淺議降低造氣塊煤消耗

金 龍

(安徽晉煤中能化工股份有限公司,安徽臨泉 236400)

隨著原料價格的不斷攀升,造氣改造力度逐步加大。工藝上DCS、“三位一體”等新技術的推廣應用,造氣操作已經從經驗型逐步向自動化邁進。設備上專用爐箅,中、高壓夾套等新型設備的推廣應用也使造氣從單一優質原料逐步發展為粒度煤、型煤等多種形式。技術上李永恒、葉中一等專家對造氣的操作從理論到實踐提出了一系列實用的建議和指導,使造氣技術水平逐步提高。噸氨耗煤從1 300 kg以上,逐步降低到1200 kg以下,使造氣改造的路越走越遠。

1 造氣過程的耗煤量

造氣爐在逐步優化,塊煤消耗還有多大的潛力可以挖掘呢?

為計算氣化過程的原料煤消耗量,先假設如下理想氣化條件:蒸汽分解率100%;吹風氣中不含CO;灰渣燃燒完全;沒有熱損失。以25℃為基準,原料煤(按石墨態純炭計算)燃燒放出的熱能全部轉化為半水煤氣熱值。則有:

式中

G,V——分別為噸氨耗純炭量(kg)及半水煤氣量(m3);

q燃,q氣——分別為純炭熱值(kJ/kg)及半水煤氣熱值(kJ/m3)。

半水煤氣中一般含 CO 26%～30%,H240%～44%,取平均值CO為28%,H2為42%。

25℃下 CO、H2、C的低熱值分別為283 183、241993、393777J/kmol,代入式(1)中,則G=0.24614V (2)

折合成含碳84%的標準煤,噸氨的標準煤耗

按式(2)、(3),對不同的半水煤氣消耗定額V,理想純炭消耗G及標準煤耗G′的計算值如表1。

表1 噸氨不同半水煤氣消耗定額的理想純炭及標準煤消耗量

由于氣化過程中存在各種熱損失,噸氨實際的標準煤耗為:

式中

G實——實際的標準煤耗,kg;

V——半水煤氣消耗定額,m3;

g渣——飛灰及灰渣中未燃盡損失的標準煤量,kg;

g吹——吹風氣中可燃氣體燃燒熱折合的標準煤量,kg;

Σg損——相當于各種顯熱損失折合的標準煤量,kg。

實際煤耗當然較上表的理想煤耗高。兩者的差值與流程設計,吹風與制氣等操作情況有關。此外,半水煤氣的消耗量與煤耗也有直接關系。合成氨生產噸氨耗氣3 400 m3,噸氨標準煤耗量為996.28 kg,其他熱損失按5%計算,則噸氨標準煤耗量為1 046.1 kg。

2 降低消耗的措施

如何達到理想消耗,主要是放熱與吸熱的熱量平衡和加料與出灰的物料平衡。控制好這兩個平衡是一個極其復雜的問題,因為影響這兩個平衡的因素很多,有外因也有內因,伸縮性也較大。小氮肥經過幾代人50多年的不懈努力,至今仍未達到理想狀態,還需要我們共同努力。

2.1 物料平衡

物料損失主要是爐渣返炭和吹風帶出物。

(1)在炭層高度穩定的情況下,原料加煤量與消耗量、成渣量與排渣量要平衡穩定才能使料層各層厚度穩定,反映在操作上就是給料時間與爐條轉速的相對穩定?；以姆堤悸矢?多屬煤氣爐爐底防漏裝置存有缺陷或操作工藝不合理,煤氣爐氣化不良造成的。粒徑較大的返炭雖然可以回收利用,但已帶出部分熱量,造成熱量損失;灰渣中的小粒返炭不易回收,隨灰處理掉,雖可再利用,但回收利用價值低。因此,努力降低灰渣可燃物,是提高碳利用率的重要一環。

灰渣可燃物高的原因大致有以下幾個方面:煤氣爐爐底防漏裝置選擇、安裝不當或在使用中損壞,造成排灰不勻或發生漏炭、塌炭,致使返碳率高;加料方式不當,致使炭層四周與中間高低分布不符合要求,使氣化劑分布不均勻,爐內局部過熱結疤、結塊,灰渣層厚度失衡,兩側排灰不均勻;上、下吹百分比或上、下吹蒸汽用量選配不當;原料粒度過大,氣化層溫度低,燃燒不完全;爐條機排灰速度與燃料氣化后生成灰渣的速度不相適應,排灰量過大;排灰不及時,致使灰箱內積灰,煤氣爐內灰渣層局部上移,造成氣化層破壞;爐溫控制不當,造成結疤、結塊,導致氣化劑分布不勻,氣化不良或爐溫控制過低,蒸汽用量過大,燃料反應不完全即排出。

