造氣系統節能增效技術分析(下)

顧華軍 於子方(浙江紹興化工有限公司 浙江紹興312075 )(上海達門化工工程技術有限公司 上海200063)

造氣系統節能增效技術分析(下)

顧華軍 於子方
(浙江紹興化工有限公司 浙江紹興312075 )(上海達門化工工程技術有限公司 上海200063)

5 集中式余熱回收與洗氣工藝技術

該工藝術是針對原有每臺造氣爐制出的煤氣配置1臺余熱回收器和1臺洗氣塔的流程，存在著設備多、利用率低、管道長、阻力大、占地面積大等問題，加以改造組成“4對1”集中式配置的流程，即4臺造氣爐制出的煤氣共同采用1臺集中式熱管余熱回收器和集中式高效洗氣塔。

采用此工藝技術后，造氣爐配套的主要設備大大精簡，從8臺減少至2臺；余熱回收器和洗氣塔的設備利用率明顯提高，從原“1對1”的70%提高至“4對1”的90%；減少了余熱回收器的熱損失，余熱回收率可提高5%～10%，洗氣塔循環冷卻用水量減少15%～20%；而且由于管道與彎頭大量減少，使制氣系統阻力降低，有利提高造氣爐的發氣量；可使設備和管道等投資比原工藝節約1/3左右。不同規模合成氨裝置節能降耗年經濟效益見表5。

表5 不同規模合成氨裝置節能降耗年經濟效益 萬元

6 吹風氣余熱回收技術

固定層間歇氣化工藝在制氣過程中吹風階段要排出大量吹風氣，吹風氣中含有少量CO，H2和CH4等可燃物組分，由于其熱值較低(一般為1 260～1 470 kJ/m3，標態)、爐頂排出的氣體溫度不高(一般為300～400 ℃)，故在以前僅回收其顯熱后就放空，對其潛熱沒回收，既浪費了有用的資源，又污染了大氣。

20世紀80年代，原化工部小合成氨設計技術中心站開發的低溫吹風氣潛熱回收技術在江蘇溧陽化肥廠試用成功。至今幾十年來，該技術已在全國合成氨(甲醇)行業得到普遍推廣應用，并不斷改進提高，向高效大型化發展。

根據部分企業吹風氣的組成及氣量，經測算，噸氨吹風氣的潛熱量一般為2 738.4～3 065.4 MJ，回收這部分吹風氣潛熱后，不同規模合成氨裝置年節燃料煤量見表6。

表6 不同規模合成氨裝置回收吹風氣 潛熱年節燃料煤量 t

回收吹風氣潛熱不僅節能效果明顯，且有利于環境保護。按噸氨吹風氣量一般為2 015～2 250 m3(標態)、其中CO體積分數7%計，則噸氨排出的CO量為140.7～157.5 m3(標態)。回收吹風氣后，不同規模合成氨裝置年減少CO排放量見表7。

表7 不同規模合成氨裝置年減少CO排放量

回收吹風氣的余熱有顯熱與潛熱兩部分，顯熱原來一般都進行回收，現在回收主要指其潛熱部分。不同規模合成氨裝置回收吹風氣潛熱年經濟效益見表8。

表8 不同規模合成氨裝置回收吹風氣潛熱年經濟效益 萬元

7 增氧制氣工藝技術

為了提高固定層間歇氣化技術水平，增氧制氣工藝技術是在原有工藝操作的吹風、上行制氣和吹凈(回收)3個階段使用的空氣中補充部分氧氣，以適當提高空氣中的氧含量，使這3個階段工況向有利于氣化方向發展，從而達到節能減排增效的目的。

通過不少企業的應用與實踐，取得一定的成效，并證明該技術具有如下特點：①吹風階段增氧，可縮短吹風時間、提高單爐有效發氣量，減少吹風氣排放量及其帶出的熱量，減少CO2排放量；② 上吹階段加氮增氧，可使爐膛溫度保持得較高，并減緩氣化層溫度下降，提高蒸汽分解率，降低蒸汽消耗，尤其是使用活性差的劣質煤，其效果更突出；③吹凈階段增氧，可快速提高爐溫、縮短吹風時間；④改造簡單，對原有設備和操作程序改動較少，操作容易掌握。

