固定床造氣爐技術(shù)改造及新型煤氣化技術(shù)在我公司的應(yīng)用

1、固定床造氣爐技術(shù)改造及新型煤氣化技術(shù)在我公司的應(yīng)用王中剛 秦喜科山西豐喜肥業(yè)集團(tuán)股份臨猗分公司摘要： 在目前我國天然氣、油、無煙煤價(jià)格較高的情況下，合成氨原料路線改造勢在必行。豐 喜集團(tuán)臨猗公司在優(yōu)化固定床造氣工藝的同時(shí)，積極探索、實(shí)踐新型煤氣化技術(shù)，特別是加壓循環(huán) 流化床氣化技術(shù)的建設(shè)實(shí)施將有力提升我國煤氣化技術(shù)水平，對(duì)實(shí)現(xiàn)合成氨原料煤本地化具有重大 意義。1. 氮肥企業(yè)原料煤本地化勢在必行 我國有豐富的煤炭資源，煤炭是我國的主要能源之一。在煤炭利用技術(shù)中，煤氣化是煤炭能源 轉(zhuǎn)化的根底技術(shù)，也是煤化工開展中最重要、最關(guān)鍵的工藝過程之一。國內(nèi)中小氮肥企業(yè)提供了氮 肥供應(yīng)總量的 75以上，對(duì)于氮

2、肥行業(yè)，尤其中、小氮肥廠來說，煤氣化技術(shù)對(duì)其生存和開展關(guān)系 尤為密切。目前全國 80%的中小化肥企業(yè)采用固定床氣化爐制氣，原料是山西晉城、陽城的無煙塊煤和焦 炭，不僅效率低、污染大，而且煤炭運(yùn)輸困難，價(jià)格很高。采用 Shell 、 Texaco 等先進(jìn)的氣化技術(shù) 是擴(kuò)大原料煤種、降低環(huán)境污染的重要方法，但是這些煤氣化的專利技術(shù)根本都掌握在國外大公司 的手中，引進(jìn)這些技術(shù)必須支付昂貴的專利費(fèi)。這不但需要大量的外匯，而且給企業(yè)造成了巨大的 經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。如何根據(jù)我國國情解決中小氮肥企業(yè)煤氣化技術(shù)的規(guī)模升級(jí)，實(shí)現(xiàn)原料煤本地化已迫在 眉睫。2. 固定床造氣爐現(xiàn)狀及改造情況山西豐喜集團(tuán)創(chuàng)立于 1998 年

3、6 月，是一個(gè)集化肥、化工、化工機(jī)械制造于一體的國家大型一類 企業(yè)，是山西省最大的氮肥生產(chǎn)企業(yè)之一。臨猗分公司是豐喜集團(tuán)的核心企業(yè)，經(jīng)過多年的開展， 目前已形成年產(chǎn)合成氨 40萬噸、尿素 60萬噸、甲醇 15萬噸、復(fù)混肥 5 萬噸、液體 CO2 0.5 萬噸、 編織袋 1000 萬套的裝置規(guī)模。臨猗分公司現(xiàn)有三個(gè)合成氨廠， 總共25臺(tái)固定床間歇式氣化爐， 其中$ 2600系列18臺(tái)，$ 2400 系列7臺(tái)。造氣原料以陽城、陽泉無煙塊煤和粒度煤為主， 年消耗無煙煤50余萬噸，其中含沫量8mm 約 20%，每年約 10萬噸，因粒度太小而無法在固定床氣化爐上使用，目前外售。近幾年來，我廠投入大量資金

4、進(jìn)行技術(shù)改造，先后完成了皮帶機(jī)輸煤、自動(dòng)加焦、尋優(yōu)微機(jī)、DCS尋優(yōu)系統(tǒng)、造氣爐擴(kuò)徑等改造，對(duì)降低消耗、改善操作環(huán)境起到了重要作用。2003年來，我公司標(biāo)準(zhǔn)煤炭采購渠道，對(duì)入爐煤精挑細(xì)選，嚴(yán)格貫徹“精料、連運(yùn)、降耗六字方針，白煤消耗呈 不斷下降趨勢。 2005 年臨猗公司生產(chǎn)合成氨 41 萬余噸，白煤單耗為 1238kg/tNH 3。2.1 尋優(yōu)微機(jī)改造 固定床造氣爐的穩(wěn)定性是決定煤耗上下的根本，但決定爐況穩(wěn)定性的外界因素多而不穩(wěn)，爐內(nèi) 的燃燒及氣化狀況極其復(fù)雜，單純依靠傳統(tǒng)的程序控制達(dá)不到滿意的效果，往往是操作工靠經(jīng)驗(yàn)來 維持或處理非正常爐況。如何通過現(xiàn)代化的儀控手段和模糊控制理論實(shí)現(xiàn)爐況的自

