造氣系統(tǒng)節(jié)能增效技術(shù)分析(下)

顧華軍 於子方(浙江紹興化工有限公司 浙江紹興312075 )(上海達門化工工程技術(shù)有限公司 上海200063)

造氣系統(tǒng)節(jié)能增效技術(shù)分析(下)

顧華軍 於子方
(浙江紹興化工有限公司 浙江紹興312075 )(上海達門化工工程技術(shù)有限公司 上海200063)

5 集中式余熱回收與洗氣工藝技術(shù)

該工藝術(shù)是針對原有每臺造氣爐制出的煤氣配置1臺余熱回收器和1臺洗氣塔的流程，存在著設(shè)備多、利用率低、管道長、阻力大、占地面積大等問題，加以改造組成“4對1”集中式配置的流程，即4臺造氣爐制出的煤氣共同采用1臺集中式熱管余熱回收器和集中式高效洗氣塔。

采用此工藝技術(shù)后，造氣爐配套的主要設(shè)備大大精簡，從8臺減少至2臺；余熱回收器和洗氣塔的設(shè)備利用率明顯提高，從原“1對1”的70%提高至“4對1”的90%；減少了余熱回收器的熱損失，余熱回收率可提高5%～10%，洗氣塔循環(huán)冷卻用水量減少15%～20%；而且由于管道與彎頭大量減少，使制氣系統(tǒng)阻力降低，有利提高造氣爐的發(fā)氣量；可使設(shè)備和管道等投資比原工藝節(jié)約1/3左右。不同規(guī)模合成氨裝置節(jié)能降耗年經(jīng)濟效益見表5。

表5 不同規(guī)模合成氨裝置節(jié)能降耗年經(jīng)濟效益 萬元

6 吹風(fēng)氣余熱回收技術(shù)

固定層間歇氣化工藝在制氣過程中吹風(fēng)階段要排出大量吹風(fēng)氣，吹風(fēng)氣中含有少量CO，H2和CH4等可燃物組分，由于其熱值較低(一般為1 260～1 470 kJ/m3，標(biāo)態(tài))、爐頂排出的氣體溫度不高(一般為300～400 ℃)，故在以前僅回收其顯熱后就放空，對其潛熱沒回收，既浪費了有用的資源，又污染了大氣。

20世紀(jì)80年代，原化工部小合成氨設(shè)計技術(shù)中心站開發(fā)的低溫吹風(fēng)氣潛熱回收技術(shù)在江蘇溧陽化肥廠試用成功。至今幾十年來，該技術(shù)已在全國合成氨(甲醇)行業(yè)得到普遍推廣應(yīng)用，并不斷改進提高，向高效大型化發(fā)展。

根據(jù)部分企業(yè)吹風(fēng)氣的組成及氣量，經(jīng)測算，噸氨吹風(fēng)氣的潛熱量一般為2 738.4～3 065.4 MJ，回收這部分吹風(fēng)氣潛熱后，不同規(guī)模合成氨裝置年節(jié)燃料煤量見表6。

表6 不同規(guī)模合成氨裝置回收吹風(fēng)氣 潛熱年節(jié)燃料煤量 t

回收吹風(fēng)氣潛熱不僅節(jié)能效果明顯，且有利于環(huán)境保護。按噸氨吹風(fēng)氣量一般為2 015～2 250 m3(標(biāo)態(tài))、其中CO體積分?jǐn)?shù)7%計，則噸氨排出的CO量為140.7～157.5 m3(標(biāo)態(tài))?；厥沾碉L(fēng)氣后，不同規(guī)模合成氨裝置年減少CO排放量見表7。

表7 不同規(guī)模合成氨裝置年減少CO排放量

回收吹風(fēng)氣的余熱有顯熱與潛熱兩部分，顯熱原來一般都進行回收，現(xiàn)在回收主要指其潛熱部分。不同規(guī)模合成氨裝置回收吹風(fēng)氣潛熱年經(jīng)濟效益見表8。

表8 不同規(guī)模合成氨裝置回收吹風(fēng)氣潛熱年經(jīng)濟效益 萬元

7 增氧制氣工藝技術(shù)

為了提高固定層間歇氣化技術(shù)水平，增氧制氣工藝技術(shù)是在原有工藝操作的吹風(fēng)、上行制氣和吹凈(回收)3個階段使用的空氣中補充部分氧氣，以適當(dāng)提高空氣中的氧含量，使這3個階段工況向有利于氣化方向發(fā)展，從而達到節(jié)能減排增效的目的。

通過不少企業(yè)的應(yīng)用與實踐，取得一定的成效，并證明該技術(shù)具有如下特點：①吹風(fēng)階段增氧，可縮短吹風(fēng)時間、提高單爐有效發(fā)氣量，減少吹風(fēng)氣排放量及其帶出的熱量，減少CO2排放量；② 上吹階段加氮增氧，可使?fàn)t膛溫度保持得較高，并減緩氣化層溫度下降，提高蒸汽分解率，降低蒸汽消耗，尤其是使用活性差的劣質(zhì)煤，其效果更突出；③吹凈階段增氧，可快速提高爐溫、縮短吹風(fēng)時間；④改造簡單，對原有設(shè)備和操作程序改動較少，操作容易掌握。

