蒸汽遞減工藝在造氣系統(tǒng)的成功運用

向 宏(湖北新洋豐合成氨廠 湖北荊門448150)

湖北新洋豐合成氨廠造氣車間有Φ2 650 mm造氣爐14臺，共分4個單元：1#～4#造氣爐為一單元；5#～8#造氣爐為二單元；9#～12#造氣爐為三單元；13#～14#造氣爐為四單元。所用蒸汽由 1臺 45 t/h灰渣發(fā)電沸騰鍋爐和1臺35 t/h吹風(fēng)氣潛熱回收鍋爐提供。經(jīng)過自動加焦和自動下灰技改后，每班產(chǎn)172 t液氨由原來的長開13臺造氣爐減少至11.5～12.0臺造氣爐(隨季節(jié)氣溫變化加減爐)。2013年10月，利用大修之際，對1#～8#造氣爐實施了蒸汽遞減技改，經(jīng)過近2個月的調(diào)試，已順利投運，并取得了預(yù)期的效果。

1 蒸汽遞減設(shè)備安裝調(diào)試

蒸汽遞減技術(shù)是針對間歇式制氣時熱量隨制氣過程的進行逐漸消耗而減少原理，從而合理地逐漸減少入爐蒸汽壓力和流量，以滿足氣化反應(yīng)的熱量平衡，達到節(jié)能降耗的目的。湖北新洋豐合成氨廠造氣系統(tǒng)采用河北長佳公司的液壓蒸汽遞減技術(shù)。遞減閥為單插板液壓閥，安裝于單爐蒸汽總閥手輪前，在造氣中控室增加1臺控制柜和1臺顯示屏；造氣樓二樓自動下灰電磁閥站增加1只電磁換向閥。經(jīng)2013年11月17日和24日 2次設(shè)備調(diào)試后，25日投運正常。

2 蒸汽遞減工藝調(diào)整

(1)工藝參數(shù)調(diào)整。蒸汽遞減主要通過對上下吹的上下限、前保持時間、提前動作時間的參數(shù)調(diào)整來實現(xiàn)。為避免造成造氣爐的爐況大幅波動，蒸汽遞減工藝調(diào)整按照循序漸進的原則進行。自2013年11月25日至2014年1月19日，1#～8#造氣爐采用蒸汽遞減工藝后，共經(jīng)歷3次工藝參數(shù)調(diào)整(見表1)。

表1 蒸汽遞減閥工藝參數(shù)調(diào)整狀況

項 目2013-11-25至2013-11-31上吹下吹2013-12-01至2014-01-08上吹下吹2014-01-12至2014-01-19上吹下吹開度上限/%808060707060開度下限/%606025353530前保持時間/s303025252015提前動作時間/s111111

(2)蒸汽遞減閥動作情況。以表1中2014- 01- 12至2014- 01- 19工藝參數(shù)設(shè)置為例，1#～8#造氣爐在中控計數(shù)機和電磁換向閥控制下，二次上吹結(jié)束前1 s蒸汽遞減閥開度由100%降至上吹上限70%，經(jīng)過前保持時間20 s后開始遞減，8次遞減后蒸汽遞減閥開度降至35%；上吹結(jié)束前1 s蒸汽遞減閥開度升至下吹上限60%；下吹15 s后開始遞減，經(jīng)8次遞減后蒸汽遞減閥開度降至30%；下吹結(jié)束前1 s蒸汽遞減閥升至100%，二上吹結(jié)束前1 s蒸汽遞減閥降至上吹上限70%；蒸汽遞減閥如此周而復(fù)始自動運行。

3 運行效果

(1)入爐蒸汽壓力對比。造氣系統(tǒng)4個單元蒸汽管網(wǎng)全部連通，因而各單元造氣爐入爐前蒸汽壓力基本相同。2014年1月12日12:00，同時對采用蒸汽遞減工藝的2#造氣爐與未采用蒸汽遞減工藝的12#造氣爐入爐蒸汽壓力(因單爐未安裝流量計，所以瞬時蒸汽流量無法對比，2#和12#造氣爐入爐蒸汽壓力表比其他造氣爐壓力表更準(zhǔn)確)進行對比(表2)。

