合成氨生產(chǎn)造氣工段能耗分析與節(jié)能途徑探究

常守東

摘 要：針對合成氨生產(chǎn)造氣工段能耗分析與節(jié)能途徑，結(jié)合理論實踐，在分析合成氨生產(chǎn)造氣工段主要能耗的基礎上，分析了實現(xiàn)節(jié)能的主要途徑。得出采用蒸汽驅(qū)動空氣鼓風機、應用自動加煤技術和自動出渣技術、應用專用高效爐箅、應用過熱蒸汽入爐制氣技術降低合成氨生產(chǎn)造氣工段能耗，提高經(jīng)濟效益關鍵的結(jié)論，希望對相關單位有一定幫助。

關鍵詞：合成氨；生產(chǎn)造氣工段；能耗分析；節(jié)能途徑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.027

1 合成氨生產(chǎn)造氣工段能耗分析

目前我國絕大多數(shù)企業(yè)在合成氨操作中，以煤為主要原料。合成氨的能耗普遍在58.62GJ/t以上，大約是理論能耗21.27GJ/t的2.8倍左右，和美國的24.36GJ/t，德國18.97GJ/t相比具有非常大的節(jié)能潛力。而合成氨廠能耗最大的物料為原料煤，僅僅原料煤一項，就占據(jù)合成氨總能耗的60%以上，原料煤的采購成本占合成氨總成本的45.6%左右。因此，如果可以通過一系列科學先進措施和技術來降低原料煤的損耗量，既能有效減低能耗，還能大幅度降低合成氨的成本。

2 合成氨生產(chǎn)造氣工段節(jié)能途徑分析

（1）采用蒸汽驅(qū)動空氣鼓風機。通過蒸汽透平的方法來取代傳統(tǒng)電機來推動造氣用空氣鼓風機運行，和傳統(tǒng)電機驅(qū)動相比，蒸汽驅(qū)動具有投資小，升級改造方便，且節(jié)能效益明顯的優(yōu)點。比如：在合成氨生產(chǎn)造氣工段可利用吹風氣余熱來回收可副產(chǎn)中壓過熱蒸汽，最常見的中壓過熱蒸汽有兩種，一種是2.47MPa，最高氣溫可達350℃，另一種是3.84MPa，最高溫度可達400℃[1]。通過中壓過熱蒸汽來驅(qū)動氣化系統(tǒng)來驅(qū)動鼓風機，被壓出來的低壓過熱蒸汽，可直接應用在造氣爐制氣上，從而達到一舉兩得的目的，既能有效節(jié)約電能的消耗，而且得到的低壓過熱蒸汽還能帶來節(jié)能降耗的效果。具體應用流程如圖1所示：

（2）充分應用自動加煤技術。自動加煤技術是在原來造氣爐加料口增設機電一體化控制系統(tǒng)，來取代傳統(tǒng)人工加煤，應用實例表明，通過應用此項技術，可為氣化生產(chǎn)和操作帶來便利條件。具體節(jié)能效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，可有效減輕操作人員的勞動強度，并消除開爐蓋、點火、加煤操作的不安全。第二，可有效減少開爐次數(shù)，增加造氣時間，對提高單爐造氣量有重要意義，同時，還能有效減少開蓋加爐時蒸汽的消耗量，提高資源利用率。第三，有些克服傳統(tǒng)造氣工段因溫度變化而引發(fā)爐況波動的問題，減少不必要的熱量損失，同時也有效保證了氣化層的蓄熱量，對提升合成氨生產(chǎn)效率有重要意義。

