金 龍

(安徽晉煤中能化工股份有限公司,安徽臨泉 236400)

隨著原料價(jià)格的不斷攀升,造氣改造力度逐步加大。工藝上DCS、“三位一體”等新技術(shù)的推廣應(yīng)用,造氣操作已經(jīng)從經(jīng)驗(yàn)型逐步向自動(dòng)化邁進(jìn)。設(shè)備上專用爐箅,中、高壓夾套等新型設(shè)備的推廣應(yīng)用也使造氣從單一優(yōu)質(zhì)原料逐步發(fā)展為粒度煤、型煤等多種形式。技術(shù)上李永恒、葉中一等專家對(duì)造氣的操作從理論到實(shí)踐提出了一系列實(shí)用的建議和指導(dǎo),使造氣技術(shù)水平逐步提高。噸氨耗煤從1 300 kg以上,逐步降低到1200 kg以下,使造氣改造的路越走越遠(yuǎn)。

1 造氣過(guò)程的耗煤量

造氣爐在逐步優(yōu)化,塊煤消耗還有多大的潛力可以挖掘呢?

為計(jì)算氣化過(guò)程的原料煤消耗量,先假設(shè)如下理想氣化條件:蒸汽分解率100%;吹風(fēng)氣中不含CO;灰渣燃燒完全;沒(méi)有熱損失。以25℃為基準(zhǔn),原料煤(按石墨態(tài)純炭計(jì)算)燃燒放出的熱能全部轉(zhuǎn)化為半水煤氣熱值。則有:

式中

G,V——分別為噸氨耗純炭量(kg)及半水煤氣量(m3);

q燃,q氣——分別為純炭熱值(kJ/kg)及半水煤氣熱值(kJ/m3)。

半水煤氣中一般含 CO 26%～30%,H240%～44%,取平均值CO為28%,H2為42%。

25℃下 CO、H2、C的低熱值分別為283 183、241993、393777J/kmol,代入式(1)中,則G=0.24614V (2)

折合成含碳84%的標(biāo)準(zhǔn)煤,噸氨的標(biāo)準(zhǔn)煤耗

按式(2)、(3),對(duì)不同的半水煤氣消耗定額V,理想純炭消耗G及標(biāo)準(zhǔn)煤耗G′的計(jì)算值如表1。

表1 噸氨不同半水煤氣消耗定額的理想純炭及標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量

由于氣化過(guò)程中存在各種熱損失,噸氨實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)煤耗為:

式中

G實(shí)——實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)煤耗,kg;

V——半水煤氣消耗定額,m3;

g渣——飛灰及灰渣中未燃盡損失的標(biāo)準(zhǔn)煤量,kg;

g吹——吹風(fēng)氣中可燃?xì)怏w燃燒熱折合的標(biāo)準(zhǔn)煤量,kg;

Σg損——相當(dāng)于各種顯熱損失折合的標(biāo)準(zhǔn)煤量,kg。

實(shí)際煤耗當(dāng)然較上表的理想煤耗高。兩者的差值與流程設(shè)計(jì),吹風(fēng)與制氣等操作情況有關(guān)。此外,半水煤氣的消耗量與煤耗也有直接關(guān)系。合成氨生產(chǎn)噸氨耗氣3 400 m3,噸氨標(biāo)準(zhǔn)煤耗量為996.28 kg,其他熱損失按5%計(jì)算,則噸氨標(biāo)準(zhǔn)煤耗量為1 046.1 kg。

2 降低消耗的措施

如何達(dá)到理想消耗,主要是放熱與吸熱的熱量平衡和加料與出灰的物料平衡?？刂坪眠@兩個(gè)平衡是一個(gè)極其復(fù)雜的問(wèn)題,因?yàn)橛绊戇@兩個(gè)平衡的因素很多,有外因也有內(nèi)因,伸縮性也較大。小氮肥經(jīng)過(guò)幾代人50多年的不懈努力,至今仍未達(dá)到理想狀態(tài),還需要我們共同努力。

