中氮厂间歇式煤造气技改研究
中氮行业技术改造思路_化工
中型氮肥厂是我国氮肥工业之母，不仅为我国工农业生产提供了大量化肥和化工原料，而且为我国化学工业的发展，特别是氮肥工业的发展提供了技术和管理经验，培养和输送了大批人才，为国民经济的发展做出了很大贡献。
1997年，我国中氮肥行业的合成氨能力达600万t, 约占全国总能力的18％，尿素能力539万t, 占全国总能力的24％。
加上近几年从小氮肥发展起来的己达到中型规模的厂，全国中型规模的氮肥厂约有100家，总计合成氨能力1000万t/a左右，占全国合成氨能力的26％，尿素能力也在：000万t/a左右，约占全国总能力的40％，可见中氮肥是我国氮肥行业的主要力量。
我国中型氮肥厂大都建于五六十年代。
以煤为原料的中型氮肥厂的合成氨装置主要采用我国自行开发的工艺技术，如常压固定层煤气化、拷胶脱硫、热钾碱法脱碳、往复式压缩、高压合成等；尿素生产主要采用水溶液全循环工艺。
以油为原料的合成氨工艺也是国内开发的。
只有以气为原料的部分厂采用引进技术。
总的说来，我国的合成氨、尿素生产技术均较为落后，尤其是以煤、焦为原料的一些工厂，五六十年代建成，有些厂先天不足，设备陈；日，能耗高，运行了多年，更新改造力度不够。
而且现有的中氮企业绝大多数单系列装置规模偏小（一般合成氨为6～8万t/a，尿素为13万t/a，公用工程潜力大，人员多，竞争能力差，抗风险能力弱；还有的工厂三废排放高于国家标准，急待改造。
“八五”、“九五”期间，虽然国家投入一部分资金对中氮肥实行技术改造（如利用亚行、世行贷款在12个工厂新上12套8一131程，还有20多个工厂的技术改造主要是增加2～3万t/a合成氨、3～5万t/a尿素），但改造力度还不够大。
在国际、国内竞争激烈的新形势下，利用近几年新开发的新技术，在现有的基础上加大对中氮肥技术改造的力度，进一步扩大装置规模，降低消耗和成本，缩小和国外以及国内大型氮肥厂的差距，提高竞争能力，势在必行。
究竟如何改造？综合大家意见，我想就此提出一些思路。
煤制气方法的技术现状及工艺研究
煤制气方法的技术现状及工艺研究煤制气是利用煤炭作为原料，通过化学反应将其转化为合成气的过程。
由于煤炭资源丰富，煤制气成为一种重要的能源转化方式。
本文将从煤制气的技术现状和工艺研究两个方面进行探讨。
煤制气的技术现状主要包括煤气化技术和合成气后处理技术两个方面。
煤气化是将煤炭转化为合成气的关键环节，而合成气后处理则用于提高合成气的纯度和稳定性。
煤气化技术是煤制气的核心技术，目前主要有固定床气化、流化床气化和煤浆气化等方法。
固定床气化是最早被应用的方法，其优点是操作简单，但受煤种和气化温度的限制。
流化床气化是一种高效的气化技术，具有良好的气化效果和灵活性，但存在气化剂和煤粒的流动性问题。
煤浆气化是将煤浆喷入气化炉内进行气化，具有高热效率和灵活性等优点，但也存在煤浆制备和气化过程稳定性的挑战。
合成气后处理技术主要包括气体净化、CO转化和H₂富集等方法。
气体净化是将合成气中的杂质去除，主要包括硫化物、氯化物、固体颗粒和水等。
CO转化是将合成气中的一氧化碳转化为一氧化碳和氢等高价气体，以提高合成气的能量利用效率。
H₂富集是将合成气中的氢气富集，以满足合成气用途的要求。
除了技术现状，煤制气的工艺研究也具有重要意义。
工艺研究主要包括工艺参数优化、废气处理和新材料应用等方面。
工艺参数优化是根据不同煤种和气化条件，通过实验和模拟研究，提高气化效率和合成气质量。
废气处理是对煤制气过程中产生的废气进行处理，以减少环境污染。
