“十一五”期间氮肥工业造气技术发展走势.doc

论下一步氮肥工业造气技术发展走势田守国摘 要：文章总结了近年来造气技术超常规快速发展的亮点和不足，并分析提出了下一步造气应用技术改造的发展走势。目前，氮肥工业以煤为原料的合成氨产量占全国总产量的73.0。非无烟块煤气化装置合成氨总产量238万吨年，其中水煤浆气化装置8套，鲁奇炉气化1套，恩德炉气化装置3套，灰熔聚气化装置2套。以油为原料的氮肥装置共16套，这些装置目前都在进行原料改造。虽然国家有关部门倡导并支持新型气化项目的开发使用，但“十一五”期间乃至今后更长一段时期，UGI间歇气化技术仍为我国氮肥工业煤气化方法的主要部分。为进一步降低生产能耗，间歇式气化装置迫切需要加快技术改造步伐。从而使煤气炉主体部分配套进一步完善，使该气化装置系统平衡配套水平进一步提高，使各企业造气系统配置进一步规范，从而提升该气化技术单位面积的气化能力和运行的经济性能。1. 近年来造气技术的发展情况1.1 总体来说，近年来造气技术处于一个快速发展阶段。工艺、操作法、管理模式等各方面提高了一个较大的档次。更主要的还是众多从事造气专业的人员，理念的创新和观念的更新。然而从全行业总体分析，企业之间造气技术的发展速度还很不平衡。吨氨原料煤消耗区域之间差值很大，区域内发展也很不平衡。近年来造气应用技术方面的研究、发展和传播的进展步伐较大。该期间，由于无烟块煤市场需求量大幅度增涨，产、需矛盾加剧，价格上涨了60120，而且绝大部分厂家入炉煤质量下降。大部企业为了充分利用国家资源，提高经济效益，对小粒度块煤也进行了深度利用。低于煤气炉气化用煤指标要求的813mm粒径的小籽煤也得以应用。以前无人购买的劣质块煤，也成为部分企业原料煤结构的一部分，而且应用量在逐步增加。当地有资源条件的企业大量采用了当地煤作原料，正逐步消除对山西块煤的依赖性。型煤的应用量占总入炉煤量的比例大幅度加大，长江以北较长时期完全以块煤为原料的氮肥生产企业，已有90以上的企业均不同比例的应用煤球或煤棒。虽然其中一大部分企业还处在小比例尝试应用阶段，而这却是为应对下一步原料市场的考验，必不可少的技术积累过程。氮肥生产原料煤结构方面，总体来说已进入多元化时代，总体的质量对大多数企业来讲是呈下降趋势的。1.2 原料多元化的局面加之各企业生产能力扩大，单炉生产任务不断加重，因而使造气应用技术发展承受了巨大压力。（“造气应用技术”指；工艺水平、操作技能、管理控制能力）而沉重的压力下，造气专业人士克服困难，勇于创新。使新工艺理念、新操作技术成果、新管理控制方法纷纷涌现。在适应不同煤种的操作方面技术水平提高了一大步。操作理念的更新使工艺条件的特点变化较大、而且更趋合理。大部分企业由教条的高下行温度制气，转化为通过合理的设备技术改造，在设备条件和控制能力允许的条件下，控制适当的高下行温度。在较高负荷条件下，下行温度指标由300350，甚至350，降至300左右。上行温度因设备条件变化而向低上行温度转化，指标打破传统的350左右的“理想值”，大部分企业下降至250300，配套条件较好的部分企业上行温度降至200左右。先进企业在以混块煤为原料，2600煤气炉单炉日产47吨合成氨条件下，上、下行温度相加470。总体热转化利用效率快速提升，比“九五”时期煤气炉运行的热效率提升了一大步。1.3 煤气炉及系统配套改造方面。煤气炉主体和系统平衡配套方面的技术改造，总体说是有成效显著，但是有些方面也存在过头或不完善现象。