造氣系統節能增效技術分析(上)

顧華軍

(浙江紹興化工有限公司 浙江紹興312075)

於子方

(上海達門化工工程技術有限公司 上海200063)

0 前言

我國氮肥行業多年取得了很大發展，合成氨與尿素的產能及產量均居世界第一位。2013年合成氨產量61 977 kt，尿素產量67 066 kt,均創歷史新高。但由于多年快速增長，產能過剩的問題越來越嚴重，產銷矛盾加劇，產品市場價格下滑，企業效益明顯降低。2013年，氮肥行業主營業務收入為2 876億元，實現利潤66.4億元，主營業務收入利潤率僅為2.31%，虧損企業增加，行業虧損面為38.3%。因此，提高企業的經濟效益已是氮肥行業面臨的一項十分重要的任務。

合成氨生產中原料煤與電的成本占全部成本的70%左右，而造氣系統又是影響成本的主要系統，努力抓好造氣系統節能增效是提高企業經濟效益的主要環節。多年來，不少科研、設計、制造、生產單位不斷總結經驗，開發了行之有效的新工藝、新設備、新技術與技術革新措施，有效地提升了造氣系統生產技術水平，取得了節能降耗效果與經濟效益。現就造氣系統的10項主要技術措施進行技術經濟分析，供參考。

1 自動加焦(煤)技術

該技術是在原造氣爐加料口上增設機電一體化控制的自動加焦(煤)機及相關配套的料倉、探火孔等，取代原來停爐人工加焦(煤)的操作工藝方法。使用該技術后，對氣化生產操作帶來很多有利的效果。其主要效果：① 減輕了加焦(煤)操作工開爐蓋加焦(煤)的勞動強度，消除了開爐蓋、點火、加焦(煤)等環節存在的不安全因素，同時，有益于操作環境的清潔；② 減少了停爐開爐蓋加料次數，增加了有效制氣時間，提高了單爐產氣量，并減少因多次停爐開爐蓋加料所消耗的蒸汽損失；③ 克服了原來因爐面溫度變化幅度大而引起的爐況波動，減少了熱量損失，保證了氣化層的蓄熱量，使煤氣氣質穩定、有效成分高。某企業使用人工加焦與自動加焦技術效果比較見表1。

表1 某企業使用人工加焦與自動加焦技術效果比較

從表1中數據可看出，使用自動加焦(煤)技術后，噸氨入爐標煤耗降低了22 kg，蒸汽分解率提高了3.2%～4.0%，噸氨節約蒸汽80 kg左右。

按原料無煙煤價格1 150元/t(下同)、蒸汽價格120元/t(下同)計，噸氨成本可降低34.90元。不同規模合成氨裝置年經濟效益見表2。

表2 不同規模合成氨裝置年經濟效益 萬元

從以上分析可見：該技術對造氣系統穩定操作和安全生產、提高半水煤氣氣量和氣質、降低原料煤和蒸汽消耗、提高生產自動化水平、減輕勞動強度和改善環境十分有效。

2 自動出渣(灰)技術

該技術是在自動焦(煤)技術應用成功后，針對原來造氣爐排渣是在停爐狀況下進行排渣操作、避免停爐帶來的損失、提高造氣爐有效發氣量、減少熱量損失，并結合造氣系統生產自動化采用DCS，控制水平得到提高而研發。該技術在原造氣爐爐下2個灰倉增設了上、下2只閥門，并用油壓站的動力油來驅動；正常生產時上閥門處于開啟狀態，下閥門處于關閉狀態；此2只閥門互為聯鎖，生產中可同時關閉，但不能同時開啟。根據設定的頻率出渣，并由造氣爐DCS控制系統來控制，實現不停爐連續排渣。與造氣爐自動加焦(煤)機技術相配套，使氣化爐操作真正做到不停爐自動加料與出渣的連續生產過程。