新材料应用是通过引入新型催化剂和吸附剂等材料，提高煤制气过程的效率和产品质量。
煤制气技术在煤炭资源转化和清洁能源领域具有重要地位。
煤气化技术和合成气后处理技术是煤制气的核心技术，而工艺研究则为提高气化效率和合成气质量提供了重要支持。
随着科学技术的不断进步，相信煤制气技术将得到进一步发展和应用。
造气工段技改措施
造气工段技改措施1 造气系统连续化运行我国中小化肥企业普遍采用固定床间歇煤造气技术，制气过程包括吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净5个阶段，组成1个制气循环。
在1个循环中，每个阶段所占的比例受企业的设备配置情况、制气原料的性质、操作管理水平等因素的影响而有所差别。
循环时间一般为150s(有些企业为120s)。
1个循环的5个阶段对制气过程来说是间歇的，因此实现系统的连续化运行对设备的合理配置就显得尤为重要，较理想的流程为一机—四炉—一锅—一塔。
就是1台造气鼓风机给4台造气炉送空气，4台造气炉产生的上、下行煤气通过1台联合废锅回收煤气中的显热生产饱和蒸汽，煤气经回收热量后进入1台煤气洗气塔，煤气在洗气塔内经除尘、降温后送至气柜，这种流程可以实现间歇制气系统的连续运行。
采用此流程时，较传统流程(4台造气炉)节省设备投资30万元，洗气塔循环水用量减少三分之一，热管式联合废热锅炉的寿命是火管(或水管)废热锅炉的3倍。
4台造气炉利用油压微机控制系统的吹风自动排队程序，使制气阶段不发生重叠，就能达到满意的效果。
2 造气工段全自动化生产小氮肥经过40多年的发展，在生产规模不断扩大的同时，技术水平、操作水平也有了显著提高。
特别是近10年来新技术的广泛应用，使造气工段实现了全自动化生产。
2.1 自动加煤技术小氮肥企业造气工段过去都是用煤斗人工间歇地给造气炉加煤，生产过程中存在如下问题：(1)煤气发生炉的有效制气时间被加煤时间所占用，使产气量降低。
(2)一次性加煤量大，引起炉温波动范围大，气化层不稳定，造成蒸汽分解率低，原料消耗高。
(3)炉口经常打开，不但造成热量损失，而且易发生爆炸事故。
(4)增加了工人的劳动强度和对环境的污染。
采用自动加煤机加煤，在不停炉的情况下，1个循环加1次煤，加煤量少且加煤机布料均匀，克服了人工间歇加煤的不足。
采用自动加煤机实现自动化操作的同时，还可以使有效制气时间增加5.67％，单炉产气量提高15％以上。
间歇式
间歇式、固定床煤气炉造气生产中的炉况优化控制技术作者/来源：李晓刚 (河北科技大学德隆公司石家庄 050018) 日期：2007-2-131 概述合成氨生产造气非常重要，造气费用几乎占合成氨生产成本的60％以上。
为此，造气生产得到了广泛地重视。
人们期盼的造气生产专用控制技术也是从无到有，从低级到高级，达到现代化水平。
我公司一直是致力于这些专用控制技术的开发，推广工作。
在20世纪90年代，造气生产普遍采用的微机油压控制技术；蒸汽压力前馈补偿及调节控制技术；蒸汽流量自动调节控制技术：合成氨氢氮比自调控制技术；机电一体化自动加煤技术；机电一体化自动下灰技术都由我公司开发成功，并得到大面积推广应用，给氮肥行业、煤气行业创造了可观的经济效益。
进入21世纪，在造气生产上对先进技术的采用要求更加强烈，希望有一种控制技术能够代替人的思维、能够总结人的经验对造气炉生产中的炉况进行优化控制。
我公司经过努力和探索，在一些先决条件具备的情况下，炉况优化控制得以实现；造气操作工梦寐以求的全自动化连续生产得以实现。
