節能降耗優化改造運行總結

高建平, 胡 超

(1. 山東明化新材料有限公司, 山東濟南 250204;2. 山東晉煤明升達化工有限公司, 山東泰安 271411)

山東晉煤明升達化工有限公司成立于2009年,前身為寧陽縣化肥廠,現為山東晉煤明水化工集團有限公司全資子公司,公司占地1 000余畝,現有員工500余人。目前建有40 萬t/a合成氨、60 萬t/a尿素項目以及液體二氧化碳等綜合利用項目,配套有 3 臺 300 t/h的 9.8 MPa 高溫高壓粉煤鍋爐。

針對生產裝置生產運行過程中如何節能降耗,公司進行了相應的生產調整和技術優化改造,既降低了能耗指標,又創造了良好的經濟效益。以下就優化措施進行簡要介紹。

1 調整硫回收工段天然氣降低用量

硫回收工段采用國外先進WSA濕法制酸工藝,對低溫甲醇洗崗位酸性氣中的硫進行回收并轉化成H2SO4。天然氣作為硫回收系統焚燒爐的助燃氣,自開車以來一直使用,2022 年月均用量在90 000 m3左右。咨詢同類企業后,發現大部分已通過工藝調整,在保證正常運行工況的條件下,基本不再使用天然氣助燃。

為降低硫回收工段天然氣消耗,公司對硫回收天然氣用量進行調整。

(1) 通過開啟低甲酸性氣提濃閥提高酸性氣濃度。將系統提濃閥逐漸開至12%,酸性氣體積分數由34.80%升至45.90%,此時天然氣體積流量由120 m3/h降至90 m3/h[1]。

(2) 與同行業其他企業進行咨詢交流,從系統壓力、酸性氣濃度、熱空氣風量、工藝指標、操作環境等方面進行對比,并與工藝包單位、設計單位、焚燒爐廠家積極交流,了解到熱空氣二次風對系統只起降溫作用,很多企業并沒有二次風。根據與各廠家的交流心得,確定根據煤質變化提高酸性氣濃度來減少熱風量的調整思路,逐漸減少焚燒爐二次風用量直至為0 m3/h。通過二次風風量調整后,天然氣體積流量下降至70 m3/h左右。

(3) 根據焚燒爐后氧氣濃度表的公式計算得出,其酸性氣濃度設定為固定值,與真實的氧氣濃度有一定差距。為確保調整具有參考性,編制了氧氣濃度計算公式及酸性氣濃度自動計算公式,方便及時獲取系統真實數據。編制公式后,崗位通過計算得出焚燒爐出口氧氣含量。為保證充分反應,氧體積分數需大于4.0%;在保證氧含量的基礎上不斷減少熱空氣一次風體積流量,由4 000 m3/h慢慢減值至3 000 m3/h左右。減風后天然氣降耗效果明顯,天然氣體積流量逐步下降至30 m3/h以內,并逐步趨于穩定。

調整前,2022年12月天然氣消耗量為60 010 m3;調整后,2023年1月消耗量為33 331 m3,2023年2月消耗量為26 244 m3,2023年3月消耗量為消耗36 581 m3。根據統計,每月能節省約60 000 m3天然氣,每年約節省72萬m3。

2 提升調整氣化工段煤漿濃度

氣化工段采用水煤漿技術,煤漿制備采用濕式棒磨機研磨技術,水煤漿性能穩定,易于泵送。但隨著煤炭資源緊張,為節能降碳,在保證氣化裝置穩定運行的基礎上進一步釋放產能,降低消耗是提高經濟效益的有效途徑。通過同行業交流及日常生產摸索,證明提高煤漿濃度是實現氣化裝置節能降耗的有效手段之一。

為提升氣化工段煤漿濃度,具體進行了以下改進措施：

(1) 棒磨機溢流出料端加高5 cm,增加煤漿的研磨時長。

(2) 提高滾筒篩螺旋板高度2 cm,并在螺旋出料端增加5 cm擋板,提高煤漿在滾筒篩內的過篩時長。

(3) 在滾筒篩上方增加壓縮空氣風刀,吹除篩網條柵防止堵塞,增加煤漿的過篩率。

(4) 協調添加劑廠家調整優化煤漿添加劑配方,降低煤漿的黏度,提高煤漿流動性。

(5) 嘗試開3臺磨機,進一步研磨煤漿,改善煤漿粒度分布[2]。

通過以上改進措施,煤漿體積分數提高至64.00%,有效性組分體積分數達到82.50%。目前根據煤種情況,煤漿體積分數能夠穩定在63.00%左右。改造前后煤漿濃度分別見圖1和圖2。