（3）合理應用自動出渣技術。自動出渣技術是建立在自動加煤技術基礎上的，其主要作用是避免發(fā)生停爐損失，可大幅度提升氣化爐的發(fā)氣量，降低熱損失。并充分結(jié)合DCS自動控制技術，可實現(xiàn)自動化和智能化控制。自動出渣技術是在傳統(tǒng)出渣爐爐下的灰倉中的，分別設置上下兩道閥門，通過液壓驅(qū)動方法來啟動和關閉閥門。通常情況下，上閥門為常開閥門，下閥門為常閉閥門，二者之間具有相互聯(lián)鎖的特性，上下兩道閥門可以同時是關閉，但不能同時開啟。出渣量以設定的頻率為基準，通過DCS控制系統(tǒng)來實現(xiàn)不停爐連續(xù)排渣，從而避免停機造成的能源損耗，既能達到節(jié)約能源的目的，而且還能有效提升合成氨生產(chǎn)造氣的工作效率。

（4）應用專業(yè)高效的爐箅。在合成氨生產(chǎn)造氣工段中，爐箅的主要作用是固定造氣爐，傳統(tǒng)爐箅造型有：星型爐箅、傘型爐箅、塔型爐箅等。這些爐箅具有很大的局限性，比如：通風面積小、補風不均勻、排灰破渣能力比較差等，對造氣工段制氣能力的提升有很大的限制。因此，需要根據(jù)實際情況，合理爐箅的造型，比如：選擇均布式爐箅、螺旋型爐箅、多邊形爐箅等都可以有效提升造氣爐的氣化強度，并降低原料煤的使用量，是合成氨生產(chǎn)造氣工段實現(xiàn)節(jié)能減排的主要途徑，需要高度重視。國內(nèi)外應用實例表明，通過應用專業(yè)高效的爐箅，具有以下效果：1）通過合理設計布風，可促使有效提升爐膛截面布風的均勻性；2）可大幅度提升爐箅通風面積，增加送風量，提升原料煤發(fā)氣量；3）可有效提升破渣和排渣的效率，減少爐下帶出物。

（5）應用過熱蒸汽入爐制氣技術。此項技術的應用，有效解決了傳統(tǒng)入爐用飽和蒸汽溫度低、含水量高的缺點，目前各大合成氨生產(chǎn)制造企業(yè)，所用的過熱蒸汽其溫度在200℃～300℃之間，應用過熱蒸汽入爐制氣技術，所帶來的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）煤氣發(fā)氣量可提升20%～30%；2）吹風時間大約可以節(jié)約15%左右；3）可大幅度提升蒸汽分解率，每合成1t氨，蒸汽效率可節(jié)約0.30t～0.45t。

（6）積極推廣集中式余熱回收和洗氣工藝。原有每臺氣化爐制出的煤氣采用一臺余熱回收器和一臺洗氣塔來進行回收，具有設備種類多、利用率低、管道長、阻力大的問題，難以滿足現(xiàn)代化和標準化的發(fā)展需求。因此，可采用四臺氣化爐制出的煤氣共用一臺集中式余熱回收器和一個洗氣塔。設備利用率從傳統(tǒng)1對1的70%提升現(xiàn)在4對1是的90%，大大降低了余熱器中的熱損失，并且余熱的回收率可提高15%～20%，洗氣塔循環(huán)冷卻水的用量也可以節(jié)約20%～25%，而且在運行中，產(chǎn)生的系統(tǒng)阻力也比較低，有利于發(fā)氣量的提升，可節(jié)約投資成本30%以上，值得大范圍推廣應用。

3 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合理論實踐，深入分析了合成氨生產(chǎn)造氣工段能耗分析與節(jié)能途徑，分析結(jié)果表明，原料煤的消耗是目前造氣工段能耗最大的內(nèi)容，為達到節(jié)能減排，提高經(jīng)濟效益的目的，就必須通過一系列行之有效的方法來降低原料煤的消耗量。具體而言，可以從采用蒸汽驅(qū)動空氣鼓風機、充分應用自動加煤技術、合理應用自動出渣技術、應用專業(yè)高效的爐箅、應用過熱蒸汽入爐制氣技術、積極推廣集中式余熱回收和洗氣工藝六個方面入手，可有效減低合成氨生產(chǎn)造氣工段能源的損耗。

參考文獻：

[1]馮向忠，陳延棟.淺議造氣工段節(jié)能降耗及應掌握的重點[J]. 化工安全與環(huán)境，2017（33）：22-24.