浅议降低造气块煤消耗

金 龙

(安徽晋煤中能化工股份有限公司,安徽临泉 236400)

随着原料价格的不断攀升,造气改造力度逐步加大。工艺上DCS、“三位一体”等新技术的推广应用,造气操作已经从经验型逐步向自动化迈进。设备上专用炉箅,中、高压夹套等新型设备的推广应用也使造气从单一优质原料逐步发展为粒度煤、型煤等多种形式。技术上李永恒、叶中一等专家对造气的操作从理论到实践提出了一系列实用的建议和指导,使造气技术水平逐步提高。吨氨耗煤从1 300 kg以上,逐步降低到1200 kg以下,使造气改造的路越走越远。

1 造气过程的耗煤量

造气炉在逐步优化,块煤消耗还有多大的潜力可以挖掘呢?

为计算气化过程的原料煤消耗量,先假设如下理想气化条件:蒸汽分解率100%;吹风气中不含CO;灰渣燃烧完全;没有热损失。以25℃为基准,原料煤(按石墨态纯炭计算)燃烧放出的热能全部转化为半水煤气热值。则有:

式中

G,V——分别为吨氨耗纯炭量(kg)及半水煤气量(m3);

q燃,q气——分别为纯炭热值(kJ/kg)及半水煤气热值(kJ/m3)。

半水煤气中一般含 CO 26%～30%,H240%～44%,取平均值CO为28%,H2为42%。

25℃下 CO、H2、C的低热值分别为283 183、241993、393777J/kmol,代入式(1)中,则G=0.24614V (2)

折合成含碳84%的标准煤,吨氨的标准煤耗

按式(2)、(3),对不同的半水煤气消耗定额V,理想纯炭消耗G及标准煤耗G′的计算值如表1。

表1 吨氨不同半水煤气消耗定额的理想纯炭及标准煤消耗量

由于气化过程中存在各种热损失,吨氨实际的标准煤耗为:

式中

G实——实际的标准煤耗,kg;

V——半水煤气消耗定额,m3;

g渣——飞灰及灰渣中未燃尽损失的标准煤量,kg;

g吹——吹风气中可燃气体燃烧热折合的标准煤量,kg;

Σg损——相当于各种显热损失折合的标准煤量,kg。

实际煤耗当然较上表的理想煤耗高。两者的差值与流程设计,吹风与制气等操作情况有关。此外,半水煤气的消耗量与煤耗也有直接关系。合成氨生产吨氨耗气3 400 m3,吨氨标准煤耗量为996.28 kg,其他热损失按5%计算,则吨氨标准煤耗量为1 046.1 kg。

2 降低消耗的措施

如何达到理想消耗,主要是放热与吸热的热量平衡和加料与出灰的物料平衡。控制好这两个平衡是一个极其复杂的问题,因为影响这两个平衡的因素很多,有外因也有内因,伸缩性也较大。小氮肥经过几代人50多年的不懈努力,至今仍未达到理想状态,还需要我们共同努力。

2.1 物料平衡

物料损失主要是炉渣返炭和吹风带出物。

(1)在炭层高度稳定的情况下,原料加煤量与消耗量、成渣量与排渣量要平衡稳定才能使料层各层厚度稳定,反映在操作上就是给料时间与炉条转速的相对稳定。灰渣的返碳率高,多属煤气炉炉底防漏装置存有缺陷或操作工艺不合理,煤气炉气化不良造成的。粒径较大的返炭虽然可以回收利用,但已带出部分热量,造成热量损失;灰渣中的小粒返炭不易回收,随灰处理掉,虽可再利用,但回收利用价值低。因此,努力降低灰渣可燃物,是提高碳利用率的重要一环。

灰渣可燃物高的原因大致有以下几个方面:煤气炉炉底防漏装置选择、安装不当或在使用中损坏,造成排灰不匀或发生漏炭、塌炭,致使返碳率高;加料方式不当,致使炭层四周与中间高低分布不符合要求,使气化剂分布不均匀,炉内局部过热结疤、结块,灰渣层厚度失衡,两侧排灰不均匀;上、下吹百分比或上、下吹蒸汽用量选配不当;原料粒度过大,气化层温度低,燃烧不完全;炉条机排灰速度与燃料气化后生成灰渣的速度不相适应,排灰量过大;排灰不及时,致使灰箱内积灰,煤气炉内灰渣层局部上移,造成气化层破坏;炉温控制不当,造成结疤、结块,导致气化剂分布不匀,气化不良或炉温控制过低,蒸汽用量过大,燃料反应不完全即排出。

