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1、中小氮肥造气工艺技术优劣对比及其改进浅述彭爱军 盂新东(湖南金信化工有限公司 冷水江 417506) 2008-08-190 前言 据统计，以块煤为造气原料生产合成氨的化肥厂造气成本占合成氨成本的60%以上。当前煤价上涨，化肥价格下跌，化肥厂经受了比较严峻的考验，降低造气成本成了合成氨生产的重中之重。近几年来，各化肥厂对造气实现了各种各样的技术改造技术革新，如造气流程改造、吹风气集中回收、煤气炉本体改造，降低炉上温度等一系列降低煤耗，提高煤气炉发气量的改造，综合起来说，改造、革新内容主要是向小氮造气学习。部分小氮肥企业造气状况还真不错，煤气炉气化强度高达14001500m3/m2h，吨氨造气入
2、炉煤耗仅11001200kg，而中氮肥企业煤气炉气化强一般为11001200m3/m2h，吨氨造气入炉煤耗一般为14001500kg。小氮肥企业造气到底比中氮肥企业强在哪些地方?为什么强?中氮肥企业造气要达到小氮肥企业水平该怎样改进?本文值此作一些思考。1 小中氮肥企业造气工艺技术比较1.1 造气流程 小氮肥企业造气流程可用一个“短”字概括，与中氮比，没有燃烧室，洗气箱。吹风是从煤气炉出来后，经除尘器除尘后入吹风气回收总管或直接放空；上吹气经除尘器除尘后经废锅回收热量后入煤气部管。流程短，吹风时阻力少，有利于提高吹风效率，废锅设有蒸汽过热段，夹锅、废锅蒸汽在过热以后入炉比饱和蒸汽制气效果好。1
3、.2 煤气炉本体 中氮肥企业煤气炉直径一般为30003600mm，以3000mm煤气炉为例，从灰盘至上气道口下沿高度只有3.8m。而小氮肥企业煤气炉直径一般为24002600mm，高度较3000mm煤气炉高1m以上。煤气炉高度较高，有利于碳层高度的提高，从而提高气化层厚度，提高蒸汽分解率，提高气体中有效气体成分。现小氮肥企业煤气炉碳层高度一般控制在风帽上2.8m以上，而中氮肥企业碳层高度一般只控制在风帽上1.9m左右，再往上提碳层，煤气炉易挂壁。1.3 炉箅及炉下结构 中氮肥企业一般采用扇形炉箅或均布型炉箅，比较强调外环区布风量大，由四块组成的大直径均布型炉箅下层渐开线较长，下渣块度相差较大，
4、炉箅与炉膛壁间隙最宽处为250mm，最窄处为100mm，炉箅座较矮，炉下短节一般只有350mm，灰渣在灰门外堆渣角比较大，出灰口高度选择较低，一般为220280mm稍大的渣堆难以排出，造成下层堵塞。 小氮肥企业煤气炉一般采用均布型炉箅，层与层之间流道宽，通风面积大，由于煤气炉直径小，炉箅下层渐开线短，下渣埠度均匀，炉箅座较高，炉下短节一般有400mm以上，储灰量大，灰盘相对较大，灰渣有灰门外堆渣角度比较小，出灰口高度较高，一般为280mm以上，排渣较畅，灰犁一般为箱形结构不易变形损坏。1.4 造气操作工艺 小氮肥企业造气工艺最主要的特点是上部温度低、碳层高、吹风时间短。下部温度一般控制在250
5、300，有的甚至在400以上，这样的温度通常是通过拉大下吹与上次时间差的高碳层操作实现的。碳层高度一般控制在风帽上2.8m以上，碳层高对吹风是不利，吹风气中可燃气体高，因此一般都设有吹风气集中回收。提高碳层对制气是相当有利的，可提高蒸汽分解率，减少未分解蒸汽带出热量而降低煤耗，可提高气体中有效气体成分，多使用氮空气而提高煤气炉发气量，氮空气的加入又可减少吹风时间表从而提高产气量。在时间表的分配上，小氮肥企业吹风时间不到总循环时间的20%，下吹时间表占总循环的45%以上，把火层控制在煤气炉的中下部，能形成较好的渣块。灰渣层除起保护炉箅作用外，另一个重要的作用就是均匀布风。较好的渣块保证了有效的通
