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浅析造气工艺节能降耗相关因素及途径【摘要】：煤造气的节能降耗是合成氨厂生存和发展的关键。固定层煤气发生炉的气化效率直接影响到节能降耗，气化效率的高低受诸多因素制约，本文将从对原料的加工、流程的选择、设备的选型及工艺指标的制定等问题进行讨论。【关键词】：合成氨、节能降耗、气化效率Analysisofenergysavingandconsumptionreducingofgastechnology-relatedfactorsandwaysAbstract：Coalgasofsyntheticammoniaplantiskeytothesurvivalanddevelopmentofenergy-savingandconsumptionreduction.Fixedbedgasificationforgasfurnaceefficiencydirectlyaffectstheenergyconsumption,efficiencyofgasificationofhighandlowbyanumberoffactors,thisarticlefromthechoiceofrawmaterialprocessing,process,equipmentselectionanddevelopmentofprocessindicatorsofproblemdiscussions.Keyword：efficiencyofammonia,gasification,energy-savingandconsumptionreduction1引言自2007年国家对化肥行业的一些优惠政策进行了调整，加之近年来市场上优质无烟煤块日益供不应求，价格一再攀升，给我国化肥行业带来巨大的冲击，因此化肥企业必须走低成本高效率之路，最大化的利用现有资源，才能增强企业抵抗风险的能力。氮肥企业中，造气工序是整个生产流程的能耗龙头，生产成本占整个合成氨成本的60%--80%，因此降低造气成本就成为亟待解决问题的关键。2造气工段节能降耗相关因素2.1造气系统的硬件配置硬件配置是指造气工段必须具备不可或缺的设备，如造气炉及其附属设备、工艺管线等。1）炉型的选择。一要根据企业生产能力合理配置，不盲目上大同时保证全厂正常生产。二要根据原料煤的品质选型，在方便操作的前提下还要保证工况稳定，降低煤耗。2）室外设备的选择。室外设备应选择多炉联合余热回收，简化工艺流程。3）风机选型。根据炉型、原料煤的品质、厂房所处的地理位置选择适宜的风机。4）DCS系统配置应合理全面，并保证安装位置合理。通过DCS我们可以全面的了解造气炉的运行状况，换言之DCS系统是操作工的耳目，能帮助我们直观的了解造气炉的状态，帮我们分析及处理造气炉存在的问题，是造气工段必不可少的一部分。2.2造气系统的软件配置软件配置是指具有操作弹性的方面。1）原料煤的品质。不同的煤其固定碳、灰熔点、灰分、冷热强度等特性不同。优质原料其操作弹性大，产气稳定，产气量高。劣质煤其灰分高，灰渣多，产气少，炉况不稳定。2）操作工人的技术差异。操作水平的高低直接影响煤耗的高低。因此要求造气工段应量化考核各班组生产业绩，严格考核耗煤量及产气量，量化工资待遇，实行奖惩分明的考核制度。3）操作条件因地制宜。全国各地区煤质不同，因此要求操作方法及气化条件也应因地制宜，充分发挥厂区人才优势，制定适合自己企业的操作规程，能够根据煤质的变化适时调整生产工艺，达到理想的生产效益。4）加煤机的选型改造。选用自动加煤机可以实现不停炉加煤，增加单炉产气量，是煤气炉生产工况更加稳定。5）炉箅的选型。炉箅是造气炉的核心部件之一，其功能好坏直接影响到炉况稳定，也必然影响到节能降耗。6）车间管理的水平。造气技术人员的操作水准直接影响到该工段的能耗和产量，因此要求不论车间主任亦或是普通操作工人都应明确其职责和工作范围，做到有章可循，上下团结一致做好本职工作。