造氣流程的簡化優(yōu)化和操作方法的改進

周生賢，肖廣苓

（山東濟氮研究所，山東微山 277600）

我國大多數(shù)中小型甲醇、合成氨企業(yè)仍然采用間歇式造氣爐制取煤氣、半水煤氣。而所采用的流程也大同小異。操作也大多數(shù)沿用傳統(tǒng)的操作方法。為了進一步節(jié)能降耗，提高裝置的生產(chǎn)能力，絕大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)對造氣系統(tǒng)進行了各種改造，也相應對操作方法作了調整，并取得了明顯效果。

山東濟氮研究所經(jīng)過深入研究特推出以下工藝流程，并提出改進的操作方法，供廣大合成氨、甲醇企業(yè)參考、選用。這些技術經(jīng)過多家企業(yè)生產(chǎn)實踐的驗證，取得了明顯的經(jīng)濟效益。

1 簡化、優(yōu)化造氣工藝流程

1.1 多臺爐共用一臺除塵器、一臺廢鍋、一臺洗氣塔，或者再簡化為多臺爐共用一臺綜合器，集除塵、余熱回收、降溫于一體

采用間歇式氣化裝置制取煤氣、半水煤氣的企業(yè)，絕大多數(shù)仍然采用每臺爐配備一臺除塵器、一臺廢鍋、一臺洗氣塔的流程。這種經(jīng)典流程存在如下缺點，即系統(tǒng)阻力較大，設備利用率低，占地面積較大等。我所經(jīng)過潛心研究，開發(fā)出多臺爐共用一臺除塵器、一臺廢鍋、一臺洗氣塔或共用一臺綜合塔的簡化流程（該綜合塔集除塵、熱回收、降溫為一體，取消原單臺爐設置的除塵器、廢鍋、洗氣塔等）。以上兩種流程均在生產(chǎn)廠家成功應用，取得顯著的節(jié)能效果。多臺爐并聯(lián)時，支管向總管碰頭原均為T型連接，為了減少系統(tǒng)阻力，現(xiàn)全部改為Y型連接。上行、下行煤氣管、吹風氣回收管等管道均走造氣樓三樓樓頂，直入三合一綜合塔。節(jié)省管架。

此方案優(yōu)點如下：

（1）系統(tǒng)阻力大大減?。?/p>

（2）設備利用率高；

（3）簡化了工藝流程；

（4）占地面積較?。?/p>

（5）布局合理；

（6）煤氣管道和吹風氣回收管道全部鋪設在造氣樓房頂，節(jié)約管架。

1.2 下行煤氣管和上行煤氣管連接位置

原設計的造氣爐，上行煤氣出口設在爐上部側面，即側出。為了進一步減小阻力，提高炭層，增加煤氣產(chǎn)量，現(xiàn)在大部分廠家將上行煤氣出口設置在爐頂部，即頂出，但下行煤氣管和上行煤氣管碰頭位置，各廠不相同。

為了進一步減小阻力，節(jié)約材料，筆者認為，連接三通應在高處，且和上行管道在同一水平，同一高度上。在造氣廠房房頂水泥面上平放鋪設，省掉管架的設置，上下行煤氣混合后，直接進入三合一綜合塔。

1.3 增設吹凈副線

原設計的吹凈流程路線，下行煤氣閥至上行煤氣管接頭三通處的一段煤氣管內，在下吹制氣時，存滿了高質量的水煤氣。原設計的吹凈流程吹不到上述一段盲腸管。當吹風氣回收閥開啟時，由于吹風氣回收階段系統(tǒng)呈負壓，所以便將此煤氣吸入吹風氣系統(tǒng)的燃燒爐燒掉，產(chǎn)生蒸汽。這樣就使得優(yōu)質煤氣不能去后系統(tǒng)合成氨或甲醇，降級使用了無煙煤，造成資源浪費。

改造方法為，從上行煤氣閥后緊貼閥體接一管（φ108mm）到下行煤氣閥后。吹凈一開始，就先徹底吹干凈盲腸中的煤氣。避免在吹風氣回收時，負壓抽走該死角的高質量煤氣，去吹風氣系統(tǒng)產(chǎn)生蒸汽。