通過不少生產企業的使用，證明該技術具有如下特點：

(1)取消了停爐排渣的時間，增加了造氣爐制氣時間。根據使用不同原料煤煤質的情況，每臺造氣爐每天可增加60～90 min制氣時間，即發氣量提高了4%～6%。

(2)減少了停爐排渣引起造氣爐的熱量損失。停爐排渣時，爐內部分熱量通過渣斗口散發而損失，自動出渣后就不存在這部分熱量損失。

(3)有利于造氣爐爐渣層與爐況的穩定。停爐排渣時，造氣爐內氣化層溫度大幅降低，剛開爐時由于氣化溫度低，導致氣化效率差，開爐運行幾個制氣循環后，氣化層溫度才能逐步恢復正常。自動出渣后避免了此情況，使氣化層溫度穩定，有利提高氣化效率、降低原料煤與蒸汽的消耗。

(4)環境污染得到明顯改善。停爐排渣時，灰塵飛揚，造成造氣區域的環境較差，同時煤氣外泄，周邊空氣中有害氣體含量常常超標，存在不安全因素。自動出渣后，明顯改善了生產操作現場環境，并解決了因煤氣的外泄而造成的不安全因素。

總之，該技術充分運用機電一體化科技，改變了傳統的人工出渣方式，有效地推動了工藝優化、減少熱損、提高氣化效率、降低消耗、改善了現場環境，對企業帶來較大的經濟效益與環保效益。

3 專用高效爐箅

爐箅是固定層造氣爐的核心部件，對煤氣發生過程起著非常重要的作用，過去采用的星形、傘形、塔形爐箅，在運行過程中存在較多問題(如風量不足、布風不勻、排灰破渣能力差、使用壽命短等)，嚴重影響造氣爐制氣能力的發揮，不少單位研究開發了各種不同結構型式的新型爐箅，如均布形、螺旋形及發展至今的專用爐箅和多邊多層爐箅等，對提高造氣爐的氣化強度和降低原料煤耗起了十分有效的作用。

使用效果：① 由于布風結構設計合理，使爐膛截面布風均勻；② 提高了通風面積，有利增大風量、提高煤氣發氣量；③ 提高了破渣與排渣能力，爐下帶出物減少；④ 使用壽命延長(以鑄鋼取代原來鑄鐵)，可達1年以上。

以某企業新、舊爐箅(Φ3 000 mm)使用情況對比為例(表3)，使用新爐箅后，造氣爐單爐的產氣量提高了22.2%，返焦率降低了18.5%，爐條機電流降低了25%。據統計，每臺造氣爐每月可增加經濟效益7萬元以上，全年增效77萬元以上。

表3 某企業新、舊爐箅(Φ 3 000 mm)使用情況比較

4 過熱蒸汽入爐制氣技術

該技術改變了傳統入爐用飽和蒸汽溫度低、含濕量高，而使制氣溫度下降快、爐溫波動大，造成蒸汽分解率低、蒸汽消耗大，而且使煤氣中過剩蒸汽較多，造成洗氣塔負荷增加、循環冷卻水用量增大等存在的問題，取得了提高蒸汽分解率、減少蒸汽消耗量以及減少循環冷卻水用量等節能降耗效果。

目前，企業用于制氣的過熱蒸汽溫度一般控制在200～250 ℃，在其他條件相同的工況下，其主要效果：①單爐產氣量提高10%～15%；②吹風時間縮短10%左右；③蒸汽分解率提高，噸氨耗蒸汽降低了250～300 kg；④ 噸氨耗循環冷卻水減少了15～20 m3。不同規模合成氨裝置采用過熱蒸汽制氣年經濟效益(僅節約蒸汽)見表4。

表4 不同規模合成氨裝置采用過熱蒸汽制氣年經濟效益 萬元

從以上分析可見，該項技術是改善制氣工藝、節能降耗和提高經濟效益的一項行之有效的技術措施。