“SE-东方炉”内件。张见明 摄

中科炼化煤制氢装置主管袁来深指导内操进行装置开车。林江海 摄

中科炼化煤制氢装置航拍图。林江海 摄

    □吴金梅

    3月12日，中科炼化18万标准立方米/小时煤制氢装置2000吨级“SE-东方炉”平稳运行172天，经济效益显著。

    2000吨级SE煤气化技术大型化工业示范与应用项目是中国石化“十条龙”科技攻关项目。该项目核心设备2000吨级“SE-东方炉”是目前世界最大的单喷嘴粉煤炉，是对1000、1500吨级“SE-东方炉”的整体技术升级，具有处理能力更大、煤种适应性更广、系统更智能化、更节能环保、更可靠稳定等优势，是目前煤气化市场的主流炉型。2000吨级SE煤气化技术的研发及工业示范，将进一步提升中国石化自主煤气化技术水平，为大型煤化工装置建设和企业可持续发展提供强有力的技术支撑。

    水到渠成，“放大”新技术落地中科炼化

    2017年12月，2000吨级SE煤气化技术大型化工业示范与应用项目被批准“入龙”， 由华东理工大学、中石化宁波技术研究院和宁波工程公司联合研发。2020年9月10日，该技术首次应用于中科炼化18万标准立方米/小时煤制氢装置，一次投煤成功。

    由1500吨级到2000吨级，难在整体“放大”。华东理工大学、宁波技术研究院等多次对接、密切配合，不断摸索2000吨级“SE-东方炉” 、气化烧嘴的工业应用及相关系统的优化升级，终于克服了放大效应。2018年12月，升级版工艺包开发与装备升级顺利完成，进入工业化应用阶段。

    当时，恰逢中科炼化项目投产，一期项目全厂氢气需求量至少为15万标准立方米/小时，若采用前期的1500吨级“SE-东方炉”则需要3台，而2000吨级“SE-东方炉”单台产氢量达9万标准立方米/小时，仅用两台就能满足全厂需求。出于综合考虑，双方一拍即合。

    2019年1月，两台直径为4.4米、高24米、重310吨的气化炉出厂并发往中科炼化现场。2019年3月12日，气化炉吊装就位，拉开设备安装序幕。在设备安装建设阶段，煤制氢装置主管袁来深始终奋战在最前线，成为最熟悉装置的人。他坚持每天“盯”在现场，紧跟装置的施工建设质量验收，完成“三查四定”6998项、尾项整改3000余项，为装置高标准建成如期投产奠定了基础。

    “取经”同行， 齐心攻关破解开车难题

    为更好地应对装置开车状况，袁来深分阶段带领技术团队到中安联合煤气化装置“取经”，全程参与装置的联动试车、投料开车。针对点火难、投煤不稳定等难题，他总结经验、优化设计、大胆创新，带领团队不断探索，超常推进攻关工作，先后优化了12版开车方案。

    在中安联合煤气化装置试车过程中，袁来深发现气化炉水冷壁下锥多次出现烧穿泄漏的问题。为避免同样的情况发生，他们积极与设计人员进行沟通，在设计上增大循环泵选型，增加管道流速。施工时，中科炼化加强水冷壁质量监督，青年突击队员克服高温、空间狭小等困难，在50多摄氏度的环境中，仅用18小时就采集完1000个数据，顺利完成了两台气化炉共400根水冷壁管的流速测量。

    相比以往，2000吨级煤气化技术系统具有更加智能化的优势，有DCS联锁376项、顺控34个、SIS联锁178项、复杂控制回路50个，合计3381个联锁回路。但在装置投料试车初期，原本的优势却成了“拦路虎”。“装置开车期间，各指标条件未达到稳定状态，稍不注意就可能会引发联锁导致装置跳车。”袁来深介绍，他们提前对3000多个联锁回路进行一一分析，结合装置开车步骤，采用分批投用的办法，最终克服了这一难题。

    此外，在开车过程中，开工火焰监视器检测不到火焰、气化炉环形空间温度上升过快、煤粉罐堵煤等问题也接踵而来。面对新工艺、新技术，中科炼化技术团队摸着石头过河，结合实际大胆创新优化，凭着“不破楼兰终不还”的韧劲，逐个击破难关，一步步摸索出最优氧燃比、点火烧嘴燃气比、投煤氧煤比等各项工艺参数，解决了原煤湿度大影响操作运行等问题，为项目顺利应用奠定了良好基础。

    优化运行，为大型煤气化技术应用提供良好示范

    2020年9月12日，中科炼化煤制氢装置打通全流程，产出纯度99.99%合格氢气，标志着该技术工业化应用成功。同年11月13日，中科炼化煤制氢装置2000吨级“SE-东方炉”经过性能考核，各项参数正常，完成满负荷性能考核。在72小时考核时间内，装置的利润为0.08元/标准立方米有效气。若按全年8460小时测算，可产有效气约11亿标准立方米，年利润约为8800万元。

    2020年12月2日，中国石化科技部组织召开2000吨级SE煤气化技术大型化工业示范与应用项目鉴定会，专家委员会一致认为，该技术在中科炼化工业化应用成功，其经济指标达到粉煤气技术的国际领先水平，经济和社会效益显著，具有较大的推广意义。同年12月10日，中科炼化2000吨级SE煤气化技术大型化工业示范与应用项目顺利“出龙”。

    “近两年的建设、生产准备和投料试车，五天五夜的连续开车，还好我们坚持下来了。”回想煤制氢装置建设和开工历程，袁来深感慨良多。如今，他又马不停蹄地投入装置的优化运行之中。自中科炼化煤制氢装置投产以来，他们根据氢气需求进行了不同负荷下的操作调整，紧盯生产过程中的薄弱环节，及时组织分析及梳理制约装置生产瓶颈，如磨煤系统如何匹配气化炉所需粉煤、煤种供应不足需更换煤种、气化炉烧嘴维护等，加强技术攻关，制定有效处理措施，先后处理了粉煤输送单元阀门故障、激冷水过滤器堵塞、混合器压差高报、渣锁斗冲洗水阀故障等一系列问题。

    目前，中科炼化煤制氢装置2000吨级气化炉单炉有效合成气（氢氧+一氧化碳）产量达11.82万标准立方米/小时，最高可达13万标准立方米/小时，气化碳转化率大于98%，装置综合能耗比第一代“SE-东方炉”低4%，各项运行指标处于国际领先水平。

    技术亮点

    中科炼化一体化项目成功开发的日投煤2000吨级“SE-东方炉”，具有耐受炉温高、煤种适应性强、气化性能指标优异等的优势。

    ▲首次应用的集点火、开工升温和粉煤投料功能于一体的SE复合式粉煤气化烧嘴，不仅延长了烧嘴使用寿命，而且有效降低了烧嘴冷却水循环的动力消耗。

    ▲开发应用的炉温在线监控软件系统，可以有效指导气化炉操控。

    ▲开发应用的节能型清洁高效黑、灰水梯级循环系统工艺流程和关键设备旋液分离器，在实际应用中实现了节能降耗的目标。

    ▲开发应用的双炉操作无备用炉的稳定供氢智能化控制系统，有效保障了双炉操作无扰动切换为单炉超负荷运行，实现了无备炉运行模式下粉煤气化装置与炼油装置同周期稳定运行，提高了装置长周期运行的可靠性，确保了稳定可靠供氢。

    ▲结合原料来源稳定可靠性，完成了37批次煤样煤质分析测试，形成优化配煤技术方案，为该项目工业装置的经济高效运行提供了支撑。