6、风面积，从而提高吹风率减少吹风时间表。 中氮肥企业煤气炉炉上温度控制较高炉条温度相对较低，一般来说，炉上温度在450以上，炉下温度在300以下，碳层相对较低。时间分配上，中氮肥企业煤气炉吹风时间一般占总循环时间表的22%以上，有的厂甚至占25%以上，要想达到小氮肥企业煤气炉的状况真还有一定的困难。 可以说，小氮肥企业煤气炉发气量高、消耗低的主要原因是工艺和设备上形成了一个合理的体系，这个合理的体系形成有其特定的历史和背景。2 小氮肥企业“造气体系”形成的历史和背景 “小氮肥”是计划经济时代的产物，小氮肥企业之所以称“小氮”，就是其原设计合成氨规模小，一般在25kt/a以下，其隶属关系是地市一级
7、，而中氮肥企业规模一般在25kt/a以上，隶属于省一级，正因为其规模小级别低，吃不上计划皇娘山西白煤，一般采用热稳定性较差的本地劣质块煤或气化型煤如煤棒、煤球等作为造气原料，煤气炉直径一般设计为2240mm或2400mm，采用热稳定性差的煤制气，炉上温度不宜高，因此小氮造气流程不设燃烧室，不使用二次风，吹风气直接放空，炉上温度不宜高，煤气炉内干燥层势必要求厚，在同等碳层高度下，干燥层厚了，气化层必然薄了，因此小氮一般采用高碳层操作。高碳层操作有利的一面是，气体成分好，蒸汽分解率高，半水煤气中CO2低；不利的一面是吹风气中可燃气体成分高，所以大部分小氮肥企业率先上了吹风气集中回收装置弥补高碳层操
8、作的不足。高碳层操作对风机压头要求高，部分小氮肥企业改上了高压头风机，总而言之，小氮肥企业消耗较低是在工艺和设备上较好地实现了低上部温度操作。 小氮肥企业煤气炉发气量高则主要是吹风率高，吹风时间短，其吹风率高，吹风时间短主要是通过控制较高的下部温度，让火层集中在煤气炉中下部，煤气炉内形成较好的渣块，减少了吹风时的阻力来实现。中氮肥企业煤气炉负荷上不去，最主要的原因就是下部温度控制得较低，渣块较小，未形成良好的灰渣层，增大了吹风时的阻力。而中氮肥企业煤气炉在现有的设备状况下要控制较高的下部温度，形成较大的渣块有一定的难度，主要困难在于较大渣块的排渣。小氮肥企业煤气炉炉箅破渣搅渣能力强，炉箅与炉膛
9、壁之间间隙均匀，下渣块度合适。灰盘大小出灰口高度及灰犁结构较好地解决了出渣问题。 综上所述小氮肥企业造气体系及形成背景可用图1表示。3 中氮肥企业造气技术改造技术、革新的方向 近几年，中氮肥企业模仿小氮肥企业的做法在工艺和设备上做了不少技术改造和革新，起到了一定作用，但更多的改造和革新是浪费资金，没有发挥很好的作用。究其原因，就是没有把小氮肥企业造气经验作为一个体系加以分析，把其分割开来了，结果学得四不象，有的甚至起到了反作用。笔者认为，要学习小氮肥企业造气应从以下方面着手。3.1 改善炉箅破渣和炉下排渣能力 炉箅是煤气炉的心脏，布气是否均匀对煤气炉的操作至关重要，炉箅的均匀布风与炉箅的设计有
