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造气节能降耗总结
李明华、苟桂民、王广凤 山东省·兖矿峄山化工有限公司
摘要：造气工段是合成氨生产能耗最高，同时又是余热最多的工段。努力降低煤气生产的原料煤、蒸汽和用电消耗，切实做好余热回收利用工作，是降低合成氨综合能耗和生产成本的有效途径。本文通过对造气工段的节能降耗措施进行认真的总结，实现合成氨装置安全、高产、低耗，达到节能降耗的目的。
我公司目前已形成270kt/a合成氨、450kt/a尿素、50kt/a甲醇的生产能力。多年来一直把造气节能挖潜作为企业生产的重点，采用行业先进技术，先后投资近6000万元对该工序进行了多次技改，并不断优化操作。技改与调优的同步到位，实现了安全、高产、低耗的目的。下面把近年来在造气节能降耗工作上的思路和方法作一简要总结。
1、设备节能改造
1.1、造气炉的改造
造气炉是造气的关键设备，围绕提高造气炉的产气量和运行周期进行节能改造。为此，我公司先后进行了如下改造：
1）采用φ2800mm锥形水夹套。我公司共有27台造气炉，原造气炉直径均为Ø2610mm，现改为Ø2800mm锥形水夹套，在改造中各炉上行出口管放大至DN800，并改为造气炉顶部出气，增加了有效空间，有利于高炭层操作，降低制气阻力，单炉发气量大大提高。
2）采用新型炉箅。炉箅是造气炉的心脏，它直接影响到产气量和消耗高低。经考察和分析，采用质量可靠的DLφ2800炉箅，避免了炉子下灰的疤块大小不均、炭层下降不平稳、塌炭及返焦率增高等现象，同时该炉箅布风均匀，通风面积大，排破渣能力更强。
1.2、吹风系统的改造 ：
从造气吹风过程的原理分析可知，提高吹风强度不仅可提高反应速度，缩短吹风时间，增加有效制气时间，且还能抑制副反应的发生，降低消耗。根据这一原则，我们对吹风系统进行了一系列改造：
1）风机。扩径改造后的造气炉其附属设备必须配套才能发挥效益，其中风机是关键。造气炉的最佳工况是在短时间内使炉温提高，蓄存足够的热量，供制气用。这就要求单位时间内风机必须具备高风速、大风量的性能，所以把风机改为C600-1.265型风机。在高炭层操作时，制气强度可提高到1300m3/m2·h以上，有利于提高炭层和炉温，同时也实现了1台风机供4台φ2800造气炉生产，达到节能降耗、经济运行的目标。
2）改造入炉风管，降低阻力。随着造气系统的改造和C600-1.265型风机的使用，为了进一步提高炉内吹风强度，入炉风管及阀门全部更换为DN700。1.3 采用自动加焦机
1）单炉产气量可提高10%。在相同的工艺条件下，由原每30～40min停炉加一次炭（每次停炉时间1.5min，一天共停炉40次）改为每2min加一次炭（不停炉），即每天可节省60min加炭时间，且造气炉平均温度平稳、增高，有利于产气量的提高。
2）自动加焦机布料均匀，炭层厚度稳定，且每次加炭量很少，每2min约加80～100kg，使上行温度呈直线型，蒸汽分解率提高，气质好转。
3）自动加焦每个循环加炭量很少，炭层厚度无急剧变化，所以不易吹翻，消除了空洞。虽然炉内平均温度提高，但炭层温度平稳无超高，也就消除了结疤现象。、流程改造：
1）采用节能型工艺流程。根据场地和工艺条件采用四炉共用一台废热锅炉一台洗气塔和两炉共用一台废热锅炉一台洗气塔的工艺流程，每台造气炉的除尘器出口增加一个煤气总阀和一个干水封。新的流程工艺余热集中回收、煤气集中洗涤，既减少了造气设备台数和占地面积，又优化了工艺条件，制气阻力下降，回收和洗涤效果良好，进洗气塔的半水煤气温度由原160℃降至140℃。洗气塔出口半水煤气温度由60℃降至50℃。由于造气炉的运行周期和管理水平都已提高，这种共用流程能够满足生产的需要。
2）采用联合式热管废锅。联合式热管废锅上部为过热器，下部为废锅。过热后的蒸汽达到180℃以上，不再与造气炉水夹套共用一个汽包，改为单独设置，避免了废锅和夹套相互影响的问题，过热后的蒸汽达到180℃以上，有效地稳定了产汽工艺条件，使蒸汽系统压力更加稳定。
3）加大蒸汽缓冲罐容积。采用大容积蒸汽缓冲罐，入炉蒸汽总管改为DN500，避免了入炉蒸汽压力波动大的问题。
4）管道改造。为了减少制气阻力，增加煤气产量，对系统管道进行了扩径改造。联合过热器的进口管加大到φ1200，联合洗气塔进口管加大到φ1200，出口管加大到φ1000，以减少阻力，送风总管DN800，入炉送风管DN700，上行管道为DN800，下行管道为DN700，回收管道为DN800。上行阀前移至造气炉炉顶，下吹蒸汽进口由上行管移至造气炉炉体。下吹蒸汽不需再充满上行管和上行集尘器，可降低入炉蒸汽的消耗。
3、优化控制系统，实现自动化运行
3.1 操作控制系统改造