“十五”期间，2米系列煤气炉从未间断扩大直径的改造。并且扩径改造的速度非常之快。五年时间2400煤气炉由数量最多，变为数量最少，绝大部分被26002650煤气炉取代。“十五”后期，锥形煤气炉推广应用比较快，一些企业新上的造气系统成批量选用。还有相当一部分是用于老系统改造。至今，2800煤气炉所占煤气炉总量的份额增加较快。从使用的情况来看，有部分企业反映效果明显，大部分应用企业反映有一定效果，而也有一部分企业反映不甚理想。但总体来讲，锥形煤气炉毕竟是由内径垂直一再外扩，改为下部异形外扩的新改造方式。用于老系统改造投资省、改造周期短，而且锥形夹套的特点对气化条件产生一定有益的影响。在技术改造过程中一种新改造形式，总需要一个操作上逐步适应、配套上逐步平衡、逐步完善和逐步提高效益的过程。近年来，煤气炉高径比问题受到广泛关注。也是在此期间，绝大部分企业均对煤气炉炉体部分进行了改造。不同程度的增加了炉体高度。目前，58左右的煤气炉高与径的比例达到基本合理，从而创造条件提高了炭层高度。使床层蓄热能力提高，才有了降低上、下行气体带出热量，减少热损失提高热效率的有利条件，才有了进一步提高气化强度条件。近年来，小氮肥行业65以上的企业完成了造气流程改造，集中余热回收流程被广泛应用。76以上的煤气炉装配了加煤机，只有采用湿煤棒为原料或一些情况特殊的企业仍采用人工加煤。造气系统的自动化程度有了较大提高，近年来造气技术发展进步的成效是显著的，许多方面有了新的突破。虽然某些改造项目因整体配套平衡方面不够完善，效益发挥还不够彻底，但至少通过实践使我们积累了经验，思路更加清晰，信心更加充足。下一步的技术改造将会更加科学、更加合理。2.造气应用技术发展方向要提高整体的专业技术水平，首先要加强在职职工的职业培训，使之职业技能尽快提高，这是造气水平提高和造气技术发展必不可少的。2.1 “十一五”期间将是氮肥工业艰苦奋进的一段历程，为进一步降低生产成本，造气应用技术要求进一步提高，造气装备技术水平也要求进一步提高。并且要深入落实技术改造项目，消除制约因素，使煤气炉的运行状况稳步进入气化强度的极限状态。目前，气化强度的提高设备方面受制于煤气炉的炉体高度、夹套高度（即：两个高径比）和炉底部分。另外还受一个企业的应用技术水平高低的影响。创造条件最大限度的将热量转化为煤气，永远是造气一切工作的中心。要通过技术改造逐步实现高气化强度，并且努力减少气体和灰渣带出显热，进一步提高原料的转化利用率。两个高径比要加快改造，从而适应即要求气化强度进一步提高，上、下行温度又要求进一步降低的要求。从而建立有利于热转化率提高的良好条件。随两个高径比逐步改造合理，床层蓄热能力得以增强，在原料粒度和蒸汽温度以及操作控制合理的条件下，将气体带出显热温度降至300340（上行温度加下行温度）为理想值。这一目标不是空想，一些企业在气化强度1300m3（m2h）的条件下，已经达到了上、下行气体带出温度相加370。如通过技改再进一步降低，显热回收的价值将逐步降低。那么造气系统余热（显热）回收装置存在的意义就要重新考虑。造气余热回收将以进一步开发低温、低热值吹风气回收装置为重点。2.2 煤气炉工作循环时间将要逐步改变。小氮肥造气应用的炉型已经随技改的深入逐步大型化，如2800煤气炉高径比达到合理，将床层提高后，其物容量超过了3000煤气炉（3000煤气炉受制于高径比炭层分布呈径向面积大，高度低的状态）。炉型大、物容量增大，因此，包括2600煤气炉在内均不适合循环时间过短。