5、調(diào)節(jié)、自適應(yīng)是 造氣人多年的夢想。從 1999 年始，我公司經(jīng)考察決定使用湖南儀峰優(yōu)化控制技術(shù)開發(fā)的造氣尋優(yōu)微機(jī)。2001 年在12萬t/a合成氨造氣系統(tǒng)上首先使用了LYJ型DCS控制系統(tǒng)，隨后二三分廠也利用大修改造時(shí)機(jī)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品升級(jí)換代。該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了普通DCS具有的數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)、查詢等功能，其獨(dú)特之處 是嵌入了一個(gè)爐況專家在線問診軟件 爐況尋優(yōu)控制專家系統(tǒng) ，可在各企業(yè)造氣生產(chǎn)不穩(wěn)定的或工 藝調(diào)試期，通過人機(jī)對(duì)話，在線指導(dǎo)和輔助造氣的工藝調(diào)試，大大減少生產(chǎn)的波動(dòng)期和工藝調(diào)試周 期。一分廠共9臺(tái)$ 2650爐,自2001年11月份建成投產(chǎn)以來， 無論是燒焦炭、小籽煤還是中大塊， 單爐發(fā)氣

6、量都超過 9000NriVh測試數(shù)據(jù)為10037 Nm3/h單爐日產(chǎn)合成氨超過 60噸，年產(chǎn)合成氨 能力超過兩萬噸。在系統(tǒng)未配置氫回收裝置情況下，燒三級(jí)焦水分20左右噸氨實(shí)物耗 1550Kg左右，燒小籽固定炭 68-70 %，煤矸石含量10%左右噸氨實(shí)物耗 1250Kg左右，燒中大塊煤，噸 氨實(shí)物煤耗達(dá)1100Kg左右，爐況能做到長周期穩(wěn)定。2005年一分廠共生產(chǎn)合成氨 17.1萬噸，白煤消耗 1190Kg/tNH 3。多年來的實(shí)踐證明，長沙儀峰的開發(fā)思路是正確的，產(chǎn)品性能越來越穩(wěn)定、越完善，它不僅僅 給操作和管理人員帶來了方便，更重要的是為我公司的節(jié)能降耗工作做出了奉獻(xiàn)。2.2 聯(lián)合過熱器流

7、程改造我公司二、三分廠造氣分別始建于 1992 年、 1996 年，造氣爐全部采用一爐一器廢鍋一塔洗氣塔工藝，制氣系統(tǒng)阻力大，下行煤氣顯熱不回收，一方面入爐蒸汽品質(zhì)低，經(jīng)常帶水，造 成爐況波動(dòng)較大，直接影響正常供氣，另一方面下行煤氣直接進(jìn)入洗氣塔，由于循環(huán)水量有限，空 塔噴淋，造成洗氣塔出口溫度居高不下，特別是夏季高溫季節(jié)影響更甚，直接影響后工段羅茨風(fēng)機(jī) 及合成壓縮機(jī)的打氣量，使產(chǎn)量得不到提高。另外，隨著裝置生產(chǎn)能力的逐步擴(kuò)大，原有蒸汽系統(tǒng) 容量偏低的弊病逐漸顯現(xiàn)，也直接影響造氣爐的穩(wěn)定運(yùn)行。為進(jìn)一步穩(wěn)定工藝，公司決定對(duì)現(xiàn)流程進(jìn)行技術(shù)改造，即把目前各爐的廢鍋、洗氣塔及煙囪去 掉，增加一組聯(lián)合過

8、熱器及一個(gè)洗氣塔，煙囪由地面改至除塵器上方，降低阻力。同時(shí)對(duì)蒸汽系統(tǒng) 進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)容改造。三分廠改造于 2004年 4月 1 日開工，經(jīng) 5月 24日、 6月 25日兩次停車碰口 后正式投運(yùn)。兩年的運(yùn)行實(shí)踐說明，此次改造取得了顯著的節(jié)能降耗效果。2005 年 10 月份我們又對(duì)二分廠實(shí)施了改造，效果明顯。2.2.1 實(shí)施方案老系統(tǒng)的改造既要兼顧與現(xiàn)有設(shè)備的銜接與撤除，又要盡量減小對(duì)正常生產(chǎn)的影響。經(jīng)屢次討 論，決定按以下步驟進(jìn)行改造：1 、聯(lián)合過熱器、洗氣塔、各爐煤總水封就位，煤氣總管及煙囪管就位；2、配洗氣塔加水管、過熱蒸汽進(jìn)出口管、入爐蒸汽總管到位；3、煤氣總閥、煙囪閥配套油管到位；4、停