2 炉况优化控制的先决条件造气炉况优化控制是个系统工程，只有各种条件满足了这个系统工程才能圆满实现。
说穿了要实现炉况优化控制我们首先要创造先决条件，只有这样，优化控制的实现才有依据、才有保证。
否则，寻优是盲目的，是人为作出来的。
可见创造先决条件非常重要。
确切讲，没有测量的控制是盲目的控制，所以信号测量很重要，有没有相应的测量信号是衡量先决条件具不具备的体现。
2.1 炭层实际高度的测量采用炭层高度自动测量装置，定时测量实际的炭层高度，为炉况优化控制提供准确的炭层高度信号(见图1)。
我们研制的炭层高度自动测量装置即便是在手动状态，控制系统照样能够接收到真实的炭层高度信号。
2.2 灰仓温度测量方法是把灰斗上面平均分成四块，测量灰仓温度热电偶安装在灰梨对侧靠近炉体一块的中央，垂直或稍向内倾斜(便于维修)，插入深度10～15cm，两个测灰仓热电偶必须对称，插入深度一致(见图2)。
间歇式固定层增氧制气出现的问题浅析及措施探讨
间歇式固定层增氧制气出现的问题浅析及措施探讨石春发【摘要】针对间歇式固定层增氧制气过程中出现的半水煤气中CO2含量上升、吹风气中CO含量升高、入炉空气中氧含量波动大等问题进行了原因分析,并对可采取的措施进行了探讨.在加大吹风阀手轮开度后,吹风时间从21 s缩短至18 s,可减少吹风气中CO含量上升的幅度;上加氮时间从10 s延长至15 s后,半水煤气中φ(CO2)可降低约0.2％;调节吹风时间在18～20 s、循环时间为120 s,氧含量波动范围可控制在2％以内.【期刊名称】《化肥工业》【年(卷),期】2018(045)006【总页数】3页(P50-52)【关键词】固定层间歇制气;增氧制气;合成氨【作者】石春发【作者单位】云南云天化股份有限公司红磷分公司云南开远 661600【正文语种】中文【中图分类】TQ113.26云南云天化股份有限公司红磷分公司(以下简称红磷分公司)80 kt/a合成氨装置始建于1997年，设计规模为30 kt/a合成氨，于1999年投产，造气采用固定层间歇式气化工艺，配置4台Φ 2 610 mm造气炉，原料主要使用焦炭。
2001年12月完成了“3改8”工程改造，液氨由年产30 kt提升至80 kt，Φ 2 610 mm造气炉由4台增加至9台，仍采用焦炭制气。
近年来，随着焦炭价格的不断上涨，使得合成氨生产成本不断增加。
为了提高现有合成氨生产装置的整体水平、增强企业竞争力、降低液氨生产成本、增加企业经济效益，对原料路线进行了调整并对系统进行了优化改造，原料由焦炭改为煤棒。
在此次技改中，为提高造气效率、降低成本，针对云南煤灰熔点低、活性差的特点，造气采用增氧制气。
增氧制气投用后取得了很好的效果，单炉发气量增加了800～1 000 m3/h(标态)，吨氨煤耗降低了30 kg以上，但在采用增氧制气生产过程中也出现了一些问题。
1 间歇式固定层增氧制气出现的问题及原因分析该增氧制气装置于2012年3月投入使用，投用当天效果明显，单炉发气量从4 500 m3/h(标态)左右提高至5 500 m3/h(标态)左右，吨氨煤棒消耗从1.80 t下降至1.75 t左右，造气成渣率明显上升，炉渣中残碳含量明显下降。
间歇式固定床制气过程中二次上吹阶段进行的反应式
间歇式固定床制气过程中二次上吹阶段进行的反应式
二次上吹过程是指在一次上吹后，经过预先的煤粉滞留时间，再次上
吹煤粉使煤层中的有机碳再次转换为丰富的潜热，从而使煤粉结合后形成
可燃烧的煤气，再次输出到井口，实现了煤炭自燃效应。