此管不可有彎管，應和原吹凈氣體流向一致，以免出現(xiàn)渦流，吹不凈。

1.4 吹風閥位置的設置

現(xiàn)有間歇式煤氣發(fā)生爐，其吹風閥、下行煤氣閥和爐底的連接采用Y型連接，上行蒸汽閥在吹風閥后從上部插入吹風管。這種流程的缺點是，在吹風時，空氣當中有20%左右的O2，由于O2、N2均系大分子，容易下落到管道的底部，而當由吹風變上吹時，蒸汽因分子量較小，易聚集在管道上部進入造氣爐。無法將下部殘留的O2全部吹入造氣爐內燃燒。下吹時，此管內有O2、N2存在，會被煤氣帶入氣柜，造成煤氣內O2、N2含量升高。據(jù)測定，僅此一處，有時可使煤氣中的O2增高0.2%～0.3%。這些O2到變換催化劑層氧化而放熱，變換被迫多加蒸汽，造成蒸汽消耗增高。同時造成過剩蒸汽冷凝水外排，給環(huán)保帶來負擔。

我們的做法是，將爐底三通管改造為單管，即將下行煤氣管當成主管道，吹風閥接管蹲在下行煤氣管上部，緊靠下行閥；上吹蒸汽管、閥緊靠下行煤氣閥。因吹風閥蹲在下行煤氣管上，O2系大分子，極易下落到主管線內。變上吹時極易被蒸汽吹入造氣爐內燃燒，可使氧含量降低0.2%～0.3%，減少了變換的蒸汽消耗，同時也避免了因過剩蒸汽冷凝水外排給環(huán)保帶來的負擔。N2含量的增高也降低了煤氣的質量，使醇后的放空量增大。

1.5 吹風氣回收閥位置的設置

在吹風氣回收流程中，吹風氣回收閥和上行煤氣閥的相對位置往往被人忽略。殊不知位置擺放得不同，對生產(chǎn)消耗的影響不一樣。上吹煤氣閥和管道應安裝在吹風閥和吹風管的上部。因為在吹風氣當中，大部分是CO2和N2，均為大分子，容易下沉；而上吹煤氣中有大量的H2，系小分子，容易積存在最上部，所以吹風氣回收時，吹風氣回收閥和管道放在下部，其吹風氣中的N2、CO2等大分子自然下落到底部，而其中含有的少量H2在吹風氣管道中自然上升，存儲在管道的上部。在吹風氣回收時自然將N2、CO2等大分子吹至吹風氣回收工段或放空，在上吹制氣時，將頂部H2隨煤氣帶入氣柜。減少燃氣鍋爐燒有效氣的量。而煤氣中少量大分子的N2、CO2等下降到管道底部，待吹風氣回收時，將大分子的N2、CO2吹入吹風氣回收系統(tǒng)，相對提高了煤氣的質量。

以上改進后的流程在全國多廠應用，均達到預期效果。

1.6 爐底、灰箱等吹凈空氣死角措施

現(xiàn)有的造氣爐所生產(chǎn)的煤氣中，尚含有0.2%～0.5%的氧氣，正常情況下，這少量氧氣基本是在吹風和空氣吹凈時殘留在爐底和灰箱等死角，下吹時被煤氣帶入系統(tǒng)的。這少量氧氣隨著煤氣送到變換催化劑層，使其溫度升高，需多加蒸汽壓低變換爐溫，這不僅多浪費蒸汽，而且還頂高了系統(tǒng)壓力，形成壓差，造成高壓機二段出口到三段入口壓差大，打氣量降低，高壓機電機電流增高，電耗增加；更為嚴重的是氧的吃氫反應，造成原料煤耗增高；煤氣氧含量高，亦是事故隱患，不安全。由此可見，清除煤氣中的殘余氧氣是必須的。產(chǎn)生的效益也是十分明顯的。具體做法是增設吹凈空氣副線。選用φ15～φ75mm的無縫鋼管及相應閥門，從上吹蒸汽閥后接至爐底和灰包即可，無縫鋼管、閥門均可選用廢舊材料。

該項技術在重慶、河北、山東等十余家化肥企業(yè)應用，均收到了顯著的效果，煤氣氧含量降低到0.1%，變換系統(tǒng)噸氨節(jié)約外供蒸汽200kg以上。

氧氣吹凈了，氮氣也吹徹底了。此項改造更適合甲醇造氣爐。因為吹凈了氮氣，避免了甲醇合成系統(tǒng)氮氣累積增高的無功循環(huán)，降低了系統(tǒng)壓力，降低了甲醇循環(huán)機的電耗。同時也解決了壓縮機各段壓力憋高的問題，明顯提高了打氣量，大幅度降低了甲醇生產(chǎn)的電耗。甲醇合成工段減少放氮損失，降低了原料消耗，提高了甲醇產(chǎn)量。

