李家栋, 韩宪亮, 王清源， 曹 珍

(兖矿新疆煤化工有限公司， 乌鲁木齐 830000)

兖矿新疆煤化工有限公司整套生产装置以煤为原料，采用兖矿集团自主知识产权的多喷嘴水煤浆加压气化技术制备合格的含有一氧化碳、氢气的粗合成气(6.20 MPa、240 ℃)，水气比约为1.40，一氧化碳体积分数约为45.33%，生产的粗合成气送到合成氨变换工段和甲醇变换工段。

在合成氨变换工段，大部分的一氧化碳和水蒸气反应生成氢气和二氧化碳，变换气中的二氧化碳和硫化氢等酸性气体在低温甲醇洗工段中被脱除，得到的净化气送入液氮洗工段精制，并配置部分氮气使合成气中的氢氮比(体积比，下同)达到3.0。同时，副产燃料气送至燃料气管网，精制气进入合成气压缩机升压至15 MPa后送入氨合成工段生产合成氨。低温甲醇洗工段的二氧化碳送往尿素装置，经压缩后与液氨合成为尿素。

在甲醇变换工段，通过配气流程得到变换气，变换气在低温甲醇洗工段通过脱硫、脱碳得到氢碳比为2.0左右的净化气，经压缩工段压缩后送到甲醇合成回路，分离出的粗甲醇送至甲醇精馏工段精制产出合格产品。

火炬系统主要用于处理各装置正常操作、开停车、事故或紧急状态下排放的大量易燃、有毒、腐蚀性气体，通过明火燃烧，达到分解污染物的目的。在生产系统正常运行时火炬系统接收全厂所有装置排放的废气进行燃烧，力求降低对环境的污染。将这些可燃烧的气体直接送入火炬系统燃烧处理，在一定程度上造成了资源的浪费，因此需要通过流程梳理把火炬系统中的燃料气体进行回收，作为系统有用的燃料加以利用。这不仅能合理分配资源，还能延长火炬的使用寿命[1-2]。

1 火炬系统运行情况

1.1 开停车及事故状态

在生产系统开停车及事故状态下，后工段无法接收并处理粗合成气，大量可燃气体排放至火炬系统进行燃烧。单台气化炉产出半水煤气体积流量为30万m3/h，放空时间预计在8 h左右。

1.2 正常运行状态

在生产系统正常运行状态下，火炬系统主要燃烧处理液氮洗工段、甲醇合成膨胀槽的燃料气。这些燃料气统一进入燃料气总管进行回收，燃料气总管气体体积流量约为4 500 m3/h，其中硫回收消耗燃料气1 300 m3/h,气化炉烘炉消耗燃料气120 m3/h，火炬长明灯系统消耗燃料气80 m3/h，剩余约3 000 m3/h的燃料气全部排放至火炬系统进行燃烧。燃料气长时间在火炬系统内燃烧，会造成火炬头部持续受高温辐射；同时，燃烧后的温室气体未经过处理直接排入大气中，污染环境，危害人体健康，给生产运行和安全环保工作带来不利影响。

2 存在的问题

2.1 火炬头部烧蚀严重

火炬属于高架火焰燃烧器，火炬配置火炬筒体，废气在筒体出口通过明火燃烧，达到分解废气污染物的目的。当燃烧温度较高、生产系统正常运行时，3 000 m3/h燃料气在火炬头部持续燃烧，高温辐射造成火炬头部烧蚀严重。在每年大修期间都要对火炬筒体、火炬头、射流式分子密封器进行维修，维修难度较大、费用高，大幅增加了生产投入成本。

2.2 环境污染

对燃料气进行取样分析，结果见表1。由表1可以看出：燃料气的主要成分为一氧化碳、氢气、氮气和其他少量可燃气体，这些气体在高温下会生成部分氮氧化物和二氧化碳，如果未经处理直接排入大气，会造成环境污染，增加碳排放。

