晉華爐通過廢鍋結構優化、煤種控制和操作控制，已成功實現長周期運行廢鍋蒸汽無衰減。2021年6月10日，由石化聯合會組織的晉華爐3.0輻射廢鍋副產蒸汽達產達效長周期穩定運行現場會在新疆石河子市召開。具有標志意義的晉華爐3.0在新疆天業匯合新材料有限公司連續穩定高效運行超過百天，單爐生產有效氣97000 標準立方米/小時、副產9.0~9.8兆帕、飽和蒸汽60噸/小時無衰減，創造了新的里程碑。截止目前，晉華爐單爐最長連續運行時間已超過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生蒸汽的。廢鍋作為換熱設備，雖然換熱面積在氣化爐投入運行后保持不變，但是當工況變化時依然會引起換熱強度變化，從而使廢鍋蒸汽產量發生一定的波動。

   當氣化爐負荷發生變化時，氣化爐產氣量隨之變化，進入廢鍋的合成氣流量也會發生變化，既影響廢鍋內的溫度分布，也會影響廢鍋內氣體流速，從而使廢鍋換熱系數和換熱溫差發生變化，最終影響廢鍋換熱量和蒸汽產量。氣化爐運行結果表明，負荷增加10%，廢鍋蒸汽產量將增加10%~20%。

   當氣化爐入爐煤種發生變化時，由于煤質的變化或者煤漿濃度的變化，氣化爐產氣量也會發生變化，產生與負荷變化相同的效果，而且由于合成氣組分也會發生變化，導致合成氣的熱容量與輻射換熱特性發生變化，影響廢鍋換熱量和蒸汽產量。當氣化爐入爐煤種的灰熔點發生變化時，為了適應液態排渣要求需要調整氣化溫度，進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量。研究表明，煤灰熔點增加50℃，廢鍋蒸汽產量將增加5%~10%。需要說明的是，上述廢鍋蒸汽產量的波動均可在氣化爐負荷或者煤種恢復后而恢復。

   此外，當氣化爐入爐煤種發生變化時，還有可能導致廢鍋掛渣，使得灰污熱阻增加，降低廢鍋換熱效率和蒸汽產量。這主要是因為煤灰中的堿性金屬組分較高，易局部聚集形成低熔點的共熔物（某些低熔點共熔物的共熔溫度最低在800℃~1000℃以下），即使煤灰在廢鍋內冷卻至灰熔點以下，這些共熔物仍處于熔融態且具有相當的粘性，引起廢鍋受熱面結渣或者積灰。在這種情況下，需要重新調整入爐煤，并對操作進行調整優化，使廢鍋受熱面上沉積的灰渣掉落，才能使廢鍋蒸汽產量恢復至正常值。在新疆天業匯合新材料有限公司運行的晉華爐，在廢鍋掛渣導致廢鍋傳熱惡化后，采用上述方法實現了廢鍋蒸汽產量的恢復。

   廢鍋蒸汽產量發生波動后，將引起氣化系統內部熱量分布的變化，影響洗滌塔出口合成氣溫度以及閃蒸系統熱負荷。

   當廢鍋蒸汽產量降低時，由黑水帶入洗滌塔和閃蒸系統的熱量增加。洗滌塔出口合成氣溫度升高，即進變換單元合成氣水氣比增加，將引起變換單元副產低壓蒸汽量增加，而變換單元操作無需調整。排入閃蒸系統黑水溫度升高，即閃蒸系統熱負荷增加，將使閃蒸系統循環水消耗略有增加，而閃蒸系統操作無需調整。

   當廢鍋蒸汽產量增加時，由黑水帶入洗滌塔和閃蒸系統的熱量減少。洗滌塔出口合成氣溫度降低，即進變換單元合成氣水氣比降低，如果低于變換單元正常運行要求的水氣比，可以將廢鍋多副產的飽和蒸汽加入至變換單元合成氣預熱器后，既提高了合成氣的水氣比以滿足變換要求，又使系統外送的廢鍋副產蒸汽維持穩定，避免了蒸汽管網的沖擊。在山東清河化工科技有限公司煤制氫項目中，氣化單元采用水冷壁氣化爐廢鍋流程，變換單元采用三級絕熱變換，在變換單元的煤氣預熱器后配置有廢鍋副產飽和蒸汽管線與合成氣混合，無需采用動力站的過熱蒸汽。在運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目自2020年6月開車已穩定運行至今。

   綜上所述，晉華爐廢鍋蒸汽產量已實現130天以上長周期無衰減。當負荷或者煤種變化時可能引起廢鍋蒸汽產量的波動，上述波動在煤種控制和操作優化的情況下是可逆的，而且對后續變換單元和閃蒸系統的影響和沖擊較小。

參考文獻：

[1].新疆天業晉華爐3.0連續高產穩定運行達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，博士研究生學歷，高級工程師，2015年畢業于清華大學熱能工程系，主要從事煤氣化和煤炭清潔高效利用技術研究和開發工作。