在煤气炉吹风过程中，气化层温度越高吹风效率越低，炉温越低吹风效率越高。这是气化原理的一部分。一个制气循环结束时，如气化层温度还保持较高值，下个循环吹风效率就低。吹风时间就需要加长才能达到上一循环的峰值。而增加吹风时间就增加放空量，吹风阶段耗煤量同时增加，热效率降低，煤耗升高。当然也并不是谷值越低越好，任何事物总有一个“度”和“量”的掌握问题。煤气炉的吹风效率，从实际生产方面分析也能体现出来。例如：由150秒的循环时间改为120秒短循环，各阶段百分分配调整情况基本是这样；采用150秒循环时一般为：吹风35秒，上吹40秒，下吹60秒，二次上吹10秒，吹净5秒。改为120秒循环后；吹风32秒，上吹33秒，下吹44秒，二次上吹8秒，吹净3秒。总时间减少了30秒，制气时间减少27秒，而吹风时间只减少3秒。一般改短循环后吹风时间的减少比例仅占时间减少总量的13.左右。从两套循环程序的放热、吸热过程分析；150秒循环，一秒吹风时间放出的热量供4.3秒制气时间吸热。而120秒循环，一秒吹风放热仅供3.75秒制气时间吸热。该差值即是吹风效率高、低的体现。当今条件下只要风机能力能达到要求，就可以采用缩短吹风时间，增加制气时间的操作方法。有充足的制气时间才能提高气化强度，才能提高煤气炉的热效率。2.3 造气系统技术改造要把吹风系统与煤气系统分开考虑。吹风系统降低阻力有助于发挥风机能力，对一些风机能力小的企业起一定弥补作用。主要是创造条件达到大风量、短吹风（但吹风阻力降到什么程度为合理也值的研究）。而制气阻力不能无限度的降低。目前，一些厂家大力度的完成煤气系统降低阻力的改造。再投入生产后发觉炉况极难控制，局部结疤结块、偏灰流炭频繁出现。不论负荷轻重炉况都难以稳定，发气量下降、消耗升高。这样的结果使这些厂家不能理解，为了提高发气量投资将煤气管道加粗为800mm，煤气总管及气柜配重都作了相应的降阻工作。为什么结果是这样哪？我们使用的UGI间歇气化炉属常压制气，而工况对压强和压差变化特别敏感。炉内压强及压差稍有变化对气化条件就影响很大。这就是为什么制气阻力平衡点必须要严格掌握的原因。阻力过大制气效率低不适合当今强化生产的形势，而制气阻力过小新问题就出现了。制气阻力过小对蒸气入炉分布的均匀性影响很大，这一点不同于吹风阶段。吹风阶段入炉空气的流速、流量是蒸汽流速、流量的四倍以上。因而蒸气进入床层后流量小、流速慢。在制气系统阻力小的条件下，煤气炉两端压差增大床层阻力也变小，因而蒸气流速加快，蒸气在炭层内停留时间缩短，分解率必然降低。更不利的一点是蒸汽流动阻力小蒸汽扩散、渗透力差。阻力大的区域，蒸汽进入量少，床层截面上吸热反应未平衡进行。局部过热熔结的几率增大，特别是原料粒度不均匀，煤质差的条件下几率更高。蒸气分布不均匀使床层内局部热量未得到转化吸收，热量分布不均匀。而空气的再次通入后还是以其流速量大、扩散能力大、渗透力强的特性继续进入高温区氧化反应放热。因而，局部温度再升高直至熔结。“降低造气系统阻力提高发气量”是氮肥企业追求了几十年的目标，绝大部分厂年度大修计划或技改计划中，经常都有减少造气系统设备、筒化流程、加粗工艺管道的项目。这项工作几十年一直在一步步的做，当今应该细致的总结、分析、研究一下了。任何事物总有一个限度和平衡点，无限的发展总会受到自然归律的惩罚。2.4 关于造气管理控制自动化问题。当今，工业生产已进入数字化时代。造气系统的生产管理，同样需要现代化的数字化管理控制系统。造气控制管理应当走出仅凭经验指导、看结果管理的时代。