表1 燃料气来源及气体成分表

2.3 生产成本较高

火炬放空气是宝贵的可回收利用资源，如果没有合理回收利用，一定程度上不仅造成了资源的浪费，而且影响环境。

3 改造措施

经过系统排查及气体成分分析，燃料气管网内主要成分为一氧化碳、氢气和部分氮气。一氧化碳和氢气均为可燃性气体，如果能将燃烧产生的热量加以回收利用，则经济性更好。

经核算，放空的燃料气可以作为锅炉的伴烧气使用，也可以作为气化炉预热期间的热源使用，均能达到能源合理高效分配。目前，兖矿新疆煤化工有限公司为供应锅炉开车预热、气化炉开车预热及锅炉断煤期间的热源供应，与当地天然气公司合作敷设了一路天然气。

天然气在锅炉磨煤系统跳磨、卡煤、堵煤时作为应急热源使用。在煤炭供应紧张、煤质较差、锅炉运行不稳定时，为保证蒸汽系统的稳定运行，只能投用天然气来维持锅炉负荷[3-4]。该操作会造成大量的天然气消耗，导致生产成本增大。

气化炉预热时，用天然气作为热源，保证气化炉从常温加热至1 100 ℃并恒温4 h，已具备投料条件。另外，天然气还作为硫回收焚烧炉伴烧气使用。将这部分排放至火炬管网的气体引入锅炉伴烧和预热气化炉，可以在减少污染物排放的同时取得可观的效益，仅节能环保方面，年节省燃煤质量约7 000 t，减少锅炉烟气排放体积流量约1万m3/h。

利用系统大修机会，燃料气管网在锅炉厂房东侧管廊上预留DN200管道及阀门，在原有燃料气管线上增加DN200管道，引至锅炉厂房8 m平台北侧，与天然气管线阀组平行布置，在DN200管道上分出3根DN100的支管连接至3台锅炉的天然气管线上。同时，在热电界区燃料气母管上加设调节阀与气动球阀，当锅炉磨煤系统出现跳磨、卡煤、堵煤等异常情况需要快速补充天然气时，操作人员可紧急切断燃料气进气阀门，切换至天然气系统，不影响天然气的正常使用。每台锅炉燃料气管线内末端加设低点排污，在锅炉厂房8 m平台燃料气管线入口第1道阀门后加设0.4 MPa氮气，作为保护吹扫气使用。

4 效益分析

4.1 经济效益

燃料气的发热量为12.551 MJ/kg,体积流量为3 000 m3/h;燃料煤的发热量为20.92 MJ/kg，单价为300元/t。计算得出每小时节约燃料煤1 792 kg，年运行时间按8 000 h计算，每年节约煤炭质量为14 336 t，则每年产生的经济效益为430.08万元。

4.2 社会效益

该项目投入运行后在锅炉运行工况上提高了锅炉热效率，减少了燃煤和天然气的使用量；燃煤的减少使烟气中的二氧化硫含量降低，有利于防止空气预热器的低温腐蚀和降低电石渣的消耗；实现了节能减排，热效率再回收，使锅炉每小时煤耗下降1 t左右，每小时节省资金约300元，平均每年减少烟气外排量32 401万m3。

5 结语

经过优化改造后，生产系统生产过程中产生的燃料气全部被回收再利用。燃料气的回收利用既保护环境又产生经济效益，是化工生产提高效能、实现节能减排的重要举措之一。这项改造投用后降低了公司的运营成本,是节能降耗的重要切入点。而在节能环保方面，回收的燃料气提高了锅炉热效率，减少了锅炉煤和天然气的使用量，使脱硫岛入口二氧化硫含量及电石渣消耗降低。该改造对类似废气治理具有较大的实际参考价值，前景良好。在安全方面，通过此次改造，燃料气被全部回收，完全杜绝有毒有害异味气体的排放，保证了员工的身心健康。