圖1 改造前煤漿體積分數統計

圖2 改造后煤漿體積分數統計

3 降低氣化工段的煤泥殘碳

氣化工段的灰渣內殘碳含量高低,直接反映氣化爐的燃燒效率。近期氣化工段出灰量月平均為4 930 t,灰內干基可燃物質量分數為42.00%～44.00%,熱值為4 200～5 040 J/g。針對氣化灰可燃物含量較高的運行情況,經過咨詢廠家并反復論證,進行了科學合理的調整,具體如下：

(1) 精準控制,氣化爐氧煤比由465調整至480,提高爐溫和煤漿在爐內的燃燒效率,將甲烷體積分數控制由2 000×10-6～2 500×10-6調整至1 000×10-6～1 500×10-6,同時提高中心氧的體積分數(由17.00%調整至18.50%),保證煤漿的充分霧化。

(2) 控制前移,調整煤漿細粒度大小。單噴水煤漿氣化煤漿霧化顆粒在爐內停留時長較短(3～7 s),必須讓其充分反應,需要控制好煤漿的粒度。開啟3臺磨機同時運行,提高煤漿200目以上粒度的比例,保證煤漿被充分霧化燃燒。

(3) 合理優化,穩定煤漿燒嘴壓差,穩定好煤漿濃度,降低煤漿黏度至700～900 mPa·S。同時,通過燒嘴維修廠家微調燒嘴壓差,由0.35 MPa提高至0.40 MPa,確保燒嘴的霧化效果[3]。

表1 改造前氣化灰渣統計表

(4) 精細化管理,根據每天灰渣出庫量和分析數據做分析對比,優化調整爐況,做到即時調整[4]。

通過一系列措施調整,經統計核算,2023年2月氣化灰可燃物質量分數平均為37.86%,相較1月,氣化灰可燃物質量分數平均為43.42%,下降5.56%。1月,氣化灰總量為3 806.08 t,平均水分質量分數為53.34%,降殘碳節約固定碳98.74 t,氣化煤按照固定碳質量分數56.00%、全水分質量分數14.00%,全月折合降低消耗205.02 t,折合噸氨煤耗降低4 kg/t,按市場煤價1 200元/t計算,每年(330 d)節省煤炭成本為261.90萬元。

表2 改造后氣化灰渣統計表 t

4 降低污水工段的液堿消耗

污水工段采用雙級A/O生化處理工藝,設計規模為200 m3/h,在一級反應池除硬、控制生化系統pH值過程中需要投加液堿。2022年10～12月累計處理各類廢水量達404 713 m3,共計消耗液堿585.66 t,日均耗液堿6.37 t,噸廢水耗液堿為1.45 kg。

為進一步降低液堿消耗,咨詢同行業并結合現場實際情況,做如下調整：

(1) 在穩定系統污泥濃度、沉降比、一沉池出口濁度等指標的前提下,一級反應池pH指標由9.5逐步降至8.3～8.5。適當增加生化系統排泥量,保持有效生化污泥比例。

(2) 加強生化系統液堿投加環節管控。每班取樣檢測生化A/O池pH值,及時調整液堿投加量,確保A1和A2缺氧池pH不高于8.0,O1～O5好氧池pH不低于7.5。

(3) 定期使用pH試紙現場校對,確保取樣點位置有代表性、酸度計數據精確。

(4) 及時處理液堿儲罐、計量泵及投加管道“跑冒滴漏”問題。

(5) 及時與生產、環保、調度、氣化等部門聯系,做好進站廢水量、水質及水溫的監控。密切關注氣化廢水總硬和氨氮指標變化,及時溝通協調,避免數值出現大幅波動。

通過調整,噸廢水耗液堿0.66 kg,同比下降54.49%;日均耗液堿3.12 t,同比下降51.06%。

5 結語

以上對生產裝置的一系列操作優化調整和技術挖潛改造均達到預期效果,從而在鞏固生產運行穩定的同時,進一步優化并提升了生產裝置的經濟效益,大幅降低了綜合能耗。與改造前相比,合成氨生產標煤綜合能耗下降66.00 kg/t,已接近行業標桿水平,實現經濟效益近2 000萬元,這為合成氨行業提供了一定的借鑒和經驗參考。