10、较大关系，但笔者认为煤气炉炉下结构是否配套及操作工艺对炉箅均匀布风更重要。煤气炉操作工艺对炉内有一事实上的灰渣层来保护炉箅和均匀布风，这个保护层应是一定块度的渣块，所以要求炉箅较强的破渣能力，有较强的搅动能力，使炉内形成的渣块能及时破碎。同时破碎后的渣块要及时落于炉箅下，这就要求炉箅与炉膛壁有较合适的间隙。落于炉箅下的渣块应能及时排出灰门，这就要求灰盘大小，出灰口高度及灰、犁结构合理，使灰盘上灰渣的较好的堆料角。总而产言之，就是要求煤气炉排出的灰渣与产生的灰渣相平衡，灰盘上灰渣不能完全堆满，防止流道堵塞。 从现在的情况来看，中氮肥企业煤气炉普遍存在一问题是：炉箅与炉膛间隙大小不均，炉箅破渣能力
11、差了点，怕结大块，不敢把火层往下压，同时，灰盘过小，炉下储灰空间小，出灰口不敢留高，排类不畅通，灰渣层都是细灰，增大了煤气炉的阻力，使得煤气炉负荷提不高。值得一说的是，在吹风调节阀未全开的情况下就有吹翻现象，为提高煤气炉吹风负荷所进行了风管改大、中心管扩大等一系列拓宽道风道的措施大可不必，因为系统中阻力最大的就是炉内燃料层。提高气化层温度，炉内结一定的块，增高炉箅的破渣盘，将炉箅由四边形改为六加形，让炉箅下潭块度均匀，加大灰盘储存空间，灰盘加大，炉箅底座做小，加高灰门高度。拓宽渣块通道才是当务之急。让煤气炉“吃拉”两畅，在理想的类灰渣层发挥好再布风作用下能起到均布型炉箅的作用，才能提高吹风率。
12、3.2 调整时间分配，降低上部温度，提高下部温度 现中氮肥企业吹风时间表一般占总循环时间表的22%以上，下吹蒸汽用量普遍大于上吹蒸汽用量。吹风时间长主要是基于吹风负荷低为保证热量平衡考虑的，而吹风负荷低的主要原因是煤气炉内燃料层阻力比较大。增加下吹时间，火层往下压，形成较好的渣层，煤气炉负荷可大幅提高，吹风时间就可减下来。当然，增加下吹风时间，形成较大的渣块必须以炉箅和炉下排灰机构改造能顺利排渣为前提。在增加下吹风时间的过程中，有可能出现灰盘上出红碳的情况，其主要原因是炉速开得过快，煤在气化层未燃尽致。在没有增加下吹时间的情况下，虽然煤在气化层未燃尽就下至灰盘，但上吹时间较长，炉条温度较低，炉
13、速开快点也不会出现红碳，这也是中氮肥厂煤气炉返焦一直居高不下的原因。在时间分配上，将下吹时间增加至45%，吹风时间可改为20%以下，上吹蒸汽用量可适当增加至比下吹蒸汔用量大以维持气化层稳定增长。上部温度应控制在300以下，炉条温度应控制在300以上。3.3 增加煤气炉高度，提高碳层高度 维持较低的炉上温度，炉内燃料干燥层会增厚，为保证煤气炉气化层的厚度必须提高碳层高度。碳层高度提高的前提必须将气化层控制在煤气炉夹套上沿只有2.3m，煤在炉内堆料角按35计算，碳层高度一般只控制在风帽上1.9m左右，比小氮肥企业煤气炉碳层低1m左右。必须对煤气炉本体高度进行加高。根据中氮肥企业的现状，采用压缩灰斗
14、高度，炉体下放较好，这样夹套高度同时加高了。3.4 工艺流程改造 在实施了时间分配调整，降低了炉上部温度，二次风用不上了，提高了碳层高度后，吹风气中可燃气体成分增高，上吹风气集中回收很有必要。有些厂，将煤气炉炉上温度降低了，减少了上行气体带出显热，停用二次风，吹风气直接放空，吹风气潜热损失大，得不偿失。有些厂，上部温度降低了，碳层却没有提高，结果气化层很薄，半水煤气中CO2下不来，吹风气中可燃气体成分很低了，没有集中回收的必须。提高了炉下温度，下行煤气温度比上行煤气温度还要高，下行煤气显热回收很有必要，在完成了吹风气回收后，废锅改热管锅炉很有必要，将上、下行煤气同时回收，还可将废锅、夹锅蒸汽过热。在此顺便提一句，一些厂为降低上部温度，将下吹蒸汽管的入口从燃烧室改至上气道的做法是不对的，降低了入炉蒸汽温度对制气不利，降低炉上温度主要靠调整上、下吹时间表来实现。