以Φ2 800 mm造氣爐(循環時間120 s)為例，有、無使用增氧制氣工藝效果比較見表9。

表9 有、無使用增氧制氣工藝效果比較

根據一些企業使用增氧制氣工藝不同的結果，其效果為噸氨可節約原料煤(實物)40～70 kg(視不同企業原有消耗水平與使用原料煤情況)，噸氨蒸汽節約150～200 kg，噸氨節電8～10 kW·h，噸氨耗氧氣70～100 m3，單爐制氣強度可提高20%左右。

按電價格0.42元/(kW·h)、氧氣價格0.45元/(m3，標態) 計，噸氨成本可降低47.78元。不同規模合成氨裝置采用增氧制氣工藝年經濟效益見表10。

表10 不同規模合成氨裝置采用增氧 制氣工藝經濟效益 萬元

8 入爐蒸汽自調技術

該技術是對造氣爐入爐蒸汽(上吹和下吹)的用量隨著爐內氣化層溫度的變化而變化，實現蒸汽流量自動遞減調節。采用入爐蒸汽自調技術可達到以下效果：①提高蒸汽分解率，噸氨節約蒸汽150～200 kg(視使用不同原料煤而不同)；②降低了煤氣中蒸汽含量，經洗氣塔洗滌過程產生的廢水也相應減少，從而減少了廢水的處理量和污水排放量；③可縮短吹風時間1～2 s，提高單爐產氣量2%～5%。④可提高煤氣的氣質，其中CO2體積分數降低了0.3%～0.5%，噸氨原料煤耗降低了10～20 kg。

經測算，該技術按噸氨節約蒸汽180 kg、噸氨節約原料煤15 kg計，噸氨成本可降低38.85元。采用該技術后，不同規模合成氨裝置年經濟效益見表11。

9 蒸汽驅動空氣鼓風機

蒸汽驅動空氣鼓風機是利用蒸汽壓差通過蒸汽動力裝置(也稱蒸汽透平)取代電機來驅動造氣系統的空氣鼓風機，具有投資小、改造容易、節能效益明顯等優點。

表11 不同規模合成氨裝置年經濟效益 萬元

例如：造氣系統利用吹風氣余熱回收可副產的中壓過熱蒸汽(P=2.47 MPa，t=350 ℃或P=3.82 MPa，t=400 ℃)驅動造氣系統的空氣鼓風機，背壓出來的低壓過熱蒸汽(P=0.1～0.2 MPa，t=220～230 ℃)直接供造氣爐制氣使用(見圖1)，取得一舉兩得的效果，既可取代電機降低電耗，又得到用于制氣的低壓過熱蒸汽帶來的節能降耗效果。

圖1 過熱蒸汽驅動空氣鼓風機示意

經測算，噸氨電耗下降了40 kW·h左右，不同規模合成氨裝置節電年經濟效益見表12。

10 綜合優化控制技術

綜合優化控制技術是以爐況尋優控制為基礎，充分利用DCS控制系統集中管理，現場分布式控制的優勢，并采用網絡技術，實現油壓閥門控制、閥位檢測、自動加焦(煤)及自動出渣(灰)控制、爐條機轉速控制、汽包液位的自調、入爐蒸汽比例自調、氫氮比自調、氣化爐況的尋優等，從而有利于穩定氣化的各項工藝條件，并配備了氣化條件控制類信號、生產狀態監視類信號、安全生產監控類信號、氣質控制類信號等數據采集設施，全面實現控制、監視、監控整套生產系統，達到系統優化與安全生產。

表12 不同合成氨規模裝置節電年經濟效益 萬元

不少企業使用該技術后，取得以下明顯效果：①單爐發氣量普遍可提高8%以上，氣化強度≥1 300 m3/(m2·h，標態)；②原料煤消耗下降，噸氨原料煤耗普遍下降了4%以上，噸氨原料煤耗長期穩定在1 200 kg左右，達到行業先進水平。

使用該技術后的經濟效益，按噸氨節約原料煤50 kg、原料無煙煤價1 150元/t計，噸氨成本可降低57.50元，不同規模合成氨裝置年節煤量和經濟效益見表13。

表13 不同規模合成氨裝置年節煤量和經濟效益

2014- 04- 03，續完)