造氣系統(tǒng)節(jié)能增效技術(shù)分析(上)

顧華軍

(浙江紹興化工有限公司 浙江紹興312075)

於子方

(上海達(dá)門化工工程技術(shù)有限公司 上海200063)

0 前言

我國氮肥行業(yè)多年取得了很大發(fā)展，合成氨與尿素的產(chǎn)能及產(chǎn)量均居世界第一位。2013年合成氨產(chǎn)量61 977 kt，尿素產(chǎn)量67 066 kt,均創(chuàng)歷史新高。但由于多年快速增長，產(chǎn)能過剩的問題越來越嚴(yán)重，產(chǎn)銷矛盾加劇，產(chǎn)品市場價格下滑，企業(yè)效益明顯降低。2013年，氮肥行業(yè)主營業(yè)務(wù)收入為2 876億元，實現(xiàn)利潤66.4億元，主營業(yè)務(wù)收入利潤率僅為2.31%，虧損企業(yè)增加，行業(yè)虧損面為38.3%。因此，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益已是氮肥行業(yè)面臨的一項十分重要的任務(wù)。

合成氨生產(chǎn)中原料煤與電的成本占全部成本的70%左右，而造氣系統(tǒng)又是影響成本的主要系統(tǒng)，努力抓好造氣系統(tǒng)節(jié)能增效是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的主要環(huán)節(jié)。多年來，不少科研、設(shè)計、制造、生產(chǎn)單位不斷總結(jié)經(jīng)驗，開發(fā)了行之有效的新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)與技術(shù)革新措施，有效地提升了造氣系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)水平，取得了節(jié)能降耗效果與經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)就造氣系統(tǒng)的10項主要技術(shù)措施進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，供參考。

1 自動加焦(煤)技術(shù)

該技術(shù)是在原造氣爐加料口上增設(shè)機(jī)電一體化控制的自動加焦(煤)機(jī)及相關(guān)配套的料倉、探火孔等，取代原來停爐人工加焦(煤)的操作工藝方法。使用該技術(shù)后，對氣化生產(chǎn)操作帶來很多有利的效果。其主要效果：① 減輕了加焦(煤)操作工開爐蓋加焦(煤)的勞動強(qiáng)度，消除了開爐蓋、點火、加焦(煤)等環(huán)節(jié)存在的不安全因素，同時，有益于操作環(huán)境的清潔；② 減少了停爐開爐蓋加料次數(shù)，增加了有效制氣時間，提高了單爐產(chǎn)氣量，并減少因多次停爐開爐蓋加料所消耗的蒸汽損失；③ 克服了原來因爐面溫度變化幅度大而引起的爐況波動，減少了熱量損失，保證了氣化層的蓄熱量，使煤氣氣質(zhì)穩(wěn)定、有效成分高。某企業(yè)使用人工加焦與自動加焦技術(shù)效果比較見表1。

表1 某企業(yè)使用人工加焦與自動加焦技術(shù)效果比較

從表1中數(shù)據(jù)可看出，使用自動加焦(煤)技術(shù)后，噸氨入爐標(biāo)煤耗降低了22 kg，蒸汽分解率提高了3.2%～4.0%，噸氨節(jié)約蒸汽80 kg左右。

按原料無煙煤價格1 150元/t(下同)、蒸汽價格120元/t(下同)計，噸氨成本可降低34.90元。不同規(guī)模合成氨裝置年經(jīng)濟(jì)效益見表2。

表2 不同規(guī)模合成氨裝置年經(jīng)濟(jì)效益 萬元

從以上分析可見：該技術(shù)對造氣系統(tǒng)穩(wěn)定操作和安全生產(chǎn)、提高半水煤氣氣量和氣質(zhì)、降低原料煤和蒸汽消耗、提高生產(chǎn)自動化水平、減輕勞動強(qiáng)度和改善環(huán)境十分有效。

2 自動出渣(灰)技術(shù)

該技術(shù)是在自動焦(煤)技術(shù)應(yīng)用成功后，針對原來造氣爐排渣是在停爐狀況下進(jìn)行排渣操作、避免停爐帶來的損失、提高造氣爐有效發(fā)氣量、減少熱量損失，并結(jié)合造氣系統(tǒng)生產(chǎn)自動化采用DCS，控制水平得到提高而研發(fā)。該技術(shù)在原造氣爐爐下2個灰倉增設(shè)了上、下2只閥門，并用油壓站的動力油來驅(qū)動；正常生產(chǎn)時上閥門處于開啟狀態(tài)，下閥門處于關(guān)閉狀態(tài)；此2只閥門互為聯(lián)鎖，生產(chǎn)中可同時關(guān)閉，但不能同時開啟。根據(jù)設(shè)定的頻率出渣，并由造氣爐DCS控制系統(tǒng)來控制，實現(xiàn)不停爐連續(xù)排渣。與造氣爐自動加焦(煤)機(jī)技術(shù)相配套，使氣化爐操作真正做到不停爐自動加料與出渣的連續(xù)生產(chǎn)過程。

