利用空分富余純氧進(jìn)行固定床增氧制氣改造及總結(jié)

張　鵬 ， 龔普勤 ， 王天峰 ， 段世周 ， 張寶珠 ， 張廣瑞

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng)　453731)

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利用空分富余純氧進(jìn)行固定床增氧制氣改造及總結(jié)

張鵬 ， 龔普勤 ， 王天峰 ， 段世周 ， 張寶珠 ， 張廣瑞

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng)453731)

介紹了利用空分裝置富余純氧對(duì)固定床間歇造氣爐進(jìn)行改造的技術(shù)方案以及投運(yùn)后的效果。通過增氧改造，提高了單爐產(chǎn)氣量，降低了爐渣殘?zhí)苛亢蛧嵃彪姾?，同時(shí)穩(wěn)定了爐況，便于操作，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

增氧制氣 ； 產(chǎn)氣量 ； 改造

河南心連心化肥有限公司二分公司采用固定床間歇造氣工藝，共有20臺(tái)Φ2 800 mm錐形造氣爐，東造氣樓和西造氣樓各設(shè)置10臺(tái)爐，采用DCS控制及自動(dòng)加煤裝置。正常生產(chǎn)后工段開五機(jī)，造氣20臺(tái)爐全開。2014年噸氨綜合能耗達(dá)到1 082 kg標(biāo)準(zhǔn)煤的較好水平，但仍有一定的優(yōu)化空間。2015年，公司利用原料結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目配套空分裝置所產(chǎn)富余純氧(O2≥99.9%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))對(duì)二分公司西造氣樓10臺(tái)爐進(jìn)行增氧制氣改造。2016年1月18日引氧投運(yùn)，目前已穩(wěn)定運(yùn)行近60 d，取得良好效果。

1　固定床造氣爐增氧制氣改造技術(shù)概述

固定床造氣爐增氧制氣工藝是在傳統(tǒng)的固定床間歇?dú)饣に嚨幕A(chǔ)上，在進(jìn)入煤氣爐的空氣中加入氧氣，通過提高入爐空氣中氧氣的濃度(22%～50%)，提高氧氣與碳的反應(yīng)速度，縮短吹風(fēng)、吹凈、回收階段的總時(shí)間，特別是凈吹風(fēng)的時(shí)間，其放出的熱量足以滿足碳與水蒸氣反應(yīng)所需要的熱量。當(dāng)氧氣的濃度達(dá)到一定值，其凈吹風(fēng)時(shí)間為零，增氧空氣與碳反應(yīng)生成的氣體全部回收到氣柜，供合成氨生產(chǎn)的需要，降低造氣煤耗，減少二氧化碳排放。

2　氧氣控制調(diào)節(jié)及安全保護(hù)

氧氣控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡圖如圖1所示。

采用增氧制氣專用DCS，使入爐空氣中氧氣的濃度穩(wěn)定，保持在設(shè)定值±0.5%范圍內(nèi)，裝置運(yùn)行

圖1　氧氣控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡圖

安全可靠。為保證造氣爐安全和穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了以下專有裝置和安全聯(lián)鎖：①氧氣緩沖罐出口設(shè)置有壓力變送器和止回閥，當(dāng)壓力低于設(shè)計(jì)值時(shí)，可報(bào)警發(fā)出信號(hào)，止逆閥自動(dòng)關(guān)閉。②入爐氧濃度聯(lián)鎖。為保證入爐富氧空氣的氧含量符合工藝要求，在風(fēng)機(jī)出口和氧氣混合后總管上安裝有氧含量分析儀，當(dāng)氧含量超過設(shè)定值時(shí)可報(bào)警，快速關(guān)閉氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。③吹風(fēng)聯(lián)鎖。當(dāng)吹風(fēng)聯(lián)鎖投運(yùn)以后，如果運(yùn)行的爐子都沒有處于“吹風(fēng)”和“加氮”狀態(tài)下，則認(rèn)為不需要使用氧氣，則連鎖關(guān)閉氧氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥。④氧氣高限聯(lián)鎖。當(dāng)氧含量高于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉氧氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥。⑤風(fēng)機(jī)壓力低限聯(lián)鎖。當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓低于此設(shè)置值，關(guān)閉氧氣調(diào)節(jié)閥門。

