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)在我公司的應用王中剛秦喜科山西豐喜肥業(yè)（集團）股份有限公司臨猗分公司摘要：在目前我國天然氣、油、無煙煤價格較高的情況下，合成氨原料路線改造勢在必行。豐喜集團臨猗公司在優(yōu)化固定床造氣工藝的同時，積極探索、實踐新型煤氣化技術(shù)，特別是加壓循環(huán)流化床氣化技術(shù)的建設實施將有力提升我國煤氣化技術(shù)水平，對實現(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)化的基礎(chǔ)技術(shù)，也是煤化工發(fā)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)提供了氮肥供應總量的75%以上，對于氮肥行

2、業(yè)，尤其中、小氮肥廠來說，煤氣化技術(shù)對其生存和發(fā)展關(guān)系尤為密切。目前全國80%勺中小化肥企業(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，而且煤炭運輸困難，價格很高。采用Shell、Texaco等先進的氣化技術(shù)是擴大原料煤種、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)基本都掌握在國外大公司的手中，引進這些技術(shù)必須支付昂貴的專利費。這不但需要大量的外匯，而且給企業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟負擔。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，實現(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創(chuàng)立于1998年6月，是一個集化肥、化工、化工機

3、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的核心企業(yè)，經(jīng)過多年的發(fā)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、復混肥5萬噸、液體CO0.5萬噸、編織袋1000萬套的裝置規(guī)模。臨猗分公司現(xiàn)有三個合成氨廠，總共25臺固定床間歇式氣化爐，其中。2600系列18臺，。2400系列7臺。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，我廠投入大量資金進行技術(shù)改造，先后完成了皮帶機輸煤、自動加焦、尋優(yōu)微機、DCS尋優(yōu)系統(tǒng)、造氣爐擴

4、徑等改造，對降低消耗、改善操作環(huán)境起到了重要作用。2003年來，我公司規(guī)范煤炭采購渠道，對入爐煤精挑細選，嚴格貫徹“精料、連運、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/tNH3。2.1 尋優(yōu)微機改造固定床造氣爐的穩(wěn)定性是決定煤耗高低的根本，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雜，單純依靠傳統(tǒng)的程序控制達不到滿意的效果，往往是操作工靠經(jīng)驗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現(xiàn)爐況的自調(diào)節(jié)、自適應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)

5、有限公司開發(fā)的造氣尋優(yōu)微機。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機會實現(xiàn)了產(chǎn)品升級換代。該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了普通DCS具有的數(shù)據(jù)顯示、存儲、查詢等功能，其獨特之處是嵌入了一個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，通過人機對話，在線指導和輔助造氣的工藝調(diào)試，大大減少生產(chǎn)的波動期和工藝調(diào)試周期。一分廠共9臺。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)氣量都超過9000Nn3/h（測試數(shù)據(jù)為10037Nm3/h）,單爐日產(chǎn)合成氨超過60噸，年產(chǎn)合成氨能

6、力超過兩萬噸。在系統(tǒng)未配置氫回收裝置情況下，燒三級焦（水分20%左右）噸氨實物耗1550Kg左右，燒小籽（固定炭68-70%,煤肝石含量10%左右）噸氨實物耗1250Kg左右，燒中大塊煤，噸氨實物煤耗達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/tNH3。多年來的實踐證明，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)能降耗工作做出了貢獻。2.2 聯(lián)合過熱器流程改造我公司二、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，

7、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，造成爐況波動較大，直接影響正常供氣，另一方面下行煤氣直接進入洗氣塔，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機及合成壓縮機的打氣量，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)定運行。為進一步穩(wěn)定工藝，公司決定對現(xiàn)流程進行技術(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)合過熱器及一個洗氣塔，煙囪由地面改至除塵器上方，降低阻力。同時對蒸汽系統(tǒng)進行相應的擴容改造。三分廠改造于2004年4月1日開

8、工，經(jīng)5月24日、6月25日兩次停車碰口后正式投運。兩年的運行實踐表明，此次改造取得了顯著的節(jié)能降耗效果。2005年10月份我們又對二分廠實施了改造，效果明顯。2.2.1 實施方案老系統(tǒng)的改造既要兼顧與現(xiàn)有設備的銜接與拆除，又要盡量減小對正常生產(chǎn)的影響。經(jīng)多次討論，決定按以下步驟進行改造：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、開車后逐臺倒爐進行改造，單爐煤總閥碰口，拆除該爐過熱器、煙囪

9、，改造完畢的造氣爐并入新系統(tǒng)（新老系統(tǒng)并聯(lián)運行），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，開車后拆除原有洗氣塔。實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)停車時間，避免了長時間停車造成的經(jīng)濟損失。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，實現(xiàn)了蒸汽自給，同時入爐蒸汽溫度明顯提高，且壓力波動很小，吹風時間較改造前降低1-2秒（同煤質(zhì)），由改造前的8臺爐全開降低到目前的7臺半爐。單爐制氣煤氣系統(tǒng)阻力由改造前的100mmH峰至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