通過不少生產(chǎn)企業(yè)的使用，證明該技術(shù)具有如下特點：

(1)取消了停爐排渣的時間，增加了造氣爐制氣時間。根據(jù)使用不同原料煤煤質(zhì)的情況，每臺造氣爐每天可增加60～90 min制氣時間，即發(fā)氣量提高了4%～6%。

(2)減少了停爐排渣引起造氣爐的熱量損失。停爐排渣時，爐內(nèi)部分熱量通過渣斗口散發(fā)而損失，自動出渣后就不存在這部分熱量損失。

(3)有利于造氣爐爐渣層與爐況的穩(wěn)定。停爐排渣時，造氣爐內(nèi)氣化層溫度大幅降低，剛開爐時由于氣化溫度低，導(dǎo)致氣化效率差，開爐運(yùn)行幾個制氣循環(huán)后，氣化層溫度才能逐步恢復(fù)正常。自動出渣后避免了此情況，使氣化層溫度穩(wěn)定，有利提高氣化效率、降低原料煤與蒸汽的消耗。

(4)環(huán)境污染得到明顯改善。停爐排渣時，灰塵飛揚(yáng)，造成造氣區(qū)域的環(huán)境較差，同時煤氣外泄，周邊空氣中有害氣體含量常常超標(biāo)，存在不安全因素。自動出渣后，明顯改善了生產(chǎn)操作現(xiàn)場環(huán)境，并解決了因煤氣的外泄而造成的不安全因素。

總之，該技術(shù)充分運(yùn)用機(jī)電一體化科技，改變了傳統(tǒng)的人工出渣方式，有效地推動了工藝優(yōu)化、減少熱損、提高氣化效率、降低消耗、改善了現(xiàn)場環(huán)境，對企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益。

3 專用高效爐箅

爐箅是固定層造氣爐的核心部件，對煤氣發(fā)生過程起著非常重要的作用，過去采用的星形、傘形、塔形爐箅，在運(yùn)行過程中存在較多問題(如風(fēng)量不足、布風(fēng)不勻、排灰破渣能力差、使用壽命短等)，嚴(yán)重影響造氣爐制氣能力的發(fā)揮，不少單位研究開發(fā)了各種不同結(jié)構(gòu)型式的新型爐箅，如均布形、螺旋形及發(fā)展至今的專用爐箅和多邊多層爐箅等，對提高造氣爐的氣化強(qiáng)度和降低原料煤耗起了十分有效的作用。

使用效果：① 由于布風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，使?fàn)t膛截面布風(fēng)均勻；② 提高了通風(fēng)面積，有利增大風(fēng)量、提高煤氣發(fā)氣量；③ 提高了破渣與排渣能力，爐下帶出物減少；④ 使用壽命延長(以鑄鋼取代原來鑄鐵)，可達(dá)1年以上。

以某企業(yè)新、舊爐箅(Φ3 000 mm)使用情況對比為例(表3)，使用新爐箅后，造氣爐單爐的產(chǎn)氣量提高了22.2%，返焦率降低了18.5%，爐條機(jī)電流降低了25%。據(jù)統(tǒng)計，每臺造氣爐每月可增加經(jīng)濟(jì)效益7萬元以上，全年增效77萬元以上。

表3 某企業(yè)新、舊爐箅(Φ 3 000 mm)使用情況比較

4 過熱蒸汽入爐制氣技術(shù)

該技術(shù)改變了傳統(tǒng)入爐用飽和蒸汽溫度低、含濕量高，而使制氣溫度下降快、爐溫波動大，造成蒸汽分解率低、蒸汽消耗大，而且使煤氣中過剩蒸汽較多，造成洗氣塔負(fù)荷增加、循環(huán)冷卻水用量增大等存在的問題，取得了提高蒸汽分解率、減少蒸汽消耗量以及減少循環(huán)冷卻水用量等節(jié)能降耗效果。

目前，企業(yè)用于制氣的過熱蒸汽溫度一般控制在200～250 ℃，在其他條件相同的工況下，其主要效果：①單爐產(chǎn)氣量提高10%～15%；②吹風(fēng)時間縮短10%左右；③蒸汽分解率提高，噸氨耗蒸汽降低了250～300 kg；④ 噸氨耗循環(huán)冷卻水減少了15～20 m3。不同規(guī)模合成氨裝置采用過熱蒸汽制氣年經(jīng)濟(jì)效益(僅節(jié)約蒸汽)見表4。

表4 不同規(guī)模合成氨裝置采用過熱蒸汽制氣年經(jīng)濟(jì)效益 萬元

從以上分析可見，該項技術(shù)是改善制氣工藝、節(jié)能降耗和提高經(jīng)濟(jì)效益的一項行之有效的技術(shù)措施。