造成返碳率高是多因素的。日常操作中,須針對實際情況,查準造成返碳率高的主要因素,采取相應的措施,使成渣率大于65%,返碳率降到20%以內,理想的目標應在15%左右。

(2)降低吹風及制氣帶出物。提高風速可以減少二氧化碳還原為一氧化碳的幾率。但隨著風速的提高,帶出物必然增多。所以,風速的選擇應適當,以帶出物較少和不吹翻炭層為原則。

為減少帶出物,可以采用以下措施:選擇合適的風機,φ2 600 mm系列煤氣爐,風機可選450～550 m3/min,風壓在25～28 kPa范圍內;根據原料特性,確定適當的風量,控制與風機相適應的炭層高度;選擇機械強度、熱穩定性較好的燃料;嚴格把握入爐燃料的加工質量,減少粉末入爐;力求料層阻力均勻;選擇設計合理的爐箅,既要排渣、破渣能力強,氣化劑分布均勻,還要減少下吹帶出量;掌握好下灰質量,將灰中結渣率控制在65%以上,減少灰中的細灰量;選擇適宜的氣化強度,煤氣爐負荷重,氣化劑流速快,帶出物就多,特別是下吹制氣時,蒸汽用量大流速快,下吹帶出物相應增多;采取相應措施,改進上行出氣方式,提高爐內除塵效率。

2.2 熱量平衡

在料層厚度、氣化層位置相對穩定、物料平衡的條件下,如何依據原料性質來控制氣化層溫度,使造氣爐達到強化生產,既使吸放熱平衡,而又不超過灰熔點結大塊呢?以上、下行溫度為主要依據,干燥層、灰渣層溫度為次要依據。

在實際生產中,隨著吹風時間的延長,吹風氣中一氧化碳含量逐漸升高是不可避免的,降低氣化層溫度可以減少二氧化碳還原為一氧化碳的幾率。但是,爐溫低制氣質量差、蒸汽分解率低、未分解的蒸汽從爐內帶走了大量熱量,對降低兩煤消耗,提高煤氣爐氣化強度都是不利的。顯然,吹風與制氣對氣化層溫度要求是矛盾的。為了保持氣化層有較高的溫度,又要減少吹風氣中一氧化碳含量,可采用提高風機風壓、風量,減少吹風百分比的辦法。但是風壓、風量過大,一是吹風階段帶出物明顯增多,二是爐內炭層容易吹翻,很難長期穩定運行。而風壓、風量過小,則會導致煤氣爐氣化強度降低,由于空氣流速慢,利于二氧化碳還原為一氧化碳,吹風效率降低,增加了吹風階段炭的消耗量,降低了炭的利用率。所以,根據各廠所用燃料的特性、粒度等條件,選擇適宜風壓、風量的鼓風機和循環時間、吹風百分比,控制適宜的炭層高度和氣化層溫度、厚度、位置,全方位降低熱量損失,是提高炭的利用率,降低消耗的主要途徑之一。

此外,蒸汽用量過大,也是影響熱量平衡的一個重要方面。蒸汽用量過大,大量未分解蒸汽帶走了爐內熱量,使氣化層溫度下降,不但氣化效率降低,而且浪費了蒸汽,并使氣體洗滌塔熱負荷增加,氣體洗滌塔出氣溫度相應增高,一定程度地影響下工序的有效打氣量。

2.3 其他影響因素

后工段設備的配置和工藝流程、條件不同對消耗有一定的影響,后工段跑、冒、滴、漏嚴重,開工不合理也是消耗高的一個原因。理論上產1 t氨用3400 m3半水煤氣,有些廠噸氨耗半水煤氣在3500～3600m3,每多100m3半水煤氣要多耗30～40 kg煤。有的廠家醇氨比大,消耗也增高,煤氣成分也影響消耗,還有就是各地區的折算方法存在差異。

3 結 語

總之,造氣工段要搞好節能降耗不是一件很簡單的事,當前技術攻關已集中到如何節煤降耗、提高入爐原料的轉化利用率上,在這方面尋求新的突破,是進一步提高間歇式煤氣爐使用價值的重要一步。目前,全國煤化工行業在運行的間歇式煤氣爐達9 000余臺,單爐日產氨50 t,平均煤耗1150 kg左右,若通過努力將這一指標降低10%,接近目標值,將會產生巨大的經濟效益和社會效益。