9、車第一次停車置換完畢后，把聯(lián)合過熱器、洗氣塔并入現(xiàn)有系統(tǒng)，各爐煤總水封加水 至溢流；5、開車后逐臺(tái)倒?fàn)t進(jìn)行改造，單爐煤總閥碰口，撤除該爐過熱器、煙囪，改造完畢的造氣爐并 入新系統(tǒng)新老系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行 ，直至各爐全部改造完畢；6、 再次停車第二次停車 ，甩掉各爐小洗氣塔，開車后撤除原有洗氣塔。 實(shí)踐證明改造方案合理，雖然增加了施工難度，但極大的減少了系統(tǒng)停車時(shí)間，防止了長時(shí)間停車造成的經(jīng)濟(jì)損失。2.2.2 改造效果以三廠為例通過改造，系統(tǒng)阻力與煤氣溫度明顯降低，造氣系統(tǒng)自產(chǎn)蒸汽明顯增大，實(shí)現(xiàn)了蒸汽自給，同 時(shí)入爐蒸汽溫度明顯提高，且壓力波動(dòng)很小，吹風(fēng)時(shí)間較改造前降低1-2 秒同煤質(zhì) ，由改造前的8臺(tái)

10、爐全開降低到目前的 7臺(tái)半爐。單爐制氣煤氣系統(tǒng)阻力由改造前的100mmHg筆至60mmHg洗氣塔出口煤氣溫度由改造前的55C降至降至40C左右。各爐夾套自產(chǎn)蒸汽與聯(lián)合過熱器軟水加熱段所產(chǎn)蒸汽經(jīng)蒸汽過熱器過熱后，溫度由改造前的130 C增加至190 C左右，帶水現(xiàn)象根本杜絕。此次改造后，單爐發(fā)氣量提高了800-1000Nm3/h，平均產(chǎn)氣量到達(dá) 8000NriVh，供氣狀況明顯改善，至U達(dá)了節(jié)能降耗的目的。以下是2004年投運(yùn)后局部月份的白煤單耗：年月份7月8月9月10月11月白煤單耗(Kg/tNH 3)127712631240123812252005年三分廠生產(chǎn)合成氨 15.7萬噸,平均煤耗1

11、243Kg/tNH3。3.新型煤氣化技術(shù)的應(yīng)用多年來，我公司一直跟蹤最新煤氣化技術(shù)的開展及應(yīng)用情況。結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源狀況和本廠實(shí)際， 制定了 “多種氣化技術(shù)并舉，實(shí)現(xiàn)原料煤本地化的開展規(guī)劃。2003年4月，我公司引進(jìn)江蘇理工大學(xué)王同章教授的專利技術(shù)一間歇式流化床粉煤氣化爐技術(shù)， 邁出了使用新型煤氣化技術(shù)的第一步。該氣化爐以2-8mm的粉煤為原料，以空氣和水蒸汽為氣化劑，通過吹風(fēng)、制氣兩個(gè)階段交替運(yùn)行進(jìn)行制氣，年可消化無煙沫煤3萬噸，增產(chǎn)合成氨 1.5萬噸。后因塊末煤的差價(jià)縮小等原因暫緩建設(shè)。2004年7月，我公司向國家發(fā)改委申報(bào)了“合成氨原料路線改造工程，使用國內(nèi)自主開發(fā)的加壓流化床粉煤氣化技術(shù)生

12、產(chǎn)合成氨，在國內(nèi)首批獲得了國債專項(xiàng)資金支持。3.1氣化壓力確實(shí)定我國自行開發(fā)的灰熔聚流化床氣化工業(yè)示范裝置2002年成功示范后，多家企業(yè)相繼使用該技術(shù)進(jìn)行了改造。實(shí)踐證明該技術(shù)具有煤種適應(yīng)性強(qiáng)、氣體成分較好、碳轉(zhuǎn)化率較高、裝置經(jīng)濟(jì)性較好 等特點(diǎn)，但常壓裝置存在生產(chǎn)強(qiáng)度低、能力規(guī)模小、相對(duì)投資高、壓縮功耗大等不利因素，對(duì)現(xiàn)階 段我國氮肥企業(yè)眾多的 0.8MPa變換而言，對(duì)1.0MPa氣化爐進(jìn)行工業(yè)化示范更具推廣意義。1.0Mpa粉煤氣化不僅原料煤的來源范圍寬，單爐生產(chǎn)能力大，而且可去掉羅茨機(jī)，降低氮?dú)錃?壓縮機(jī)負(fù)荷，電能消耗降低 40%，節(jié)能降耗顯著。僅節(jié)電一項(xiàng)，就比常壓裝置節(jié)電2/ 3。在當(dāng)前