这一过程需要掌
握和操作的技术比较复杂，但是只有很好地控制了二次上吹的反应式，才
能够带来稳定可靠、可持续的煤气回收利用。
一般来说，二次上吹反应过程由两个阶段组成，分别是初始上吹阶段
和稳定回收阶段。
在初始上吹阶段，通过调节上吹量，增加点火热量，使
煤粉结合更快，并改变煤炭自燃状态，提高煤炭的可燃热量，使煤粉结合
更容易。
此外，上吹量也可以控制气体的去除速率，使气体反应更加完善，使煤粉结合更完美，提高了煤炭自燃的反应效率。
稳定回收阶段是指经过初始上吹后，煤炭自燃状态稳定，煤粉的结合
也已经达到一定水平，此时，采用间歇式而不是连续式上吹，以节约煤粉
消耗，提高煤层改造效果的方法，来稳定地收集煤气。
11-常压固定床间歇气化工艺的节能举措
常压固定床间歇气化工艺的节能举措王志勇在能源、资源日趋紧张的形势下，对于以煤为原料的氮肥企业来讲，节约原材料，特别是降低原料煤消耗，以降低生产成本，提高经济效益，成为了当前工作中的重中之重。
因此，造气是氮肥企业生产中节能降耗的关键工段之一，应该本着开发、优化、节约、循环、环保、节能并举的原则，采取一系列切实可行的措施，实现节能降耗。
1 制订合理的工艺指标并优化之合理的工艺指标是实现生产优质、高效、低耗、安全和稳定的前提。
造气工段要想节能降耗，就必须制订出合理的工艺指标，并不断地对工艺指标进行优化。
1.1 煤气炉温度的控制常压固定床间歇气化过程，实际上是热化学反应过程，而温度的控制则是气化反应的主要手段。
从一定程度上讲，煤气炉温度的高低和蓄热量的多少，就决定了半水煤气产量和质量。
煤气炉温度也并非越高越好，在吹风阶段气化层温度越高，二氧化碳还原成一氧化碳的机会就越多，气化过程中的原料消耗就高，热量损失就大，势必影响吹风效率的提高。
在制气阶段，蒸汽与炭反应的速度随温度的升高而加快，适当提高气化层温度，增加燃料层的蓄热量，气化强度明显提高。
这表明，吹风与制气两个阶段，对于气化层温度、厚度和蓄热量多少的要求是不一样的。
吹风阶段应尽量避免形成二氧化碳还原的条件，希望气化层薄，温度低，蓄热量少；制气阶段则要求有利于形成二氧化碳还原反应的条件，希望气化层厚，温度高，蓄热量多。
另外，气化层温度的高低，还受到原料灰熔点的限制，炉温过高超过灰熔点所能允许的温度，则会造成料层熔结成块，使炉内结疤，造成操作条件恶化。
因此，煤气炉温度高低的选择应从气化强度和热利用率两个方面综合考虑，当气化层温度维持低线指标时，上下吹蒸汽用量应相应减少，否则会使炉温过低，影响制气效率。
由于常压固定床间歇气化工艺的特殊性、复杂性、局限性，煤气炉内实际温度的高低是很难直接测量准确的。
煤气炉内实际温度的控制，往往以轴向的上气道温度、下气道温度为主要依据，以径向的左、右灰仓温度为次要依据，形成轴径向温度全面得到控制的局面。
间歇式造气炉的优化控制改造
（ 脊中化高平化工有 限公 司，山西 高平 天 ０８ ０ ） ４ ４０
［ 中图分类号］Ｔ ４ ［ Ｑ５ ５ 文献标 识码 ］Ｂ ［ 文章编号 ］１０ ９ ３ （０ １０ ０ ３ ０ ０４— ９ ２ ２ １ ）２— ０ ０— ３
天脊 中化高 平化 工有 限公 司为 年产 ４０ｋ 合 ０ ｔ
要 减慢 炉条 机转 速 ；而气化 层位 置过 高则可 能是
气 化层 温度 过高 或者结 疤 ，同时气 化层 位置 过高
还可 能 造 成 挂 壁 、结 疤 ， 因此 需 要 加 快 炉 条 机 转速。
为 了 比较稳 定地控 制灰 渣层厚 度 和气化 层位