3　固定床增氧造氣爐運(yùn)行情況

3.1單爐產(chǎn)氣量

增氧造氣爐投運(yùn)前單爐產(chǎn)氣量6 500 Nm3/h，供氧量為1 000 Nm3/h時(shí)，系統(tǒng)氧含量提高至23%～24%，單爐發(fā)氣量增加340 Nm3/h左右，東造氣停一臺(tái)爐，實(shí)現(xiàn)19臺(tái)爐滿足五機(jī)氣量需求。當(dāng)供氧量為2 000 Nm3/h左右時(shí)，系統(tǒng)氧含量提高25%，基本可以滿足18臺(tái)爐供后工段五低五高機(jī)生產(chǎn)需要。

3.2吹風(fēng)氣產(chǎn)蒸汽量

表1　增氧制氣投運(yùn)前后吹風(fēng)氣產(chǎn)蒸汽量

西造氣開10臺(tái)爐送Ⅰ期吹風(fēng)氣，東造氣開9臺(tái)爐送Ⅱ期吹風(fēng)氣。從表1可以看出，由于投用富氧后，西造氣熱回收時(shí)間為24～25 s，東造氣熱回收時(shí)間為28～29 s，操作上東造氣回收時(shí)間多2～3 s，東西造氣送往吹風(fēng)氣的可燃?xì)怏w減少，從側(cè)面證明了增氧后造氣爐產(chǎn)氣量的提高。

3.3單爐產(chǎn)氨量

2015年同期單爐日產(chǎn)氨量57.5 t，增氧投運(yùn)后，系統(tǒng)氧含量提至23%～24%時(shí)，東造氣停一臺(tái)爐，單爐日產(chǎn)氨量58 t左右，當(dāng)系統(tǒng)投氧至25%，單爐日產(chǎn)氨量達(dá)到59 t左右。

3.4運(yùn)行工藝參數(shù)

從造氣爐運(yùn)行參數(shù)變化來看，增氧后爐頂溫度表現(xiàn)得比較明顯，系統(tǒng)投氧穩(wěn)定至23.5%～24%后，負(fù)荷保持24～25 s，爐頂溫度比未投時(shí)溫度低10～20 ℃，一般維持在210～235 ℃。

表2　增氧造氣爐主要運(yùn)行參數(shù)

注：上下吹手輪指上吹蒸汽和下吹蒸汽閥門手輪開度。

3.5白煤消耗

2016年2月開始提高系統(tǒng)氧含量，盡管單爐煤耗變化不大，但前期燒煤質(zhì)較好，后期煤質(zhì)摻燒比例變化，摻燒價(jià)格較低的劣質(zhì)煤比例加大，總體煤質(zhì)變差，但發(fā)氣量不受影響，說明富氧利于燒劣質(zhì)煤，通過摻燒劣質(zhì)煤降低原料煤成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

表3　噸氨煤耗隨系統(tǒng)投氧量的變化

3.6噸氨電耗

增氧工藝投運(yùn)后吹風(fēng)時(shí)間縮短2 s左右，東造氣長停1臺(tái)爐，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間縮短，與增氧制氣投運(yùn)前相比，造氣噸氨電耗下降2 kW·h左右。

3.7吹風(fēng)氣成分變化

增氧工藝投用后吹風(fēng)氣中CO2含量由14%～15%升至16%～17%，CO+H2由7%～8%降低至6%～7%，同時(shí)吹風(fēng)時(shí)間縮短，熱收時(shí)間相對(duì)減少，減少送吹風(fēng)氣量，有效降低了熱損失。

3.8爐渣殘?zhí)孔兓?/p>

增氧工藝投運(yùn)后，眼觀灰質(zhì)成渣性較好，取樣分析殘?zhí)亢扛邥r(shí)為10%左右，低時(shí)為7%～8%，見表4。殘?zhí)柯视兴陆怠?/p>

表4　增氧工藝投運(yùn)前后爐渣殘?zhí)苛繉?duì)比

4　結(jié)語

增氧制氣工藝投運(yùn)后，單爐發(fā)氣量增加340 Nm3/h，系統(tǒng)氧含量提高25%，停開2臺(tái)爐，實(shí)現(xiàn)18臺(tái)爐供后工段五低五高生產(chǎn)需要。通過增氧改造，噸氨電耗減少2 kW·h，爐渣殘?zhí)苛拷档?，通過摻燒劣質(zhì)煤，降低生產(chǎn)成本。增氧制氣工藝能穩(wěn)定操作參數(shù)，減少系統(tǒng)波動(dòng)，為生產(chǎn)長周期穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。

2016-05-11

張鵬(1975-)，男，工程師，從事氮肥系統(tǒng)化工設(shè)計(jì)及改造工作，電話：15836133249。

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