要倡导一切以数据说话，要采用现代化管理控制系统，对造气生产过程进行全面检测。特别是多炉生产的系统，仅凭管理者去巡检是不能使调节处理达到细致、准确、及时的，更做不到管理规范化。所以，必须借助现代化管理控制系统，使用现代化的管理手段。对管理控制系统要求信息采集要全面、信息记录要全过程、信息处理要精确、条件控制要稳定、安全性能要高。为了缩短外部信息采集反馈时间，从而为管理和操作尽早提供依据。具备较大规模的造气系统，都应配备造气煤质快速分析仪器，该装置也是数据信息采集的必要工具。3. “十一五”期间造气系统技术改造重点造气系统技术改造的原则是：使系统达到安全、稳定、提高气化强度、提高热转化率、提高动化程度、延长设备连续运行周期。3.1两个高径比改造要速度加快。首先要肯定的是：煤气炉的扩径改造、两个高径比改造，以及合理控制上、下行温度等措施，都是为了提高煤气炉的热效率。而且都是行之有效的。关于夹套锅炉（以下简称夹锅）高度提高增加热损失问题，当今有两大观点。一种观点是讲了几十年的，凡增加换热面积都要增加热损失，不可行。这一观点一直束缚着人们的头脑，阻碍了造气技术改造的速度和进程。另外一种观点认为夹锅适当增加高度客观上的确增加一定量的热损失，但创造了提高气化强度的条件。换来的是高气化强度和优化了的气体成分以及降低了残碳量，总体的热效率却提高了，而且“得”远大与“失”。原设计的夹锅高度只能满足上世纪70-80年代1000m3/（m2h）的气化强度。而目前煤气炉的生产任务达1300-1500 m3/（m2h）。目前，2米系列的煤气炉有90%以上的夹锅高度还在2134-2345mm。负荷提高的条件下，稍有操作条件变化或原料变化就出现挂壁。一旦出现挂壁气体偏流、发气量下降、返炭升高、煤耗升高是必然伴生的。煤质条件较差的企业均采用减小风量、降低炭层的方法维持。供气任务重的企业勉强维持生产，但每个月都要停炉清除挂壁1-2次，否则就维持不下去。就绝大多数厂家而言夹锅增加高度，是应对今后原料多元化和应对煤质下降的必要措施。也是降低操作难度、提高气化强度保证煤气炉强负荷长周期运行的保障措施。夹锅增加高度也有一个合理值，经对已率先改造的部分厂家的状况分析，同时也从大多数厂家原料状况和今后变化趋势分析，并综合考虑大多数厂家系统配套条件，认为夹锅高径比的合理值为：夹锅内径与夹锅高度相等。3.2 2米系列煤气炉的炉底盘部分改造势在必行。1980煤气炉使用的底盘在2800煤气炉上还在使用，虽然在防流方面采取了一些补救措施，但还是不能从根本上解决问题。底盘部分必须由改造变为重新设计制造。2000系列煤气炉内径扩大到2800mm。而底盘部分却没有改进，灰仓部分一直往外扩展，灰仓部分的利用己超过极限。已经基本失去了灰渣过渡区。夹套内壁与灰盘外缘基本垂直，只差l0 mm。形成这种状态，一是对灰渣层的稳定性极为不利，本身就是出现塌炭流生的主要因素。二是因为灰渣过渡区容量太小，造成排灰温度偏高，而且不容易降下来。灰渣过渡区的作用，就是让灰渣减缓排出速度，使之在离开灰渣层后再加一个过渡过程，让气化剂将灰渣夹带的热量进一步吸收，使排渣温度降低。而且该过程中过渡区内的灰渣还起到承托并稳定灰渣层，使之均匀下降、有序排出的作用。2800煤气炉达到2400炉的灰渣过渡区宽度和延流距离，才能使之操作弹性增大、炉况稳定、排渣温度下降，气化强度才能提高。3.3 推广应用ZL偏心炉箅。