经过实验比较，采用了浙大中控的DCS控制系统，新的造气炉控制系统由DCS操作站、控制站、电磁阀、执行器和集成油压装置等五个部分组成。DCS控制系统安全可靠、操作方便、显示直观，在功能上，它不仅能完成以往造气微机的程序控制，且还能完成对造气炉的优化控制功能。它根据炉况随时调节吹风、上吹、下吹等时间，使炉况稳定并达到最佳状态。在入炉蒸汽、氢氮比自调、调优等方面，达到了较为理想的目标，所以对造气炉进行DCS控制是优化工艺生产的必由之路。3.2 油压系统改造
采用16位换向阀站。原阀站安装的全部是电磁阀，所有油压阀均采用电磁阀控制，电磁阀的流量较小，只有35L/min。改造后新的阀站安装电液阀，DN700以上的油压阀采用电液阀控制，其流量为75L/min。其它阀仍采用电磁阀控制。采用CBY3100泵站，一个泵站带4台造气炉，并配一个100L的蓄能器，每台造气炉配一个40L的蓄能器。
4、加强管理，统一操作方法：
有了好设备，没有相应工艺条件，要实现高产低耗仍是一句空话。在技改同时，我们操作上也不断调优，认真总结，制订出一套适合本厂特点的工艺操作条件，才能达到节能降耗的目的。
1）吹风百分比。以获得较高的气化层温度为原则，根据风机能力及煤质而定。吹风时间过长，不但缩短了有效制气时间，且1台风机供4台炉制气时，会造成各台炉之间重风时间过长，削弱了吹风强度。因此，采用上吹加氮来提高气化强度，减少吹风气回收时间，根据入炉原料煤的不同将吹风百分比由22%～24%下调到16%～19%，合适的吹风百分比是保证炉况、提高生产能力的重要一环。
2）炉上温度。炉上温度是半水煤气生产中一个非常重要的工艺指标。炉上温度过高，使煤气带出的显热增加，还容易造成气化层上移、挂壁等事故。而炉上温度过低表明炉内气化层位置偏靠下部且气化层温度低，将影响炉子的发气量。我公司一般炉上温度控制在250～300℃。
3）炉下温度。炉下温度的高低对于维持造气炉的正常炉况，延长设备的使用寿命及取得最佳发气量尤为重要。炉下温度过低表明气化层位置偏上，易造成上火、吹翻、燃烧不完全、增加残碳量等。炉下温度过高表明气化层位置严重下移，将缩短炉箅、灰盘等设备的使用寿命，也会造成燃烧不完全，甚至结疤事故。我公司一般炉下温度控制在230～280℃。
4）炭层高度。在生产中，维持正常的炭层是稳定操作的一个重要方面。炭层过高，会使炉内阻力增大，影响发气量。炭层过低，会出现吹翻、过氧等事故。根据高径比采用自动加焦机的炉子炭层控制在1.9～2.1m。
5）入炉蒸汽。在风量一定的情况下，蒸汽用量的大小直接影响炉况、发气量及气体质量。因此，调节好入炉蒸汽是稳产、降耗的关键一步。蒸汽总用量的调节主要是根据半水煤气成分中CO2和CO量的变化而定，因为CO量是与气化层温度同步变化的，而CO2的变化恰好与CO相反。所以在有效气体CO增加的同时，也就降低了CO2的含量，降低了蒸汽用量，气化层温度也就必然升高。尽管煤的品种、粒度有所变化，只要蒸汽调节恰当，再加上合理的上、下吹百分比，就能稳定生产。
6）制气循环时间。循环时间的长短对稳定气化层温度有一定的影响。循环时间过长，使气化层温度波动大，产气量变化也大。特别是烧劣质煤时，尤为明显。为此，将循环制气改为120s。优点是气化层温度波动小，炉况更加趋于稳定状态，单炉发气量明显提高。、增加型煤生产，多煤种掺烧，降低生产成本
随着白煤价格一路上扬，无烟煤在化肥生产中的成本所占的比例越来越重。降低原料的成本、降 低消耗是企业增加效益的最直接途径。我公司每年消耗无烟煤超过40万t，加工产生的煤末有7万t，把白煤末转化为型煤，增加10万t型煤生产能力，将型煤作为造气入炉原料是目前降耗最直接的也是最明显的措施，减少无烟煤的采购量，节约了煤炭资源，且提高了无烟煤的利用率。
为节能降耗，降低生产成本，我公司也采用多煤种掺烧的原料路线，以晋城水洗块为主，阳城煤、阳泉煤配烧为辅，还有1/4的小籽煤，再加部分煤球。入炉煤种多样化，多烧劣质煤、小粒煤、型煤等低价煤，解决了优质块煤供应短缺、价格高的问题，有效降低了生产成本，获得了巨大的经济效益。、总结：
生产一吨合成氨理论能耗为22.78×106 kJ，但从目前的现实情况看，即使一些较为先进的企业，实际生产的能耗水平也远大于此值。所以，无论是从理论上分析还是实践认为，进一步降低合成氨能耗的空间较大，深入挖掘降耗潜力，努力降低生产成本，是小氮肥行业生存发展的关键。
通过对造气工段的不断改造与优化，实现了安全、高产、低耗，节煤效果可提高5%～15%，单炉产气量由7000m3 /h以下提高到7500m3 /h以上。另外，在DCS控制的基础上，通过一体化的网络通讯平台，在我公司基本实现了现场设备的数字化、生产过程控制的智能化、企业管理信息化的管控一体化网络，大大提高企业的经济效益和竞争力，为企业节能管理打下了基础。
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