固定床制氣改原料技術(shù)難題攻關(guān)總結(jié)

劉 明

(江蘇德邦興華化工有限公司合成氨分廠， 江蘇連云港 222023)

固定床制氣一般采用熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、粒徑為30～80 cm、煤活性好的白煤，該煤噸氨消耗低，經(jīng)濟(jì)效益較好。

江蘇德邦興華化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱德邦興華)為采用合成氨聯(lián)合制堿的企業(yè)，采用固定床煤氣發(fā)生爐，原料煤主要采用焦作、晉城等地的白煤，該類煤對(duì)固定床制氣適用性好，但價(jià)格高、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，所以生產(chǎn)成本較高。隨著全國(guó)合成氨產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，白煤價(jià)格日趨增高，生產(chǎn)成本出現(xiàn)不平衡現(xiàn)狀。為了降低生產(chǎn)成本，公司組織拓寬原料路線，改用劣質(zhì)煤。經(jīng)調(diào)研，煤產(chǎn)地近、價(jià)格低的永城煤比較符合當(dāng)前形勢(shì)，其噸煤價(jià)格比其他煤種低近百元，可作為造氣的主要生產(chǎn)原料。經(jīng)過準(zhǔn)備、試燒及規(guī)模性應(yīng)用，不斷摸索攻克技術(shù)難題，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益較明顯。

1 煤質(zhì)分析

3種煤的煤質(zhì)分析結(jié)果見表1。

表1 煤質(zhì)分析結(jié)果

由表1可以看出:永城煤中固定碳的含量比焦作煤中的低，比晉城煤中的略低。德邦興華造氣工序曾使用過永城煤，但用量少，使用時(shí)間短，效果差。該煤種熱穩(wěn)定性差，機(jī)械強(qiáng)度低，粒徑小(10～20 mm)，消耗高，造氣爐爐況控制難度大，控制不好容易出現(xiàn)問題，造成減量生產(chǎn)。因之前焦作煤、晉城煤價(jià)格相差不多，故一直未大規(guī)模使用永城煤。

2 固定床造氣使用永城煤的難題分析

(1) 發(fā)熱量及固定碳低

固定床制氣使用原料的關(guān)鍵在于固定碳與發(fā)熱量，從反應(yīng)式C+H2O=H2+CO看，因該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，煤發(fā)熱量低，反應(yīng)率就低，會(huì)造成煤制氣噸氨消耗增加。

(2) 煤熱穩(wěn)定性差

通過自身使用以及考察使用過永城煤的單位得知，同樣的操作參數(shù)，永城煤制氣帶出物是其他煤種的2倍。在爐況控制差的情況下，帶出物多達(dá)3～5倍，極易造成爐況惡化，不利于穩(wěn)定生產(chǎn)。

(3) 粒徑小

粒徑小的原料煤，極易造成布風(fēng)不均，氣化劑偏流，造成局部反應(yīng)過熱導(dǎo)致造氣爐結(jié)疤，輕則造氣爐吹翻，產(chǎn)氣效率差；重則停爐打疤，噸氨消耗偏高，同時(shí)影響產(chǎn)量。

(4) 煤種雜，煤場(chǎng)地小

引進(jìn)永城煤后，德邦興華造氣工序使用的煤種主要是焦作煤、晉城煤、永城煤，其次是陽泉煤、晉城煤(小礦)以及煤棒(外單位制作供應(yīng))。而德邦興華煤存儲(chǔ)量?jī)H為8 000 t。

(5) 設(shè)備老化

德邦興華有部分老廠房，造氣爐從直徑(Φ)1 980 mm改到Φ2 650 mm，爐體高徑比(1.6∶1)過低，達(dá)不到先進(jìn)廠家的2∶1，上、下行溫度高，吹風(fēng)、制氣帶出熱量多，噸氨消耗高。造氣爐上氣道側(cè)出(因老廠房改造困難)，氣化劑分布存在根本問題，造成消耗高。

3 新原料煤的使用試驗(yàn)

對(duì)于原料改為永城煤，為保證生產(chǎn)穩(wěn)定，決定先進(jìn)行短期和少量試驗(yàn)，車間做好方案和總結(jié)，掌握后再進(jìn)行下一步大規(guī)模使用。

3.1 前期準(zhǔn)備工作

(1) 試用

采購(gòu)300 t左右試用，為期1 d時(shí)間，但代表性不夠強(qiáng)。根據(jù)以往燒永城煤的經(jīng)驗(yàn)，做了相應(yīng)調(diào)整，采取降低單爐負(fù)荷及上行溫度指標(biāo)等措施。

(2) 對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的合成氨廠進(jìn)行調(diào)研

對(duì)某永城煤礦下屬企業(yè)進(jìn)行了考察，該企業(yè)剛開始使用永城煤時(shí)，翻爐情況嚴(yán)重，打疤頻繁，經(jīng)過很長(zhǎng)一段時(shí)間的適應(yīng)，總結(jié)了一套生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

該企業(yè)情況如下：14臺(tái)2 800 mm錐形爐，上氣道頂出。造氣爐單爐產(chǎn)氨量為55 t/d(德邦興華Φ2 650 mm爐產(chǎn)氨量58 t以上)，吹風(fēng)百分比為21%～23%；使用永城煤,φ(CO2)控制在11%，噸氨煤耗1.12～1.15 t。