3造气工段节能降耗的途径3.1原料的科学应用与加工以无烟煤块为原料的半水煤气发生炉是我国中小型化肥厂的首要气化设备。但是市场上无烟煤块供应趋紧，价格攀升。造成企业生产成本日益攀升，因此原料的科学应用与加工对节能降耗至关重要，它直接影响到煤气炉的气化效率，因此提出以下几点建议。1）提高炭层。在炉内结构尺寸允许的前提下，提高炭层高度。实验表明煤在缓慢加热过程中，可以很好地保持其形状，形成稳定多孔的类焦块，提高孔隙率，增加反应的比表面积，而在急剧加热过程中，将会形成大量的碎粉，难以形成稳定的块状。所以在采取较高炭层的情况下，较低的炉面温度，不仅可以减少气体带出的显热损失，还可以有效的减缓煤的热解过程，提高床层的透气性，防止气体分布不均，增大燃料内表面积，有利于燃料的热解。同时高炭层使煤的热解在床层的深部进行，即使产生部分破碎，也不容易被带出，可以有效地减少损失，减轻设备冲刷。而且高炭层还能有效的降低上行出气温度，减少下吹制气阶段对吹风蓄热的要求，有利于维持气化层高温和实现短循环制气，这将大大减少工艺恶化的几率，实现稳产、高产、低消耗。当炭层足够高时，其蓄热效果可以完全取代废热锅炉的作用，从而大大简化流程，减少设备购置和维护费用。2）块煤的粒径要分级。固体原料粒度大小和均匀性也是影响气化指标的重要指标的重要因素之一。○1粒度小，与气化剂（空气、蒸汽）接触面积大，气化效率和煤气质量好。但粒度太小，会增加床层阻力，不仅增加电耗，而且煤气带走灰渣也相应增多，这样会使上行煤气管道、分离器和换热器受到的机械磨损大，同时煤耗也会增大。○2粒度大，则气化不完全，灰渣中碳含量增加，消耗定额增加，易使火层上移，严重时煤气中氧含量会增加。○3粒度不均匀，由于气流分布不均匀，发生燃料局部过热、结疤或形成风洞等不良影响，无烟煤不超过120mm，焦炭不超过75mm。因此生产中应细化块煤粒径的分级，不要采取“一刀切”即粒径从0~200mm，不同粒径的煤尽量避免混合入炉，一般而言要分成大50~120mm、中30~50mm和小块煤15~30mm分别投入炉气化，并根据不同粒度调节吹风量。3）降低入煤炉的含粉量。单纯的以炉上带出物造成的热量损失并不很大，然而却对工艺的选择至关重要。过多的碎粉或大小块混杂，会造成燃料层的透气性变差，引起局部阻力增大，气体分布不均，使传热传质沿炉膛截面积分布不均，进而引起局部过热产生熔结。熔结过大的渣块，会进一步加剧气体分布不均，促使渣块进一步生长变大。当气体分布不均、恶化到一定程度，会使气流在某些局部形成束状流动，当燃料层发生错动时，碎粉被释放下来，并被吹出炉外，产生风洞现象，造成气体短路，气体成分严重变差，热损失增加，严重时会危及生产安全。所以入炉煤要通过多级筛选，控制入煤炉的含粉率在2%以下，减少气化炉吹风及上吹气阶段煤粉带出量，减小煤气炉的生产负荷。4）筛除煤矸石。煤矸石含碳量低，而且有些煤矸石的灰熔点低于块煤，进入造气炉后会影响煤的气化效果，因此应避免煤矸石入炉。5）煤种合理搭配。避免采用单一煤种单独气化的生产方式，将性质不同或者相反的煤种按照一定比例混合燃烧可以提高单一煤种造气的气化效果。6）煤棒的制作及合理利用。煤棒造气设备比较简单，投资少，占地面积小，加工容易，与块煤比较具有粒度均匀、孔隙多、不易结疤等特点。所产水煤气气质气量均能满足合成氨生产，同时可以充分利用吹风气及上吹阶段所带出的煤粉和块煤筛选出的煤粉，减少厂区煤粉堆积，减少浪费，并降低氮肥生产成本。3.2造气设备选型造气设备是造气车间必须的设备，造气设备的选型直接决定造气工段的工艺选择和生产流程，因此想要节能降耗就必须选择适合自己工况的造气设备。1）优化自动加煤工艺系统。自动加煤控制系统在合成氨行业中的应用，解决了煤气炉必须停炉加煤的问题使炭层和炉温更加稳定，进而稳定了气化层，实现气化炉在最优工况下连续生产，从而大幅提升单炉产气量，降低煤耗。同时自动加煤系统的采用可以实现DCS的联动控制，实现程序编程器的自动连锁控制，从而避免了不同操作人员的操作差异。