1.7 爐底吹灰的改進

改水吹灰為氣吹灰?？车魶_灰水封，利用吹風、上吹、下吹階段不間斷吹灰，使細灰不滯留。采用此法，避免爐底熱量被涼水帶走，緩解爐底腐蝕，節(jié)約用水。

2 改進工藝操作

2.1 控制薄炭層是爐況穩(wěn)定的關鍵

當前，全國諸多甲醇廠、氮肥廠都不同程度存在灰渣層偏厚的現(xiàn)象。特別是操作工，擔心燒壞爐箅，又怕下紅火，溜生炭，對灰渣層的控制是寧厚勿薄。所以大多數(shù)甲醇廠、氮肥廠氣化層容易偏上，不利于制氣。因為灰渣層過厚，阻力大，氣化劑不易通過，不利于制氣，產(chǎn)氣量小，氣質差，爐況不易穩(wěn)定。

渣層厚，氣化層上移，容易造成氣化層不規(guī)整，偏爐。爐條機轉動也不易松動氣化層的下沿成渣區(qū)，上吹蒸汽也不容易將渣吹出氣孔，容易造成渣很硬，還下黑炭、出現(xiàn)風洞、溜生炭、氣化層亂等不正?，F(xiàn)象。所以，氣化層位置對煤氣爐的產(chǎn)氣量及氣質有非常大的影響，灰渣過厚，不利于氣質、氣量及爐溫的穩(wěn)定，所以應該保持較薄的灰渣層。根據(jù)筆者在有關廠家的實驗結果，渣層一般控制在150±50mm為好，盡量按下限指標控制。

有人擔心渣層減薄會影響渣的質量，或破壞爐況的穩(wěn)定。筆者在這里提出 “工藝造渣”理論，供各位專家、同行參考。正像鍋爐鏈條爐排一樣，煤燃盡又達到成渣溫度即可成渣。由于爐排轉動作用于熔融發(fā)粘的薄渣層，使渣松動裂成碎塊。同理，造氣爐 “工藝造渣”就是由于爐條機轉動才波及到成渣區(qū)，使熔融狀態(tài)的渣一直呈動態(tài)，在爐條機轉動的作用下，熔融發(fā)粘的薄渣層松動、分裂成為小碎塊。每個循環(huán)的吹風空氣和上吹蒸汽也容易直接串入熔融的成渣區(qū)，故形成了蜂窩狀的小碎塊。這與鍋爐成渣的質量相比并不差。事實也證明穩(wěn)定的薄渣層形成的渣為蜂窩狀的小碎塊。

較薄的灰渣層具有如下的優(yōu)點。

（1）灰渣層薄，便于提高爐溫，減少大疤塊的形成

由于灰渣較薄，入爐空氣的富氧區(qū)直接在氣化層的下沿，有利于提高爐溫，上吹蒸汽以較短的時間及較小的壓差到達氣化層，易使氣化層下沿呈熔融狀態(tài)的渣吹成蜂窩狀的小渣塊，使燃燒徹底，達到 “工藝造渣”的目的。不會形成較大的疤塊而影響爐況穩(wěn)定。

（2）穩(wěn)定偏下限氣化層，杜絕吹翻、掛爐

灰渣層較薄，氣化層在下部，使氣化劑流過氣化層時阻力減小，而且較為均勻。升溫、降溫過程相對平穩(wěn)，形成的小渣塊也起到了均勻布風的作用，這樣有利于氣化層的穩(wěn)定。阻力的均勻也保證了爐子不會吹翻。氣化層在下部，夾套以上溫度較低，不是熔融狀態(tài)，也就不存在掛爐現(xiàn)象。

（3）薄灰渣層有利于氣化劑的均勻分布

上吹和吹風首先由爐柵進行布風，“工藝造渣”形成的小渣塊能夠起到二次均勻分布氣化劑的作用。因為氣化層在偏下部，下吹要通過較厚的熱炭層才能到達氣化層，氣化劑流程的加長和與較厚炭層煤塊的接觸有利于下吹蒸汽的均勻分布，也有利于氣化層的規(guī)整和爐況的穩(wěn)定。所以，氣化層適當偏低，下吹蒸汽通過氣化層分布得更均勻。

（4）薄灰渣層有利于提高氣質、發(fā)氣量，減少副反應

實驗證明，CH4生成主要是在800℃左右的溫區(qū)。氣化層控制在底部，灰渣層維持較薄，從氣化層1 200℃左右的溫度降至200℃，降溫迅速，800℃區(qū)域較小?？刂戚^低的爐上溫度，適合生成CH4的溫度800℃區(qū)域小了，大大降低了生成CH4及C2H2的副反應。提高了發(fā)氣量，降低原料煤的消耗。