2.1 物料平衡

物料損失主要是爐渣返炭和吹風(fēng)帶出物。

(1)在炭層高度穩(wěn)定的情況下,原料加煤量與消耗量、成渣量與排渣量要平衡穩(wěn)定才能使料層各層厚度穩(wěn)定,反映在操作上就是給料時(shí)間與爐條轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定?；以姆堤悸矢?多屬煤氣爐爐底防漏裝置存有缺陷或操作工藝不合理,煤氣爐氣化不良造成的。粒徑較大的返炭雖然可以回收利用,但已帶出部分熱量,造成熱量損失;灰渣中的小粒返炭不易回收,隨灰處理掉,雖可再利用,但回收利用價(jià)值低。因此,努力降低灰渣可燃物,是提高碳利用率的重要一環(huán)。

灰渣可燃物高的原因大致有以下幾個(gè)方面:煤氣爐爐底防漏裝置選擇、安裝不當(dāng)或在使用中損壞,造成排灰不勻或發(fā)生漏炭、塌炭,致使返碳率高;加料方式不當(dāng),致使炭層四周與中間高低分布不符合要求,使氣化劑分布不均勻,爐內(nèi)局部過(guò)熱結(jié)疤、結(jié)塊,灰渣層厚度失衡,兩側(cè)排灰不均勻;上、下吹百分比或上、下吹蒸汽用量選配不當(dāng);原料粒度過(guò)大,氣化層溫度低,燃燒不完全;爐條機(jī)排灰速度與燃料氣化后生成灰渣的速度不相適應(yīng),排灰量過(guò)大;排灰不及時(shí),致使灰箱內(nèi)積灰,煤氣爐內(nèi)灰渣層局部上移,造成氣化層破壞;爐溫控制不當(dāng),造成結(jié)疤、結(jié)塊,導(dǎo)致氣化劑分布不勻,氣化不良或爐溫控制過(guò)低,蒸汽用量過(guò)大,燃料反應(yīng)不完全即排出。

造成返碳率高是多因素的。日常操作中,須針對(duì)實(shí)際情況,查準(zhǔn)造成返碳率高的主要因素,采取相應(yīng)的措施,使成渣率大于65%,返碳率降到20%以內(nèi),理想的目標(biāo)應(yīng)在15%左右。

(2)降低吹風(fēng)及制氣帶出物。提高風(fēng)速可以減少二氧化碳還原為一氧化碳的幾率。但隨著風(fēng)速的提高,帶出物必然增多。所以,風(fēng)速的選擇應(yīng)適當(dāng),以帶出物較少和不吹翻炭層為原則。

為減少帶出物,可以采用以下措施:選擇合適的風(fēng)機(jī),φ2 600 mm系列煤氣爐,風(fēng)機(jī)可選450～550 m3/min,風(fēng)壓在25～28 kPa范圍內(nèi);根據(jù)原料特性,確定適當(dāng)?shù)娘L(fēng)量,控制與風(fēng)機(jī)相適應(yīng)的炭層高度;選擇機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性較好的燃料;嚴(yán)格把握入爐燃料的加工質(zhì)量,減少粉末入爐;力求料層阻力均勻;選擇設(shè)計(jì)合理的爐箅,既要排渣、破渣能力強(qiáng),氣化劑分布均勻,還要減少下吹帶出量;掌握好下灰質(zhì)量,將灰中結(jié)渣率控制在65%以上,減少灰中的細(xì)灰量;選擇適宜的氣化強(qiáng)度,煤氣爐負(fù)荷重,氣化劑流速快,帶出物就多,特別是下吹制氣時(shí),蒸汽用量大流速快,下吹帶出物相應(yīng)增多;采取相應(yīng)措施,改進(jìn)上行出氣方式,提高爐內(nèi)除塵效率。

