蒸汽遞減系統(tǒng)在間歇式固定床制氣中的應(yīng)用

馮俊香(山西晉豐煤化工有限責(zé)任公司技術(shù)中心 山西 高平 048400)

合成氨行業(yè)在中國已經(jīng)走過了幾個多世紀的歷程，這幾個多世紀的歷程中，合成氨行業(yè)也經(jīng)歷了不斷摸索、不斷成長的發(fā)展歷程，以使用原料不同，有煤制氨和天然氣制氨兩種工藝。天然氣制氨裝置具有能耗低、投資省的特點。自天然氣生產(chǎn)合成氨工藝的開發(fā)及天然氣的大規(guī)模開采以來，國外絕大多數(shù)合成氨生產(chǎn)以天然氣為原料，然而受原料結(jié)構(gòu)限制及我國富煤、貧油、少氣的國情限制，我國的合成氨行業(yè)大都是以煤為主 [1]。

煤氣化工藝迄今為止有百種左右，以壓力控制方式分類煤氣化分為常壓氣化法和加壓氣化法；根據(jù)排渣方式，煤的氣化可分為固態(tài)排渣氣化法和液態(tài)排渣氣化法；按煤在氣化爐中的運動和接觸方式，分為移動床氣化，流化床氣化，氣流床氣化，熔融床氣化。

煤氣化工藝包括：常壓固定層間歇式無煙煤（或焦炭）氣化技術(shù)、常壓固定層無煙煤（或焦炭）富氧連續(xù)氣化技術(shù)、魯奇固定層煤加壓氣化技術(shù)、灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)、恩德沸騰層（溫克勒）粉煤氣化技術(shù)、GE德士古（Texaco）水煤漿加壓氣化技術(shù)、多元料漿加壓氣化技術(shù)、多噴嘴（四燒嘴）水煤漿加壓氣化技術(shù)、殼牌（Shell）干煤粉加壓氣化技術(shù)、GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)、兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)、四噴嘴對置式干粉煤加壓氣化技術(shù)，幾乎是國外有的煤氣化技術(shù)我國都有，國外沒有的煤氣化技術(shù)我國也有。

一、固定床制氣工藝

固定床間歇制制氣工藝是合成氨行業(yè)中最古老且最成熟的工藝，盡管2006年7月，國家發(fā)改委1350號文件中明確限制了固定床在新建項目中的使用，但是常壓固定床間歇造氣工藝在我國目前的合成氨煤氣化裝置中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，從各項技術(shù)、經(jīng)濟指標來看，與目前其他先進的煤氣化工藝相比，固定床煤氣化技術(shù)雖然有所落后，但技術(shù)、經(jīng)濟指標仍然具有一定的競爭力[2]。到2010年，我國共有362家企業(yè)采用無煙塊煤固定床間歇式煤氣化工藝生產(chǎn)合成氨占全國合成氨總量的67%。作為合成氨的主導(dǎo)工藝，一時間淘汰是不可能的，所以這些企業(yè)唯有逐步節(jié)能降耗，提高制氣效率。煤氣爐入爐蒸汽流量遞減裝置（簡稱蒸汽遞減裝置）在制氣的應(yīng)用即是一個途徑。

二、制氣流程

固定床間歇制氣流程有：吹風(fēng)階段、上吹制氣階段、下吹制氣、二次上吹、空氣吹凈階段。其中吹風(fēng)階段發(fā)生的是氧化反應(yīng)，是提高燃料層的溫度（積蓄熱量），進入上吹階段通入水蒸氣和空氣，由于水蒸氣溫度較低與氣化反應(yīng)都需要吸收大量的熱，會降低氧化層的溫度，下吹制氣階段，繼續(xù)制氣，溫度繼續(xù)降低，其中二次上吹和吹凈階段在整個制氣周期中是很短的，這兩個階段是制氣的補充，是為了防止內(nèi)部的煤氣與下一周期的上吹反應(yīng)氣體混合，發(fā)生爆炸。

在制氣反應(yīng)中，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以提高溫度有利于反應(yīng)的進行，而蒸汽的通入由于溫度低，所以蒸汽的通入量會影響反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，同時進入下吹制氣階段的爐層溫度更低，如果繼續(xù)按原劑量通入蒸汽，必然會造成整體制氣效果的下降與蒸汽的浪費。

三、蒸汽遞減系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

蒸汽遞減即入爐蒸汽的流量隨著爐內(nèi)溫度而變化，會給制氣帶來兩方面的優(yōu)勢：

1.提高爐內(nèi)溫度：爐層溫度在上吹階段結(jié)束時達到最高，隨著蒸汽通入量的減少，用于蒸汽氣化的熱量相對減少，同時的爐內(nèi)熱量消耗較少，爐內(nèi)整體溫度較蒸汽流量一致時要高，爐溫的高溫狀態(tài)保持了較高的產(chǎn)氣率。

2.蒸汽用量的減少：上吹制氣階段結(jié)束以后，進入下吹制氣階段，爐溫逐漸降低，隨著反應(yīng)層的下移下部溫度最高，這時下吹蒸汽流量應(yīng)控制最大，隨著下吹階段時間的延續(xù)，爐溫逐漸降低，蒸汽的流量也應(yīng)隨之減少。在制氣階段的后期爐溫會逐漸降低，如果蒸汽流量保持不變，不僅會浪費蒸汽，還會使爐溫大幅降低，而且?guī)硪幌盗械膿p失。

3.閥門控制：當吹風(fēng)完成進入上吹階段后，爐內(nèi)反應(yīng)層溫度最高，這時上吹蒸汽流量應(yīng)控制最大，上吹完成進入下吹階段后，隨著反應(yīng)層的下移下部溫度最高，這時下吹蒸汽流量應(yīng)控制最大，隨著下吹階段時間的延續(xù)，爐溫逐漸降低，蒸汽的流量也應(yīng)隨之減少，相應(yīng)閥門應(yīng)該減小開度[3]，經(jīng)多次實踐，我公司采用的是定位式油壓調(diào)節(jié)閥效果比較好，具體流程圖如下：

小結(jié)

蒸汽遞減系統(tǒng)對于固定床間歇制氣工藝來說，確實起到了減少了蒸汽用量，提高氧化層溫度，提高制氣效果的作用，在一定程度上彌補了工藝本身的不足，但是蒸汽遞減系統(tǒng)探頭的設(shè)置是與上下行溫度有關(guān)，不是一層不變的，所以在使用蒸汽遞減系統(tǒng)的時候必須保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定,如果不穩(wěn)定，還是斟酌使用。

[1]周大明.對間歇氣化煤氣爐經(jīng)濟運行的幾點看法[J].全國造氣技術(shù)通訊，2012(1):3-7.

[2]王毅.晉城礦區(qū)“三高”劣質(zhì)煤資源開發(fā)與利用探討[J].煤化工，2011(10):1-4.

[3]劉剛，張宇.間歇式固定層造氣爐入爐蒸汽量遞減調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行總結(jié)[J].小氮肥，2013(41):21-22.