煤气炉离不了重要部件“炉箅”，其作用：（A）支承物料，加入的煤或焦气化过程中生成的中间物焦炭及气化后余渣都由炉箅来支承并导出炉外。（B）提供气化剂及下行煤气流通渠道，并有合理分布气化剂的作用。（C）起到带动底部灰渣并影响作用到气化层内燃焦移动，并使之呈螺旋状下降的作用。偏心炉箅其中心线与炉体中心线相距150mm，构成偏心有利于灰渣移动和破渣。偏心炉箅其上部本身偏心于炉体中心线，破渣能力大，并有防止疤块粘连成片的作用。如果炉箅中心线与炉体中心线一致，那么炉箅就像一个钻头在料层中原位转动，灰渣只能缓慢斜线移位并下滑，运动路线短。而在偏心条件下，炉箅与夹锅内壁之间的距离是不断变化的。有时间隙大，灰渣进入多，有时间隙小，灰渣受挤压，因此对成片疤块有破碎作用。由于落入和挤出使料层圆周方向运动，带动整个料层下降路线改变，下降的斜线加长。延长了气化时间，因而气化更加完全，返炭率明显下降。偏心炉箅特殊设计的表面筋条有二大作用，一是带动灰渣转动，使之改直线下降为斜线下降。二是筋条存在使炉箅表面形成波状起伏，起破渣作用，各层边缘上方跷起的破渣角有破渣和阻流两大作用。因此，偏心炉箅对消除劣质煤和型煤床层内易产生的空穴和局部结疤现象，有很强的抗御和修复作用。3.4 油压动力系统和油压自动阀门选配。油压动力系统要求根据阀门大小配置合理通径的管径、换向阀、油缸、接头和软管。保证油压动力有快速传递速度，保证油压阀门不论大小都能3秒钟到位。还要有可靠的安全连锁功能，三级安全连锁要齐全可靠（微机连锁、油路连锁、阀门检测），还要有可靠的稳压性能。为油压阀门配套的缓冲型油压缸己在部分企业应用。因缓冲油缸能在阀门将近关到位时，突然减慢活塞杆的吐伸速度，使阀板与阀口撞击减轻，从而减缓密封面撞击磨损。同时也减轻了十字头等联接部件的撞击力，从而降低故障率延长使用周期。另外，油压缸内密封填料也有较大改进，聚四氟乙烯填料使用寿命比原用填料增加几倍。油压闸板阀原设计内件数量多，结构繁琐，联接和紧固方法不合理。实际生产中因闸板阀出故障影响生产的几率最高，一些企业还在使用的闸板阀内件共十二件：闸板两片、阀芯一件、下楔一件、涨铁块两件、联接耳环二件、紧固螺栓四颗。结构复杂，拆、装都十分困难。改进后内件改为四件，减掉一半还多。阀板由两片自带子、母爪扣的闸板和一件上楔、一件下楔组成。四件通过巧妙的相互钓、挂联为一套。启、闭时涨、缩灵活可靠。油压座板阀的改进：将上封盖由“平板”形，改为“凸”形。为阀板设计了一个“藏身之处”阀板打开时全部缩入阀盖上的空腔内。一是让开通道增大了流通面积，二是避免了气体夹带灰尘的冲刷。而原设计阀板打开时悬于阀体的气体通道内，占用有效通径20%左右。增加气体阻力、影响制气效率。改进后通径利用率达100%。油压蝶阀的改进（以下简称蝶阀），原设计存有缺陷故障率高。主要是易脱销、断销、行程不够关不严等，问题在于原设计的主蝶板轴为两节“半轴”分别固定在蝶板两侧，结构强度不够造成故障率高。改进后新产品特点：将主轴改为由一条加粗的整轴贯穿蝶板中心，结构强度高，定位精确，密闭性能好。可靠性提高，故障率同比降低70%以上。从而对安全生产起到有力的保障作用。3.5 空气鼓风机的选配要点。“十一五”期间，煤气炉高径比陆续走向合理，炉型随相关配套部分的改进也将向大型化发展。因此鼓风机也将向大容量发展，但因原料条件逐步向下降方向发展，风压选择也不会有大的突破，但也不像目前要求的这样低，因床层加厚需要相应提高风压去克服增加的阻力。选择方向将是：风压由低压头改为中压头、大风量、调节方便、低噪声、节