由表2可以得到，采用蒸汽遞減制氣可使入爐蒸汽隨制氣的進行逐漸遞減(幅度達0.06 MPa)，而未采用遞減工藝的造氣爐其蒸汽壓力無大的變化。

表2 采用與未使用蒸汽遞減工藝的入爐蒸汽壓力對比MPa

項 目上吹壓力開始末尾下吹壓力開始末尾2#造氣爐0.0240.0180.0220.01712#造氣爐0.0320.0300.0320.031

(2)蒸汽消耗。為檢驗蒸汽遞減工藝效果，對1#～7#造氣爐未采用蒸汽遞減工藝(1月10日至11日)和采用蒸汽遞減工藝(1月16日至17日)時有關(guān)參數(shù)進行了對比(造氣減壓前蒸汽總管及潛熱崗位蒸汽過熱器出口管各安裝1臺蒸汽流量計，兩者合并統(tǒng)計，且為單班所消耗兩鍋爐蒸汽流量總和，夾套副產(chǎn)蒸汽因無流量計未納入統(tǒng)計，1月 10日至19日8#造氣爐因檢修未開)，采用與未采用蒸汽遞減工藝有關(guān)參數(shù)對比結(jié)果見表3。

表3 采用與未采用蒸汽遞減工藝有關(guān)參數(shù)對比結(jié)果

項 目氨產(chǎn)量/t單班消耗蒸汽總量/t單班/(臺·時)單班臺產(chǎn)氨量/(t·h-1) 未采用蒸汽遞減工藝1月10日A班171.2330.193.51.831B班172.0320.393.51.839C班171.9301.696.51.7811月11日A班171.5291.093.01.844B班172.0312.293.01.849C班171.5294.292.01.864 采用蒸汽遞減工藝1月16日A班171.4260.791.51.873B班169.9272.991.51.857C班168.5259.090.51.8621月17日A班171.1278.090.01.900B班169.3278.089.51.891C班170.4273.890.51.880

從表3可看出：1#～7#造氣爐長開、未采用蒸汽遞減工藝制氣時，2014年1月10日至11日合成氨系統(tǒng)產(chǎn)氨量為1 030.1 t，消耗蒸汽1 849.4 t，噸氨造氣系統(tǒng)耗蒸汽1.793 t，單爐臺時產(chǎn)氨量為1.835 t；1#～7#造氣爐長開并采用蒸汽遞減工藝制氣時，2014年1月16日至17日合成氨系統(tǒng)產(chǎn)氨量為1 020.6 t，消耗蒸汽1 622.4 t，造氣噸氨耗蒸汽1.590 t，單爐臺時產(chǎn)氨量為1.878 t。故 1#～7#造氣爐長開，采用蒸汽遞減工藝制氣時與未采用蒸汽遞減時比較：噸氨蒸汽消耗降低203 kg,單爐臺時產(chǎn)氨量提高43 kg。

(3)半水煤氣氣質(zhì)對比。2014年1月13日20：00以及2014年1月17日0：30，分別對采用蒸汽遞減工藝的一單元(1#～4#造氣爐)和未采用蒸汽遞減工藝的三單元(9#～12#造氣爐)的半水煤氣分別在單元洗滌塔取樣分析1次，半水煤氣成分對比見表4。

(4)工藝參數(shù)對比。對一單元(1#～4#造氣爐)

表4 采用與未采用蒸汽遞減工藝半水煤氣成分對比

項目半水煤氣成分/(%,體積分數(shù))CO2O2COH2N2CH413日20:00一單元11.20.226.438.421.32.5三單元11.40.225.437.423.62.017日0:30一單元11.00.226.638.321.42.4三單元11.20.224.638.423.62.0

2014年1月10日至11日(未采用蒸汽遞減工藝)和1月16日至17日(采用蒸汽遞減工藝)每日12：00的有關(guān)參數(shù)分析對比見表5。

(5)煤耗對比。2014年1月17日11：25，分別對一單元、三單元(均使用500型風(fēng)機)爐灰渣取樣分析，一單元(1#～4#造氣爐)采用蒸汽遞減工藝的造氣爐灰渣疤塊均勻、細灰少，灰渣含碳質(zhì)量分數(shù)比三單元平均低1.5%；在三、四單元開爐4.5～5.0臺的情況下，1月16日至17日1#～7#造氣爐采用蒸汽遞減工藝時與1月10日至11日1#～7#造氣爐不采用蒸汽遞減工藝時對比，噸氨煤耗平均降低了27 kg。