造成返碳率高是多因素的。日常操作中,须针对实际情况,查准造成返碳率高的主要因素,采取相应的措施,使成渣率大于65%,返碳率降到20%以内,理想的目标应在15%左右。

(2)降低吹风及制气带出物。提高风速可以减少二氧化碳还原为一氧化碳的几率。但随着风速的提高,带出物必然增多。所以,风速的选择应适当,以带出物较少和不吹翻炭层为原则。

为减少带出物,可以采用以下措施:选择合适的风机,φ2 600 mm系列煤气炉,风机可选450～550 m3/min,风压在25～28 kPa范围内;根据原料特性,确定适当的风量,控制与风机相适应的炭层高度;选择机械强度、热稳定性较好的燃料;严格把握入炉燃料的加工质量,减少粉末入炉;力求料层阻力均匀;选择设计合理的炉箅,既要排渣、破渣能力强,气化剂分布均匀,还要减少下吹带出量;掌握好下灰质量,将灰中结渣率控制在65%以上,减少灰中的细灰量;选择适宜的气化强度,煤气炉负荷重,气化剂流速快,带出物就多,特别是下吹制气时,蒸汽用量大流速快,下吹带出物相应增多;采取相应措施,改进上行出气方式,提高炉内除尘效率。

2.2 热量平衡

在料层厚度、气化层位置相对稳定、物料平衡的条件下,如何依据原料性质来控制气化层温度,使造气炉达到强化生产,既使吸放热平衡,而又不超过灰熔点结大块呢?以上、下行温度为主要依据,干燥层、灰渣层温度为次要依据。

在实际生产中,随着吹风时间的延长,吹风气中一氧化碳含量逐渐升高是不可避免的,降低气化层温度可以减少二氧化碳还原为一氧化碳的几率。但是,炉温低制气质量差、蒸汽分解率低、未分解的蒸汽从炉内带走了大量热量,对降低两煤消耗,提高煤气炉气化强度都是不利的。显然,吹风与制气对气化层温度要求是矛盾的。为了保持气化层有较高的温度,又要减少吹风气中一氧化碳含量,可采用提高风机风压、风量,减少吹风百分比的办法。但是风压、风量过大,一是吹风阶段带出物明显增多,二是炉内炭层容易吹翻,很难长期稳定运行。而风压、风量过小,则会导致煤气炉气化强度降低,由于空气流速慢,利于二氧化碳还原为一氧化碳,吹风效率降低,增加了吹风阶段炭的消耗量,降低了炭的利用率。所以,根据各厂所用燃料的特性、粒度等条件,选择适宜风压、风量的鼓风机和循环时间、吹风百分比,控制适宜的炭层高度和气化层温度、厚度、位置,全方位降低热量损失,是提高炭的利用率,降低消耗的主要途径之一。

此外,蒸汽用量过大,也是影响热量平衡的一个重要方面。蒸汽用量过大,大量未分解蒸汽带走了炉内热量,使气化层温度下降,不但气化效率降低,而且浪费了蒸汽,并使气体洗涤塔热负荷增加,气体洗涤塔出气温度相应增高,一定程度地影响下工序的有效打气量。

2.3 其他影响因素

后工段设备的配置和工艺流程、条件不同对消耗有一定的影响,后工段跑、冒、滴、漏严重,开工不合理也是消耗高的一个原因。理论上产1 t氨用3400 m3半水煤气,有些厂吨氨耗半水煤气在3500～3600m3,每多100m3半水煤气要多耗30～40 kg煤。有的厂家醇氨比大,消耗也增高,煤气成分也影响消耗,还有就是各地区的折算方法存在差异。

3 结 语

总之,造气工段要搞好节能降耗不是一件很简单的事,当前技术攻关已集中到如何节煤降耗、提高入炉原料的转化利用率上,在这方面寻求新的突破,是进一步提高间歇式煤气炉使用价值的重要一步。目前,全国煤化工行业在运行的间歇式煤气炉达9 000余台,单炉日产氨50 t,平均煤耗1150 kg左右,若通过努力将这一指标降低10%,接近目标值,将会产生巨大的经济效益和社会效益。