13、我國“煤電油運(yùn)日趨緊張的形勢下在高能耗的氮肥企業(yè)實(shí)施該工程具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。3.2加壓循環(huán)流化床粉煤氣化技術(shù)水平及開發(fā)現(xiàn)狀陜西秦能天脊科技通過自主開發(fā)，借鑒國內(nèi)外加壓氣化裝置的成功經(jīng)驗(yàn)，目前已就加壓1.0Mpa氣化工藝中的加煤、排渣、高溫除塵、深度除塵等關(guān)鍵工業(yè)化技術(shù)取得較為理想的解決方案。1.0Mpa氣化工藝設(shè)計(jì)包已于 2004年5月28日在西安通過了專家論證。該成果的最大特點(diǎn)是技術(shù)水平高、 投資本錢低，投資僅為引進(jìn)購置國外同類煤氣化技術(shù)的50%，且設(shè)備完全國產(chǎn)化。論證會(huì)專家組對(duì)1.0MPa加壓氣化爐的鑒定意見認(rèn)為：該工藝設(shè)計(jì)包是根據(jù)國內(nèi)外煤氣化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合中國國情而開發(fā)的具有國際先

14、進(jìn)水平、可與國外先進(jìn)煤氣化技術(shù)相競爭的新一代煤氣 化技術(shù)。3.3加壓工業(yè)示范裝置的關(guān)鍵技術(shù)為適應(yīng)0-6 mm不均勻煤粒的連續(xù)加料要求，本裝置采用鎖斗加螺旋給煤機(jī)加煤方式，其關(guān)鍵是 加壓螺旋給煤機(jī)的密封問題。排渣和排灰的關(guān)鍵是高溫狀態(tài)下設(shè)備的強(qiáng)度和密封問題。粉塵控制包 括粗除塵和深度除塵兩大塊，其關(guān)鍵是解決加壓條件下除塵器進(jìn)出口接管形式、熱膨脹、除塵效率 等。3.4 1.0MPa循環(huán)流化床粉煤氣化示范工程概況學(xué)習(xí)文檔僅供參考I.OMPa循環(huán)流化床粉煤氣化示范工程是國家發(fā)改委批準(zhǔn)實(shí)施的國家級(jí)重大示范工程。工藝設(shè)計(jì) 包由陜西秦能天脊科技提供，甘肅省石油化工設(shè)計(jì)院承當(dāng)工程設(shè)計(jì)。全套裝置由煤處理、給煤、

15、氣 化、除塵、廢熱回收、煤氣洗滌冷卻等系統(tǒng)組成，以當(dāng)?shù)睾咏驘熋簽樵希冄鯕饣a(chǎn)合成氨原 料氣，生產(chǎn)能力為10萬t/a合成氨。全套裝置使用DCS系統(tǒng)控制，設(shè)備全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。工程總投資7000萬元，2005年10月正式破土開工， 預(yù)計(jì)2006年10月建成投產(chǎn)。工程投產(chǎn)后, 合成氨單位制造本錢降低 400元/噸，每年可節(jié)約生產(chǎn)本錢4000萬元。以下為新老造氣運(yùn)行本錢比照情況：1現(xiàn)有合成氨系統(tǒng)固定床消耗及合成氨本錢項(xiàng)目消耗單位單價(jià)小計(jì)元備注白煤1.3T/tNHs700910電耗54KWh/tNH0.2312.42含二改一蒸汽消耗T/tNHs自產(chǎn)自給回收粉煤0.032T/tNHs1504.8脫鹽水2.5T/tNHs512.5含二改一循環(huán)水70T/tNHs0.107合計(jì)936.942加壓流化床粉煤氣化消耗及合成氨本錢項(xiàng)目消耗單位單價(jià)小計(jì)元備注原料煤1.50T/tNH 3260390電耗18KWh/tNH0.234.14氧氣711Nm3/ tNH 30.25177.75中壓蒸汽-0.966T/tNH 36562.79自用有余回收粉煤0.05T/tNH 31507.5脫鹽水2.2T/tN