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1、第十四届全国造气技术年会论文集 煤气炉产生“待炉”现象，原因分析及解决办法 四论科学应用自动阀门 李永恒 ( 全国造气技术咨询部上海2 0 0 0 6 2 ) 0 前言 笔者于2 0 0 2 年、2 0 0 3 年、2 0 0 5 年，分别在小氮肥上发表了“科学应用自动阀门”、 “再论科学应用自动阀门”、“三论科学应用自动阀门”。文章在各个年代发表后，在化肥行 业产生较大的反响。经常接到许多企业来电咨询有关阀门应用中的技术问题。 近年来笔者去了些氮肥厂，目睹到不科学应用自动阀门的现象比比皆是。许多企业因 不科学应用自动阀门，造成的经济损失是十分惊人的。 为了使广大企业的领导和工程技术人员充分认
2、识到不科学应用自动阀门造成的危害，笔 者对阀门在应用中存在不合理方面进行了详细计算。并在前三论的基础上，深入研究自动阀 门科学应用的重要性。 又研究出煤气炉在各阶段转换时，因为自动阀门开关动作的影响，致使在无形中造成煤 气炉产生“待炉”现象。阀门动作越慢，阶段转换时间就越长，煤气炉“待炉”现象就越严 重，经济损失就越大。l 台0 2 4 0 0m m 炉，在阀门动作正常的情况下，每个循环“待炉”时 间为1 2s 左右，全年经济损失高达2 4 3 万余元。 另外，还研究了煤气炉的循环时间长短与阀门动作次数成反比的关系。循环时间越短， 则阀门动作次数就越多，造成的经济损失就越大。详细情况文中将作全
3、面介绍。 1什么是“待炉”现象 我国以煤焦为原料的中、小型氮肥厂，大都采用固定层煤气发生炉来生产合成氨原料气 的，其气化方法是采用间隙气化方法。在全循环生产过程中分5 6 个阶段，每个阶段在转 换时，都是用自动阀门开或关来控制气化剂或煤气的走向。 煤气炉在工况正常情况下，炉内的燃料在燃烧或产生气化反应，但是因阶段转换时，某 些阀门未关到位，炉内即使有煤气产生也是无法送入后系统的，只有等待阀门关到位后，煤 气才能送出去。这个等待过程称为煤气炉“待炉”现象。 2“待炉”现象的损失计算 2 】假设已知条件 ( 1 ) l 台0 2 4 0 0m m 炉日产合成氨4 0t ( 中等水平) 。 ( 2
4、) 合成氨售价：2 0 0 0 2 5 0 0 元( 各地不等，本文以低价2 0 0 0 元计算) 。 ( 3 ) 煤气炉循环时间：1 2 0s 。 ( 4 ) 循环时间分配：吹风3 0s ( 2 5 ) ：上吹3 0s ( 2 5 ) ：下吹4 5s ( 3 8 ) ：二次上 吹1 0s ( 8 ) ；吹净5s ( 4 ) 。 ( 5 ) 阀门动作开关时间( 见表1 ) 。 ( 6 ) 煤气炉1 天运行2 2h 、1 年运行3 3 0 d 。 ( 7 ) 吨氨折半水煤气3 3 0 0m 3 ，吨氨煤耗I 3t ，吨煤价8 0 0 元。 第十四届全国追气技术年会论文集2 一 吹风阶段转换上吹阶
5、段转换下欢阶段转换二次上吹阶段吹净阶段转换 项目上吹阶段下吹阶段二次上吹阶段转换吹净阶段吹风阶段 开、关 时间( s )开、关时间( s )开、关时问( s ) 开、关 时间( s ) 开、关 时间( s ) 吹风阀关2开3 安全挡板阀关2开2 煤气总阀开3关3 上行煤气阀开3关3开3关3 下行煤气阀开3关3 烟囱阀关3开3 蒸汽总阀开 2 关 2 上吹蒸汽阀开2关2开2关2 下吹蒸汽阀开 2 关 2 注：( 1 ) 加氮未考虑；( 2 ) 阀门开关时间为最快。 2 2 首先计算出1 个工作循环内“待炉”时间有多少秒 ( 1 ) 吹风阶段转上吹阶段，7 个阀门全部开关到位最少要3s ，煤气炉“