大家知道，生成一分子CH4，浪費一分子CO和兩分子的H2，因此，降低CH4和C2H2是不容忽視的。

因為灰渣層較薄，高溫區(qū)在爐子的下部，當蒸汽進入后，能很快和炭發(fā)生反應，即

C＋H2O ===CO＋H2

渣層薄，氣化層控制在底部，易控制較高爐溫，充分保證蒸汽與炭反應較完全，提高蒸汽分解率的同時也提高了H2的含量，增加了CO含量，提高了煤氣質量，增加了單爐發(fā)氣量。

（5）控制薄炭層，氣化層偏下控制，減少返炭，降低消耗

渣層太厚，爐柵轉動松動不了厚渣層和氣化層，所以產(chǎn)生大疤。大塊渣在隨爐柵轉動時或在渣塊破裂時，不能平穩(wěn)地托住氣化層，在裂縫中和塊與塊之間有大量未燃盡的殘?zhí)可踔辽柯┤牖抑校瑖乐赝{氣化層的穩(wěn)定，使灰渣的返碳率大大增高，消耗升高?；以鼘虞^薄，氣化層在底部，通過 “工藝造渣”形成較小且粒度均勻的渣塊，在落灰過程中，較穩(wěn)定地承載氣化層，這樣一方面保證了氣化層的穩(wěn)定，另一方面不存在大的裂縫，也就不會漏炭，相應降低原料煤的消耗。

2.2 三個一操作法簡述

為進一步穩(wěn)定爐況，簡化工藝指標，便于煤氣爐正常運行，筆者提出三個一操作法，即一個指標，一個措施，一個手段。

這對甲醇廠、氮肥廠穩(wěn)定操作，提高發(fā)氣量，降低煤耗有一定的積極作用?，F(xiàn)將部分內容簡述如下，供有關甲醇、氮肥企業(yè)參考。

（1）一個指標

一個指標是指在爐箅風帽頂端增設一測溫點，作為主要指標，也叫渣標，稱基礎指標。具體位置在造氣爐箅風帽頂尖端表面。由于測溫點套管鑄造在風帽頂內，該測溫點背向吹風，極少受吹風的低溫影響，同時上下氣流互相轉換頻繁，時間甚短，受交換氣流溫度變化影響的只是它的表面。其主要熱量來源為氣化層的輻射熱和下吹時從氣化層帶出的熱及渣層的傳導熱，所以其溫度相對穩(wěn)定、準確。

其溫度的高低代表了四層意義，具體如下：

一是能表征氣化層溫度的高低；

二是能表征氣化層位置的高低；

三是能表征灰渣層的厚??；

四是能表征灰渣的質量。

看下灰情況，只要有渣塊，不管大小，都說明氣化層溫度在高限，微超灰熔點了。煤氣質量是較高的，造氣爐操作穩(wěn)定之后可以以此溫度為基礎來控制爐況。

（2）一個措施

一個措施就是連續(xù)均勻的大拉爐條機。在工藝條件合理、原料煤沒有大波動的條件下，爐條機應該是連續(xù)均勻的大拉，保證較薄灰渣厚度，保證氣化層位置，從而控制較穩(wěn)定的爐頂、爐下溫度，穩(wěn)定爐況。所謂大拉爐條機是指在不下生炭不下紅火的前提下，盡量減薄灰渣層，保證氣化層在底部，從而達到高爐溫不結疤，高產(chǎn)氣量，高氣質，低消耗的目的。

（3）一個手段

一個手段就是隨時小幅度微調上、下吹百分比。在爐溫相對穩(wěn)定的情況下，根據(jù)各種數(shù)據(jù)及現(xiàn)象（如爐上、爐下溫度，渣標，下灰情況，看火情況等），不厭其煩一秒一秒微調上、下吹百分比。這樣既能使爐子的一些小問題得到迅速的解決，又能使爐況進一步穩(wěn)定。如果調蒸汽手輪或加減風量，會造成爐況大幅度的波動，且長時間得不到穩(wěn)定，在處理爐子的過程中也不易使操作數(shù)據(jù)化。

通過以上的技術改造和工藝操作方法的改進，可以明顯降低消耗，提高發(fā)氣量。

部分使用上述技術的廠家已經(jīng)達到降低煤耗10%～20%的好成績，同時還間接降低了電耗和提高了產(chǎn)量。在此予以總結，供廣大甲醇、氮肥生產(chǎn)廠家參考使用。不當之處，請專家、同行提出寶貴意見。