表5 一單元采用與未采用蒸汽遞減工藝有關(guān)參數(shù)對比

項目 1月10日吹風(fēng)/s上吹/s轉(zhuǎn)速/(r·min-1)1月11日吹風(fēng)/s上吹/s轉(zhuǎn)速/(r·min-1)1月16日吹風(fēng)/s上吹/s轉(zhuǎn)速/(r·min-1)1月17日吹風(fēng)/s上吹/s轉(zhuǎn)速/(r·min-1)1#造氣爐2337 40022 37 40022 37 530 22 37 450 2#造氣爐23 37 530 23 37 50022 37 550 22 37 6003#造氣爐23 37 37023 37 38022 37 380 22 37 3804#造氣爐24 37 38024 37 350 23 37 380 23 37 400上行煤氣溫度/℃352^332 320^302355^345355^347下行煤氣溫度/℃172^168 172^158 174^168 181^171

注：上、下行煤氣溫度分別是指這4臺造氣爐上、下行煤氣溫度的最低和最高值的平均值。

(6)爐況及發(fā)氣量對比。2014年1月10日至11日未采用蒸汽遞減工藝，一單元、二單元造氣爐多次出現(xiàn)爐況波動現(xiàn)象，炭層下降不均勻，爐條機轉(zhuǎn)速無法穩(wěn)定。爐條機的轉(zhuǎn)速稍加快時，則灰渣層變薄、氣化層變薄下移、灰倉溫度迅速上升(氣化劑偏流嚴重，經(jīng)常出現(xiàn)偏灰現(xiàn)象，無灰一側(cè)扒爐時多為整塊燒流紅疤；炭層厚度下降較快，灰渣量大，灰渣中殘?zhí)剂枯^高，甚至有小塊煤棒夾雜其間)，造氣耗煤量明顯過大，造氣爐負荷變輕的癥狀；爐條機轉(zhuǎn)速稍減慢時，則灰渣層增厚、氣化層增厚上移、炭層下降緩慢，爐面四周燃紅，甚至爐箅風(fēng)帽上部穿洞；上行煤氣溫度迅速上升，下行煤氣溫度迅速下降，插爐時氣化層存在局部疤塊。1月12日采用蒸汽遞減工藝后，爐況逐漸穩(wěn)定，上、下行煤氣溫度正常，炭層下降均勻，灰渣、氣質(zhì)氣量等都顯著改善。在入爐原料煤煤質(zhì)不變、產(chǎn)量相同情況下，采用蒸汽遞減工藝后，每班少開約2臺·時；按噸氨消耗半水煤氣3 200 m3(標(biāo)態(tài))推算，單爐發(fā)氣量由5 870 m3/h增至6 009 m3/h。

4 小結(jié)

造氣爐采用蒸汽遞減工藝后，半水煤氣氣質(zhì)改善，其中CO2體積分數(shù)降低了0.2%左右，有效氣體(CO+H2)體積分數(shù)上升了2.0%左右；吹風(fēng)時間減少了1 s，延長了制氣時間；造氣爐上行煤氣和下行煤氣溫度均上升，且其波動幅度縮小了10 ℃ 左右；可使氣化層增厚，爐內(nèi)氣化層溫度上升且蓄熱能力增強；在縮短吹風(fēng)時間的基礎(chǔ)上，爐條機轉(zhuǎn)速可適當(dāng)加快，造氣爐負荷明顯增大。即使造氣系統(tǒng)在因限產(chǎn)未滿負荷生產(chǎn)，在保證長開一、二單元7臺造氣爐(預(yù)留1臺采用蒸汽遞減工藝的造氣爐檢修)采用蒸汽遞減工藝，其他未采用蒸汽遞減工藝的三、四單元開爐4.5～5.0臺的情況下，按每年生產(chǎn)天數(shù)300 d、合成氨產(chǎn)量150 kt/a、蒸汽價格100元/t、煤棒價格900元/t計，則年可節(jié)約蒸汽費用304 500元；年節(jié)約煤棒費用364 500元，合計66.9萬元。