6、待炉”3s ( 阀 门开关情况见表1 ) 。 ( 2 ) 上吹阶段转下吹阶段，4 个阀门全部开关到位，也要3s ，煤气炉也“待炉”3 s 。 ( 3 ) 下吹阶段转二次上吹阶段，4 个阀门全部开关到位，也要3s ，煤气炉也“待炉”3 s 。 ( 4 ) 二次上吹阶段转吹净阶段，4 个阀门全部开关到位，也要3s ，煤气炉也“待炉” 3s 。但是，如果蒸汽总阀、上吹蒸汽阀和安全挡板阀，就开关到位在2S 话，吹风阀慢ls 全开，也无大碍，“待炉”时间可以算2 s 。 ( 5 ) 吹净阶段转吹风阶段，由于空气阀和安全挡板阀是开着的，只要烟囱阀一开，吹 风气就放空或送回收系统。但是，采用余热集中回收流程
7、的炉子，未设置防煤气倒流装置， 在转换过程中，煤气总阀和上行煤气阀还未关到位时，后系统的煤气会产生倒流现象，煤气 随同吹风气放空或送入回收系统。其损失比“待炉”的损失还要大。此阶段转换“待炉”时 间就算它是1s 吧( 实际比1s 大得多) 。进入计算： 3 + 3 + 3 + 2 + l = 1 2 ( s ) 从以上分析计算得知，1 个循环中有1 2s 是处于“待炉”状态。 2 3 计算全年价值 ( 1 ) 计算每秒的价值： 4 0t 2 0 0 0 元- - 2 4h - - 3 6 0 0s = 0 9 3 ( 元洳) ( 2 ) 计算循环数： 2 2h 3 6 0 0s - - 1 2
8、 0s = 6 6 0 ( 个循环d ) ( 3 ) 计算全天“待炉”多少秒： 1 2s X 6 6 0 个循环= 7 9 2 0 ( s ) ( 4 ) 计算全天价值： 7 9 2 0s 0 9 3 元= 7 3 6 5 ( 元d ) ( 5 ) 计算全年价值： 7 3 6 5 元3 3 0d = 2 4 3 0 4 5 0 ( 元) 2 4 对全年价值的评估 ( 1 ) 如果要从耗煤折价： 第十四届全国造气技术年会论文集 2 4 3 0 4 5 0 元- - 2 0 0 0 元= 1 2 1 5 ( t N H 3 ) ( 假设吨氨耗煤1 3t ，每吨煤价8 0 0 元) 1 3t X1
9、2 1 5t X 8 0 0 元= 1 2 6 3 6 0 0 ( 元) 从全年价值中减去耗煤价： 2 躬0 4 5 0 元- - 1 2 6 3 6 0 0 元= l1 6 6 8 5 0 ( 元) ( 2 ) 实际上煤气炉在“待炉”期间，炉内的煤在燃烧或气化。因此，全年总价值中是 否要减去耗煤金额，值得探讨了。 2 5 对“待炉”现象的分析 以上计算的损失应该是真实的，煤气炉“待炉 现象是长期存在的，一直未引起人们关 注的一个大问题。这就是固定层间歇气化技术，比粉煤直接连续气化技术的煤耗高的主要原 因之一。 笔者认为，通过技术改造可以将煤气炉“待炉”时间减少或消除，挽回巨大的损失。笔者 已
10、研究出降低或消除煤气炉在阶段转换时产生的“待炉”现象的方法，为企业挽回巨大损失。 3循环时间与阀门动作频率 3 1 中氮肥情况 由于中氮肥炉膛直径大，所配阀门直径也大，阀门动作时间长，所以长期以来循环时间 都采用1 8 0S 为1 个循环。个别厂因使用劣质煤或型煤选用1 5 0S 为1 个循环。 3 2 小氮肥情况 小氮肥以前大都选用1 5 0S 为1 个循环。1 9 9 6 年4 月在安阳召开的造气技术研讨会上， 有人介绍了1 2 0S 为1 个循环，此后许多企业都将循环时间改为1 2 0s 了。 3 3 循环时间的剖析 我国固定层煤气炉使用的循环时间都在1 8 0S 以内，均属于短循环的范
11、畴。以前在国际 上有的国家把循环时间控制在2 4 0 3 6 0s 之间。 从气化机理上来分析，循环时间短有利于气化层温度的稳定。在炉况正常的情况下，气 化层温度平均变化在6 0 2 0 0 之间，循环时间短，则气化层温度变化较小，有利于提高 蒸汽分解率，有利于提高气化强度。但是，循环时间过短，阀门动作频率增加，不但阀门使 用寿命缩短，而且占去了有效制气时间，反而降低了总体发气量，也影响煤耗上升。 因此，循环时间长短，应根据使用原料性质而定。使用优质原料，特别是热稳定性好的 原料，循环时间太短是得不偿失的。热稳定性差的劣质煤和含水分析较高的型煤，循环时间 适当的短些。 自2 0 世纪1 9 8
