送来的冷脱盐水。由于煤粉锅炉实际使用燃料煤之热值远低于设计煤种热值等方面的原因，单台煤粉锅炉蒸发量最初仅280 t/h，虽经过近几年来的多次改造，至2021年6月单台煤粉锅炉蒸发量提升至340 t/h，但锅炉蒸发量仍未达设计值，且实际生产中有1台锅炉长期处于技改或检修状态（即实际处于三开一备的状态）；因锅炉系统长时间处于低负荷运行状态，随着化工主装置负荷的不断提升（2019年化工主装置负荷逐步提升至100%），正常生产时在运锅炉停用冷脱盐水，全部使用变换、甲烷合成系统来的热脱盐水，但仍无法满足变换、甲烷合成系统反应热外移的需求，变换、甲烷合成系统热脱盐水过剩，对系统的运行造成了影响。后通过新天煤化技术攻坚团队的努力，提出并实施了一系列的优化改造措施，彻底解决了变换、甲烷合成系统热脱盐水过剩的问题，实现了节能降耗、降本增效。
1 变换与甲烷合成系统热负荷过剩原因分析
新天煤化煤制天然气项目化工主装置所用蒸汽由4台480 t/h煤粉锅炉提供，煤粉锅炉生产的蒸汽入汽轮发电机组发电，设计100%负荷时总蒸发量1 270 t/h的9.8 MPa高压蒸汽可实现上网、下网电量平衡，锅炉蒸发量达1 270 t/h时脱盐水用量（蒸发量+排污量）为1270+50=1 320 t/h。实际生产中，由于锅炉自身及燃料煤种方面的原因，其产汽量达不到设计值，单台锅炉平均产汽量仅337 t/h；为使锅炉达到设计负荷以实现经济运行，新天煤化决定对热电锅炉逐台进行改造，很长时间内热电装置都是3台锅炉在运，产汽量仅为1 010 t/h，因锅炉负荷低，实际脱盐水用量（蒸发量+排污量）为1010+50=1 060 t/h，化工主装置热负荷过剩，造成变换系统热脱盐水外送量减少173 t/h、甲烷合成系统热脱盐水外送量减少174 t/h，尤其是夏季高负荷生产时，由于环境温度和循环水温度高，出现变换系统除氧器超压、外送变换气温度达60 ℃（工艺指标为55 ℃）、甲烷合成循环气压缩机过滤器超温、汽提塔入口2#脱盐水加热器出口反应气超温等现象。
2 变换系统热脱盐水过剩问题及解决
2.1 变换系统工艺气流程
来自气化系统的部分粗煤气（181 ℃、3.70 MPa）分别进入2台并联的粗煤气洗涤器，经洗涤后进入相对应的粗煤气分离器，经气液分离后进入气气换热器管程，被来自主变换炉的变换气预热至260～270 ℃后依次进入预变换炉、主变换炉完成预变换反应和深度变换反应。变换气（温度为320～420 ℃）进入气气换热器壳程，被管程的粗煤气冷却降温至240～320 ℃，然后进入余热回收器利用低压锅炉给水回收热量副产低压蒸汽，出余热回收器的变换气温度降至175 ℃，进入混合器与未变换粗煤气（约占粗煤气总量的40%～75%）混合。出混合器的变换气依次进入预冷器（预冷器壳程冷却介质为低压锅炉给水）、中间冷却器Ⅰ、中间冷却器Ⅱ（中间冷却器壳程冷却介质为脱盐水）经冷却介质回收热量，变换气温度降至75 ℃后送终冷器。
2.2 变换系统脱盐水流程
变换反应为强放热反应，工艺上通过一系列的换热以回收变换反应产生的热量。来自界区外的898 t/h脱盐水（温度约45 ℃）送至界区内，进入变换中间冷却器壳程作为冷却介质，由中间冷却器壳程下部进入、上部送出；在中间冷却器Ⅰ中，一路486.50 t/h的脱盐水与管程的变换气换热后温度由45 ℃升至145 ℃，之后送至热电装置除氧站；在中间冷却器Ⅱ中，另一路411.50 t/h的脱盐水与管程的变换气换热后温度由45 ℃升至95 ℃，之后送至气化除氧站作为除氧原料水。
2.3 变换系统热负荷过剩量
更多内容详见《中氮肥》2023年第3期