以Φ2 800 mm造氣爐(循環(huán)時間120 s)為例，有、無使用增氧制氣工藝效果比較見表9。

表9 有、無使用增氧制氣工藝效果比較

根據(jù)一些企業(yè)使用增氧制氣工藝不同的結(jié)果，其效果為噸氨可節(jié)約原料煤(實物)40～70 kg(視不同企業(yè)原有消耗水平與使用原料煤情況)，噸氨蒸汽節(jié)約150～200 kg，噸氨節(jié)電8～10 kW·h，噸氨耗氧氣70～100 m3，單爐制氣強度可提高20%左右。

按電價格0.42元/(kW·h)、氧氣價格0.45元/(m3，標(biāo)態(tài)) 計，噸氨成本可降低47.78元。不同規(guī)模合成氨裝置采用增氧制氣工藝年經(jīng)濟效益見表10。

表10 不同規(guī)模合成氨裝置采用增氧 制氣工藝經(jīng)濟效益 萬元

8 入爐蒸汽自調(diào)技術(shù)

該技術(shù)是對造氣爐入爐蒸汽(上吹和下吹)的用量隨著爐內(nèi)氣化層溫度的變化而變化，實現(xiàn)蒸汽流量自動遞減調(diào)節(jié)。采用入爐蒸汽自調(diào)技術(shù)可達到以下效果：①提高蒸汽分解率，噸氨節(jié)約蒸汽150～200 kg(視使用不同原料煤而不同)；②降低了煤氣中蒸汽含量，經(jīng)洗氣塔洗滌過程產(chǎn)生的廢水也相應(yīng)減少，從而減少了廢水的處理量和污水排放量；③可縮短吹風(fēng)時間1～2 s，提高單爐產(chǎn)氣量2%～5%。④可提高煤氣的氣質(zhì)，其中CO2體積分?jǐn)?shù)降低了0.3%～0.5%，噸氨原料煤耗降低了10～20 kg。

經(jīng)測算，該技術(shù)按噸氨節(jié)約蒸汽180 kg、噸氨節(jié)約原料煤15 kg計，噸氨成本可降低38.85元。采用該技術(shù)后，不同規(guī)模合成氨裝置年經(jīng)濟效益見表11。

9 蒸汽驅(qū)動空氣鼓風(fēng)機

蒸汽驅(qū)動空氣鼓風(fēng)機是利用蒸汽壓差通過蒸汽動力裝置(也稱蒸汽透平)取代電機來驅(qū)動造氣系統(tǒng)的空氣鼓風(fēng)機，具有投資小、改造容易、節(jié)能效益明顯等優(yōu)點。

表11 不同規(guī)模合成氨裝置年經(jīng)濟效益 萬元

例如：造氣系統(tǒng)利用吹風(fēng)氣余熱回收可副產(chǎn)的中壓過熱蒸汽(P=2.47 MPa，t=350 ℃或P=3.82 MPa，t=400 ℃)驅(qū)動造氣系統(tǒng)的空氣鼓風(fēng)機，背壓出來的低壓過熱蒸汽(P=0.1～0.2 MPa，t=220～230 ℃)直接供造氣爐制氣使用(見圖1)，取得一舉兩得的效果，既可取代電機降低電耗，又得到用于制氣的低壓過熱蒸汽帶來的節(jié)能降耗效果。

圖1 過熱蒸汽驅(qū)動空氣鼓風(fēng)機示意

經(jīng)測算，噸氨電耗下降了40 kW·h左右，不同規(guī)模合成氨裝置節(jié)電年經(jīng)濟效益見表12。

10 綜合優(yōu)化控制技術(shù)

綜合優(yōu)化控制技術(shù)是以爐況尋優(yōu)控制為基礎(chǔ)，充分利用DCS控制系統(tǒng)集中管理，現(xiàn)場分布式控制的優(yōu)勢，并采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)油壓閥門控制、閥位檢測、自動加焦(煤)及自動出渣(灰)控制、爐條機轉(zhuǎn)速控制、汽包液位的自調(diào)、入爐蒸汽比例自調(diào)、氫氮比自調(diào)、氣化爐況的尋優(yōu)等，從而有利于穩(wěn)定氣化的各項工藝條件，并配備了氣化條件控制類信號、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)視類信號、安全生產(chǎn)監(jiān)控類信號、氣質(zhì)控制類信號等數(shù)據(jù)采集設(shè)施，全面實現(xiàn)控制、監(jiān)視、監(jiān)控整套生產(chǎn)系統(tǒng)，達到系統(tǒng)優(yōu)化與安全生產(chǎn)。

表12 不同合成氨規(guī)模裝置節(jié)電年經(jīng)濟效益 萬元

不少企業(yè)使用該技術(shù)后，取得以下明顯效果：①單爐發(fā)氣量普遍可提高8%以上，氣化強度≥1 300 m3/(m2·h，標(biāo)態(tài))；②原料煤消耗下降，噸氨原料煤耗普遍下降了4%以上，噸氨原料煤耗長期穩(wěn)定在1 200 kg左右，達到行業(yè)先進水平。

使用該技術(shù)后的經(jīng)濟效益，按噸氨節(jié)約原料煤50 kg、原料無煙煤價1 150元/t計，噸氨成本可降低57.50元，不同規(guī)模合成氨裝置年節(jié)煤量和經(jīng)濟效益見表13。

表13 不同規(guī)模合成氨裝置年節(jié)煤量和經(jīng)濟效益

2014- 04- 03，續(xù)完)