12、 5 年以来，煤气炉的自动阀门控制机构采用油压微机替代水压之后，循环 时间不再受水压自动机3 0 + S 的挡次变更限制了。根据各厂煤气炉所用原料性质不同，可以 自由选择。如：1 2 0 、1 2 6 、1 3 2 、1 4 5 、1 5 0 、1 6 5 、1 8 0s 等任意应用，各厂选择适合自己的 最佳循环时间。 3 4 循环时间对比计算 计算依据仍然以前面假设的参数来计算，例如：循环时间以1 5 0S 和1 2 0 s1 个循环作对 比计算： 3 6 0 0s , - - 1 5 0S = 2 4 ( 个循环) 3 6 0 0s - - 1 2 0s = 3 0 ( 个循环) 1 2
13、0S 比1 5 0S 在lh 内多了6 个循环，1 个循环中有9 个阀门( 不算加氮) 要动作。从 表l 中了解到，上行煤气阀和上吹蒸汽阀在1 个循环中要动作4 次，其余阀门要动作2 次， 第十四届全国造气技术年会论文集4 9 个阀门在1 个循环中要动作2 2 次，计算如下： 2 X 4 + 7 X 2 = 2 2 ( 次) 那么lh 内阀门动作：6 X 2 2 = 1 3 2 ( 次) 也就是说：1 2 0S1 个循环，阀门要多动作1 3 2 次。用每个阀门动作时间平均2 5s 来计 算( 阀门动作较快) 。 ( 1 ) 计算l 天阀门多动作多少秒： 1 3 2 次X 2 5s X 2 2h
14、 = 7 2 6 0 ( s ) ( 2 ) 计算每秒产多少半水煤气( 吨氨以3 3 0 0m 3 半水煤气计算) ： 4 0t X 3 3 0 0m 3 + 2 4h + 3 6 0 0S = 1 5 ( m 3 s ) ( 3 ) 计算l 天少产多少吨氨： 1 5m 3 h X 7 2 6 0 0s + 3 3 0 0 r n 3 = 3 3 ( t N F l 3 d ) ( 4 ) 计算1 年的经济损失： 3 3t X 3 3 0d x 2 0 0 0 元= 2 1 7 8 ( 万元) ( 5 ) 扣除耗煤价计算： 3 3t X 3 3 0d 1 3t X 8 0 0 元= l l 3
15、 2 ( 万元) ( 6 ) 实际损失计算： 2 1 7 8 万元一1 1 3 2 万元= 1 0 4 6 ( 万元) 1 2 0S1 个循环比1 5 0S 1 个循环的阀门动作频率增加了2 5 ，1 台中2 4 0 0m m 炉全年的 经济损失1 0 4 6 万元。因此，循环时间长短，决不要生搬硬套，也不要盲目追求短循环，一 定要根据自身的阀门选型和原料情况而定。因此，笔者认为：不论中小型氮肥厂，煤气炉使 用优质原料，将循环时间控制在1 5 0 1 8 0S 为宜，虹3 3 6 0 0m m 炉可以控制2 0 0s 为宜。如果 使用热强度低的劣质煤或高水的型煤，为了防止吹风时间过长，燃料遇高
16、温而产生爆裂现象， 循环时间控制在1 2 5 1 3 5S 为宜。 4油压系统的设备改造 自动阀门开关的控制，由水压改为油压已有2 0 年的历史了。随着科学技术的进步，油 压控制系统的设备有的已经落后了，直接影响到煤气炉能力的提高。特别是近年来随着煤气 炉的炉膛不断扩大，自动阀门的直径也同步扩大，原来油压系统的设备，已无法满足当前生 产的需要。因此，必须要进行油压系统设备的技术改造，才能使阀门开关速度变快。 笔者近年来去了一些氮肥厂，普遍存在的现象是自动阀门安装位置错位和开关动作慢， 大多数厂都在4 5S 阀门才开关到位，有的厂最慢长达7 9s 。这种现象给企业造成的经 济损失是巨的，很多企业的领导和管理人员对阀门开关动作慢的损失认识不足。 4 1自动阀门开关动作慢lS 的损失计算 为了帮助企业领导认识阀门开关动作慢造成的经济损失是巨大的，下面我们就从阀门开 关动作慢1S 来计算。 本文前面已计算出l 台c D 2 4 0 0m m 炉，在