而德邦興華為了滿足負(fù)荷要求吹風(fēng)百分比為31%，上行溫度≤230 ℃(指標(biāo)為250 ℃)；當(dāng)上行溫度在270 ℃時(shí)，極易吹翻。

(3) 試燒方案

根據(jù)調(diào)研以及試燒情況，車間對(duì)使用永城煤制定了一定的參數(shù)，并安排管理人員進(jìn)行跟班，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)總結(jié)。

3.2 試用情況

(1) 6臺(tái)Φ2 650 mm造氣爐，全使用永城小籽煤。

(2) 爐情總體較穩(wěn)定，但也需要調(diào)整。如：1#爐在上行溫度超過280 ℃時(shí)，即出現(xiàn)翻爐現(xiàn)象；5#爐存在偏流現(xiàn)象，2016年5月5日白班，發(fā)生塌爐1次。各班消耗較穩(wěn)定，其工藝參數(shù)見表2。

(3) 發(fā)氣量

57機(jī)負(fù)荷，9臺(tái)爐基本滿足需求，在下灰時(shí)，開1臺(tái)爐補(bǔ)氣。單爐發(fā)氣量在7 200 m3/h，與使用山煤國(guó)際白煤塊相當(dāng)，比使用焦作白煤塊稍差(9臺(tái)爐滿足57機(jī)負(fù)荷，不需開補(bǔ)氣爐)。

表2 試用后工藝參數(shù)

(4) 半水煤氣氣質(zhì)

根據(jù)分析，使用永城煤時(shí)，φ(CO2)稍偏高，增加0.6%;使用焦作煤混燒時(shí),φ(CO2)約9.1%(包括4臺(tái)煤棒爐)；在使用永城煤后，φ(CO2)在9.7%左右。

(5) 工藝指標(biāo)控制

上行溫度260 ℃(其他煤種300 ℃)，下行溫度200 ℃，基本不變；吹風(fēng)時(shí)間由原來的36 s減至33 s，風(fēng)壓20 kPa左右，基本未變。循環(huán)時(shí)間未變，吹風(fēng)帶出物明顯增多，根據(jù)試燒統(tǒng)計(jì)，增加90%左右。

3.3 正式使用永城煤

在積累了試用經(jīng)驗(yàn)后，開始改變?cè)喜少?gòu)比例，每月平均使用永城煤約6 000 t，占原料量的一半。在使用過程中，前期仍出現(xiàn)了許多問題，但經(jīng)過不斷研究、試驗(yàn)和調(diào)整，形成了一套使用永城煤的操作方法。

(1) 上行溫度操作指標(biāo)由原來的280 ℃降低至260 ℃，下行溫度基本沒變，減少了因永城煤熱穩(wěn)定性差造成的入爐煤炸裂、吹風(fēng)帶出物多、煤轉(zhuǎn)化率低及消耗高等問題。

(2) 制氣循環(huán)時(shí)間上做出調(diào)整，吹風(fēng)時(shí)間由36 s縮短至34 s，風(fēng)壓由24 kPa降低至22 kPa，減少吹風(fēng)時(shí)間，并降低各臺(tái)造氣爐負(fù)荷。因煤種粒徑本身偏小，反應(yīng)面積比大塊煤大，反應(yīng)速度快，氣化層集聚熱量相對(duì)集中，如貿(mào)然提高氣化強(qiáng)度，造氣爐的渣層、氣化層、保溫層極易遭到破壞，造成生產(chǎn)波動(dòng)。因粒徑小，氣化爐阻力會(huì)增大，且在氣化層等不理想的過程中，容易出現(xiàn)局部過熱，為了避免此種現(xiàn)象，可采取降低風(fēng)壓的操作思路。

(3)φ(CO2)由原來的8.5%增加到9.5%。因此種煤粒徑小，造氣爐負(fù)荷不易過高，爐溫高可使得半水煤氣中CO2含量低，但為了維護(hù)氣化層穩(wěn)定、爐況控制好，選擇不強(qiáng)化制氣的措施。根據(jù)同行廠家的經(jīng)驗(yàn)，證明此類方法是可取的。

(4) 煤種雜，儲(chǔ)存場(chǎng)地小。由于煤種轉(zhuǎn)換頻率高，對(duì)造氣工序穩(wěn)定生產(chǎn)不利，每種煤的操作參數(shù)不同，且在轉(zhuǎn)換煤的過程中需有調(diào)整的時(shí)間，很難用固定的程序來規(guī)定。針對(duì)此類難題，應(yīng)合理規(guī)劃煤場(chǎng)的煤塊用地，原料的進(jìn)出、存儲(chǔ)、加工等,形成一套嚴(yán)格的管理體系與考核體系，減少不確定性的發(fā)生。

4 結(jié)語

德邦興華使用焦作煤時(shí)噸氨煤耗為1.17 t，現(xiàn)使用永城煤,噸氨煤耗為1.2 t，而2種煤(運(yùn)費(fèi)低)差價(jià)100元/t，則噸氨煤成本節(jié)約150元。針對(duì)德邦興華造氣爐高徑比低、系統(tǒng)阻力大、設(shè)備配置落后、煤場(chǎng)地小以及使用劣質(zhì)煤時(shí)操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，找到了一條適合企業(yè)自身特點(diǎn)的操作方式，通過逐步解決各種瓶頸來實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的節(jié)能降耗。