置 ，一 般采 取调 整 炉 条 机转 速 的方 法进 行 操 作 。 此 次 引入德 隆公 司 的技 术对 炉条 机进行 自动 优化 控 制改 造 ，其对 炉条 机 的优 化控 制 主要 通过 对左
开发 的造气 炉三 位一 体技 术 ，即造气 生产综 合 优
化 控制 技术 、造 气机 电一体 化 自动加煤 技术 和造
率 由 ３个 循 环 检测 １次 改为 １个循 环 检 测 １次 ， 直到检 测结 果 ≤ ±２ ５ ｅ 时 自动恢 复原 检 测 频 ． ｍ
气 油压 系统 技 术 ，从 而 实现 全 自动 化 连续 生 产 。 自 ２０ ０６年投 运 以来 ，装 置运 行较 稳 定 ，发气 量 基 本满 足 生 产 要 求 。２ １ ００年 为 降低 成 本 ，公 司
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中氮厂间歇式煤造气技改研究
中氮厂间歇式煤造气技改研究
我国中氮企业煤造气工艺的流程和设备，大都沿用30年代从美国和60年代从前苏联引进的。
水煤气生产的每个循环分为六个过程：送风、蒸汽吹净、上吹、下吹、二次上吹和蒸汽吹净。
吹风气经过发生炉出口除尘器，除去气体中部分粉尘后，进入燃烧室，加入二次空气进行燃烧，燃烧气经上升管到废热锅炉，温度降至250℃左右，进入烟囱，经除尘器除尘后放空。
上行煤气经发生炉出口除尘器，除去部分粉尘后进入燃烧室，再经上升管进废热锅炉，温度降至250℃左右，从废热锅炉下部经煤气三方阀门进入洗涤器，煤气温度降至40℃左右进入气柜。
下行煤气经煤气三方阀门进入洗涤器，温度降至40℃左右进气柜。
这一流程存在许多不足，导致中氮企业造气能耗居高不下。
30余年来，许多企业对造气工序的设备作了大量的技术改造工作。
如炉膛扩径改造，造气炉夹套改造，炉箅改造，燃烧室增容及增加蓄热能力改造，洗涤器改造，管线及阀门改造等。
同时也提出了优化的操作方法。
这些工作为中氮造气工序积累了丰富的技改经验，也为设备稳定运行和节能降耗作出了较大贡献。
但目前中氮企业与先进的小氮企业造气能耗相比，仍高10％～ 20％。
究其原因，一是一炉一个的燃烧室设计不合理，由于燃烧室内没有助燃系统，要求吹风气安全燃烧
温度不低于650℃，否则不能正常工作。
大多中氮企业由于造气原料的不同，吹风气温度不能控制在650℃以上，操作既不稳定又不经济。
二是煤气显热回收系统，由于废热锅炉设计压力较高，煤气显热未能充分回收，造成能源浪费和洗涤器费水。
邯钢化肥厂、济南化肥厂、鲁南化肥厂将原工艺的一炉一个燃烧室燃烧吹风气工艺，改为多炉一个燃烧室吹风气集中燃烧工艺。
改造后的工艺造气能耗降低10％以上。
现介绍吹风气集中余热回收和上、下行煤气显热回收工艺。
1 吹风气集中余热回收工艺
吹风气集中余热回收就是将两台以上造气炉的吹风
气送入一台燃烧炉内，在弛放气助燃系统的助燃工作条件下，安全稳定燃烧。
中氮企业在吹风气集中余热回收系统设计时，应遵循如下原则：①保证安全稳定运行，即改变造气原料和改变造气操作指标仍能安全稳定运行；②确保产出蒸汽合理有效利用；③燃烧热量得到充分回收；④系统运行寿命长；⑤环保原则；⑥经济性原则。
吹风气集中余热回收工艺的主要设备如下。
1.1 燃烧炉
燃烧炉必须具备可维持低浓度可燃气体燃烧的温度，并且配风合理，否则不能稳定运行甚至发生不同程度的爆炸。
还要求必须达到自身热平衡，要求有小的热损失，大的
炉只走上行煤气，入口煤气温度350℃左右，出口180℃。