10、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130c增加至190c左右，帶水現(xiàn)象基本杜絕。此次改造后，單爐發(fā)氣量提高了800-1000Nm3/h,平均產(chǎn)氣量達到8000Nn3/h,供氣狀況明顯改善，達到了節(jié)能降耗的目的。以下是2004年投運后部分月份的白煤單耗：年月份7月8月9月10月11月白煤單耗(Kg/tNH3)127712631240123812252005年三分廠生產(chǎn)合成氨15.7萬噸，平均煤耗1243Kg/tNH3。3.新型煤氣化技術(shù)的應用多年來，我公司一直跟蹤最新煤氣化技術(shù)的發(fā)展及應用情況。結(jié)合當?shù)刭Y源狀況和本廠實際，制定了“多種氣化技術(shù)并舉，實現(xiàn)原料煤本

11、地化”的發(fā)展規(guī)劃。2003年4月，我公司引進江蘇理工大學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、制氣兩個階段交替運行進行制氣，年可消化無煙沫煤3萬噸，增產(chǎn)合成氨1.5萬噸。后因塊末煤的差價縮小等原因暫緩建設。2004年7月，我公司向國家發(fā)改委申報了“合成氨原料路線改造項目”，使用國內(nèi)自主開發(fā)的加壓流化床粉煤氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氨，在國內(nèi)首批獲得了國債專項資金支持。氣化壓力的確定我國自行開發(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)進行了改造。實踐證明該技術(shù)

12、具有煤種適應性強、氣體成分較好、碳轉(zhuǎn)化率較高、裝置經(jīng)濟性較好等特點，但常壓裝置存在生產(chǎn)強度低、能力規(guī)模小、相對投資高、壓縮功耗大等不利因素，對現(xiàn)階段我國氮肥企業(yè)眾多的0.8MPa變換而言，對1.0MPa氣化爐進行工業(yè)化示范更具推廣意義。Mpa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，降低氮氫氣壓縮機負荷，電能消耗降低40%,節(jié)能降耗顯著。僅節(jié)電一項，就比常壓裝置節(jié)電2/3。在當前我國“煤電油運”日趨緊張的形勢下在高能耗的氮肥企業(yè)實施該項目具有很大的現(xiàn)實意義。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有限公司通過自主開發(fā)，借鑒國內(nèi)外加壓氣化裝置的成功經(jīng)驗，目

13、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at包已于2004年5月28日在西安通過了專家論證。該成果的最大特點是技術(shù)水平高、投資成本低，投資僅為引進購買國外同類煤氣化技術(shù)的50%,且設備完全國產(chǎn)化。論證會專家組對1.0MPa加壓氣化爐的鑒定意見認為：該工藝設計包是根據(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)的具有國際先進水平、可與國外先進煤氣化技術(shù)相競爭的新一代煤氣化技術(shù)。加壓工業(yè)示范裝置的關(guān)鍵技術(shù)為適應0-6mm3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加煤方式，其關(guān)鍵是加壓螺旋給煤機的密封

14、問題。排渣和排灰的關(guān)鍵是高溫狀態(tài)下設備的強度和密封問題。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出口接管形式、熱膨脹、除塵效率1.0MPa循環(huán)流化床粉煤氣化示范工程概況1.0MPa循環(huán)流化床粉煤氣化示范工程是國家發(fā)改委批準實施的國家級重大示范項目。工藝設計包由陜西秦能天脊科技有限公司提供，甘肅省石油化工設計院承擔工程設計。全套裝置由煤處理、給煤、氣化、除塵、廢熱回收、煤氣洗滌冷卻等系統(tǒng)組成，以當?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，設備全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。項目總投資7000萬元，2005年10月正式破土動工，

15、預計2006年10月建成投產(chǎn)。項目投產(chǎn)后,合成氨單位制造成本降低400元/噸，每年可節(jié)約生產(chǎn)成本4000萬元。以下為新老造氣運行成本對比情況：(1)現(xiàn)有合成氨系統(tǒng)固定床消耗及合成氨成本項目消耗單位單價小計(元)備注白煤1.3T/tNH3700910電耗54KWh/tNH0.2312.42含二改一蒸汽消耗T/tNH3自產(chǎn)自給回收粉煤0.032T/tNH3150一4.8脫鹽水2.5T/tNH3512.5含二改一循環(huán)水70T/tNH30.107合計936.94(2)加壓流化床粉煤氣化消耗及合成氨成本項目消耗單位單價小計(元)備注原料煤1.50T/tNH3260390電耗18KWh/tNH0.234.14氧氣711Nm31/tNH30.25177.75中壓蒸汽-0.966T/tNH36562.79自用有余回收粉煤0.05T/tNH3150-7.5脫鹽水2.2T/tNH