2）优选专用炉箅。炉箅是煤气炉的核心部件之一，专用炉箅是指根据各企业的炉型、原料性质、炭层高度等参数设计的专用炉箅。优选炉箅应具备下述功能特点：一、布风合理，控制中心风量，加大外环区风量。二、通风面积大，从而满足煤气炉高负荷生产时所需要的通风量。三、使用寿命长，降低炉箅的更换频率。四、具备承渣、导渣、降渣、破渣、排渣的功能，且具有合理的通道折边设计，减少带出物。3)合理配置炉条机。从各方面调节入手，在保证下行温度、上吹百分比等指标的情况下，通过降低炉条机使用转速，降低下行带出固体物质、夹带显热和残炭。4）降低洗气箱阻力。洗气箱的作用除可以防止水煤气倒流外，还具有初步降温、洗涤、除尘的功能。研究表明同等条件下系统阻力越大则造气炉的产气量越低。而煤气管插入水槽的高度与系统阻力成正比，因此理想的水封高度是提高煤气炉产气量的有效途径。建议采用分布器代替简单的直管，因为分布器扩散面积远大于直管，可以减小洗气箱进口处的阻力。5）采用联合式套管废锅。传统造气炉的废热锅炉一般采用煤气显热回收火管式列管锅炉，存在传热系数低、管间结垢严重等问题，采用联合式套管废锅余热回收效果更完全，同时还具有阻力低不易积灰等特点。选择时应注意内部通道截面积要大于进口管的截面积以减小废锅阻力。6）洗涤塔的选型。洗涤塔种类繁多，且各有利弊，应根据传质冷却效果所要求的指标合理选择洗涤塔，因地制宜。3.3工艺流程的选择传统工艺流程技术落后，气化效果差，产气量低，煤耗高。因此选择合理的工艺流程对造气节能降耗也非常重要。1）保证炉况稳定安全运行的情况下，降低夹套高度，减少副产蒸汽，降低煤耗。2）流程上将各控制阀靠近炉体布置，节省气化剂，减少吹扫空间。3）减少炉子本体污水循环量，减少污水带出的热量。3.4工艺指标的制定工艺指标是否合理也至关重要，它直接影响到造气炉的节能降耗，因此不同的原料和不同炉型应采用不同的指标。1）吹风百分比。以获得较高的气化温度为原则，由风机性能及煤质确定。合适的吹风百分比是保证炉况、提高生产能力的重要环节。2）炉上温度。炉上温度是半水煤气生产中一个重要的工艺指标。炉上温度要求低于300℃，温度过高热损耗大。3）炉下温度。炉下温度的高低对于维持造气炉的正常工况，延长设备使用寿命及取得最佳发气量尤为重要。炉下温度要求维持在280~300℃，温度过低影响产气量。4）入炉蒸汽。在风量一定的情况下，蒸汽用量的大小直接影响炉况、产气量和气体质量。因此，调节好入炉蒸汽是稳产、降耗的关键一步。要求入炉蒸汽总管压力要恒定，同时根据半水煤气中CO2和CO量的变化确定蒸汽量。5）炭层高度。在生产中维持正常的炭层是稳定操作的一个重要方面。块煤为原料层高度控制在2300~2600mm，煤棒燃料层高度控制在2100~2400mm，过高，阻力大影响进风量，降低煤气炉负荷，过低则进煤频繁，影响炉况稳定。6）制气循环时间。循环时间的长短对稳定气化层温度有一定的影响。循环时间过长，造成气化层温度波动大，产气量变化也大。将循环时间改为120s。优点是气化层温度波动小，炉况更加趋于稳定，提高单炉产气量。7）炉渣。在间歇制气中，燃料不能被完全燃尽，最终形成灰渣残炭是无法避免的，这是由其工艺特点所决定的，而且这一过程发生在上吹制气阶段。上吹蒸汽对气化区的吸热最为强烈，气化区下部被迅速降温冷却，高温区上移。因而随着上吹的延长，气化区最下部粒度小、含碳低、蓄热少的燃料温度被降至燃点以下成为灰渣残炭。同时在沿夹套壁周围，燃料温度不易提高，燃烧不充分，当出现壁流时这部分燃料更易被熄灭而成为残炭。计算表明炉渣含碳量为15%（质量分数）左右最为经济，渣中含碳量每增加1%，吨氨煤耗增加约3Kg，并呈加速递增趋势。然而在没有合适的设备和工艺保证的前提下，过分追求低灰渣残度容易引起工艺恶化，反而可能引起消耗升高。所以控制在20%以下较为合理。3.5加强岗位管理有了好设备及合理的操作工艺指标，如果无法优质高效贯彻执行，节能降耗将是一句空谈。因此要求造气车间在技改的同时，也应加强操作