这种工艺存在两点不足：一是废热锅炉上行煤气出口温度高，260℃左右的下行煤气余热未回收，造成能源浪费、洗气费水；二是废热锅炉不能长周期稳定运行。
实践证明，热管式废热锅炉应用于该工艺系统，具有运行稳定，使用寿命长的特点。
其方式有一台造气炉用一台热管废热锅炉和多台造气炉共用一台废锅的工艺。
下面详细阐述多台造气炉共用一台废锅的工艺及设备。
2.1 多台造气炉共用一台废锅的工艺流程
工艺流程如图1，各阶段气体走向如下。
吹风气：空气由炉底进入，由煤气发生炉上部出来进入除尘器，然后去吹风气回收系统。
上行煤气：由炉底进入，上部出来依次进入除尘器、安全水封、废热锅炉(上、下段气体温度降至140℃)、洗气塔降温至40℃去气柜。
下行煤气：由炉上部进入，下部出来，依次进入安全水封、废热锅炉(上、下段气体温度降至140℃)、洗气塔降
温至40℃去气柜。
此工艺热管联合式废热锅炉是系统中余热回收、高产低耗、确保设备正常运行的关键设备。
2.2 热管联合废热锅炉
2.2.1 热管联合废热锅炉的结构
RLG型热管联合废热锅炉是气—汽型换热器、气—液型换热器的组合设备。
上段是气—汽型换热器，即热管蒸汽过热器，下段是气—液型换热器即热管废热锅炉。
两段结构基本相同，均由内筒、外筒、热管三部分构成。
热管径向分布于内筒上，被内筒分成两段，插入段是光管，内筒外侧热管段有翅片。
2.2.2 RLG热管联合废热锅炉的工作原理
上、下行煤气自外简体的顶部煤气入口进入，经内外筒体之间，由外筒底部煤气出口排出。
蒸汽由上段内筒底部进入，从上段内筒上部蒸汽出口排出。
软水由下段内筒底部的软水入口进入，从下段内筒上部的软水出口排出。
煤气走内外套筒之间，将热量传递给热管，热管以极高的速度将热量传递给内筒的蒸汽和软水。
2.2.3 RLG热管联合废热锅炉特点
(1)换热效率高
300～400℃的上、下行煤气经过热管联合废热锅炉，温度降到140℃左右。
同时经过热管联合废热锅炉上段(热管
蒸汽过热器)的低温饱和蒸汽由120℃过热到200～220℃。
(2)阻力低、耐冲刷
热管径向分布，这种布置可以保证有足够大的流通面积，以RLG—1300型热管联合废热锅炉为例，其最小流通截面积2 m2，相当于DN1600管道流通面积。
煤气质量流速小于3kg／(m·s)，灰尘冲刷动能极低。
这样就解决了灰尘冲刷、磨损损坏设备的设计难点。
由于煤气流速低，设备的气体阻力非常小，流通阻力通常不大于200Pa。
(3)耐腐蚀、不易积灰
热管的加热和冷凝段长度不等时，热管传递一定的热量，热管加热段和冷凝段表面的热流密度就不等。
应用这一原理可以调整热管壁面温度，使其避开煤气露点。
一方面热管控制了露点腐蚀；另一方面落在热管表面的灰是干灰，干灰只是暂时落在热管表面，不会长时间积留，即不易积灰。
(4)运行稳定、使用寿命长
热管单管作业，一根或部分热管损坏，两流体不会发生混淆，不会影响设备的运行。
具有较长的设备连续运行周期。
(5)承压效果好
设备截面呈圆形，承压效果好，当煤气压力剧烈变化时，不会发生变形而影响换热效果。
(6)适用于各种原料的造气工艺
它可适用于块煤、焦炭、煤球、煤棒等制气工艺的余热回收。
2.2.4 吹风气集中回收的企业采用热管联合废锅的经济效益
采用联合式热管废热锅炉的工艺可使上行煤气由350℃左右、下行煤气由260℃左右降至140℃。
较原工艺(只回收上行余热降至180℃)，吨氨多产蒸汽150kg，洗涤器节水45 t。
直接经济效益12.35元。
一家年产100kt合成氨的企业直接经济效益123.5万元／a。