2.2 熱量平衡

在料層厚度、氣化層位置相對(duì)穩(wěn)定、物料平衡的條件下,如何依據(jù)原料性質(zhì)來(lái)控制氣化層溫度,使造氣爐達(dá)到強(qiáng)化生產(chǎn),既使吸放熱平衡,而又不超過(guò)灰熔點(diǎn)結(jié)大塊呢?以上、下行溫度為主要依據(jù),干燥層、灰渣層溫度為次要依據(jù)。

在實(shí)際生產(chǎn)中,隨著吹風(fēng)時(shí)間的延長(zhǎng),吹風(fēng)氣中一氧化碳含量逐漸升高是不可避免的,降低氣化層溫度可以減少二氧化碳還原為一氧化碳的幾率。但是,爐溫低制氣質(zhì)量差、蒸汽分解率低、未分解的蒸汽從爐內(nèi)帶走了大量熱量,對(duì)降低兩煤消耗,提高煤氣爐氣化強(qiáng)度都是不利的。顯然,吹風(fēng)與制氣對(duì)氣化層溫度要求是矛盾的。為了保持氣化層有較高的溫度,又要減少吹風(fēng)氣中一氧化碳含量,可采用提高風(fēng)機(jī)風(fēng)壓、風(fēng)量,減少吹風(fēng)百分比的辦法。但是風(fēng)壓、風(fēng)量過(guò)大,一是吹風(fēng)階段帶出物明顯增多,二是爐內(nèi)炭層容易吹翻,很難長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。而風(fēng)壓、風(fēng)量過(guò)小,則會(huì)導(dǎo)致煤氣爐氣化強(qiáng)度降低,由于空氣流速慢,利于二氧化碳還原為一氧化碳,吹風(fēng)效率降低,增加了吹風(fēng)階段炭的消耗量,降低了炭的利用率。所以,根據(jù)各廠所用燃料的特性、粒度等條件,選擇適宜風(fēng)壓、風(fēng)量的鼓風(fēng)機(jī)和循環(huán)時(shí)間、吹風(fēng)百分比,控制適宜的炭層高度和氣化層溫度、厚度、位置,全方位降低熱量損失,是提高炭的利用率,降低消耗的主要途徑之一。

此外,蒸汽用量過(guò)大,也是影響熱量平衡的一個(gè)重要方面。蒸汽用量過(guò)大,大量未分解蒸汽帶走了爐內(nèi)熱量,使氣化層溫度下降,不但氣化效率降低,而且浪費(fèi)了蒸汽,并使氣體洗滌塔熱負(fù)荷增加,氣體洗滌塔出氣溫度相應(yīng)增高,一定程度地影響下工序的有效打氣量。

2.3 其他影響因素

后工段設(shè)備的配置和工藝流程、條件不同對(duì)消耗有一定的影響,后工段跑、冒、滴、漏嚴(yán)重,開(kāi)工不合理也是消耗高的一個(gè)原因。理論上產(chǎn)1 t氨用3400 m3半水煤氣,有些廠噸氨耗半水煤氣在3500～3600m3,每多100m3半水煤氣要多耗30～40 kg煤。有的廠家醇氨比大,消耗也增高,煤氣成分也影響消耗,還有就是各地區(qū)的折算方法存在差異。

3 結(jié) 語(yǔ)

總之,造氣工段要搞好節(jié)能降耗不是一件很簡(jiǎn)單的事,當(dāng)前技術(shù)攻關(guān)已集中到如何節(jié)煤降耗、提高入爐原料的轉(zhuǎn)化利用率上,在這方面尋求新的突破,是進(jìn)一步提高間歇式煤氣爐使用價(jià)值的重要一步。目前,全國(guó)煤化工行業(yè)在運(yùn)行的間歇式煤氣爐達(dá)9 000余臺(tái),單爐日產(chǎn)氨50 t,平均煤耗1150 kg左右,若通過(guò)努力將這一指標(biāo)降低10%,接近目標(biāo)值,將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。