造氣工段技改措施1

造氣系統(tǒng)連續(xù)化運(yùn)行

我國中小化肥企業(yè)普遍采納固定床間歇煤造氣技術(shù)，制氣過程包括吹風(fēng)、上吹制氣、下吹制氣、二次上吹、空氣吹凈5個(gè)階段，組成1個(gè)制氣循環(huán)。在1個(gè)循環(huán)中，每個(gè)階段所占的比例受企業(yè)的設(shè)備配置狀況、制氣原料的性質(zhì)、操作管理水平等因素的影響而有所差別。循環(huán)時(shí)間一般為150s(有些企業(yè)為120s)。1個(gè)循環(huán)的5個(gè)階段對(duì)制氣過程來說是間歇的，因此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的連續(xù)化運(yùn)行對(duì)設(shè)備的合理配置就顯得尤為重要，較理想的流程為一機(jī)—四爐—一鍋—一塔。就是1臺(tái)造氣鼓風(fēng)機(jī)給4臺(tái)造氣爐送空氣，4臺(tái)造氣爐產(chǎn)生的上、下行煤氣通過1臺(tái)聯(lián)合廢鍋回收煤氣中的顯熱生產(chǎn)飽和蒸汽，煤氣經(jīng)回收熱量后進(jìn)入1臺(tái)煤氣洗氣塔，煤氣在洗氣塔內(nèi)經(jīng)除塵、降溫后送至氣柜，這種流程可以實(shí)現(xiàn)間歇制氣系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。采納此流程時(shí)，較傳統(tǒng)流程(4臺(tái)造氣爐)節(jié)省設(shè)備投資30萬元，洗氣塔循環(huán)水用量減少三分之一，熱管式聯(lián)合廢熱鍋爐的壽命是火管(或水管)廢熱鍋爐的3倍。4臺(tái)造氣爐利用油壓微機(jī)控制系統(tǒng)的吹風(fēng)自動(dòng)排隊(duì)程序，使制氣階段不發(fā)生堆疊，就能達(dá)到滿意的效果。2

造氣工段全自動(dòng)化生產(chǎn)

小氮肥經(jīng)過40多年的發(fā)展，在生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)展的同時(shí)，技術(shù)水平、操作水平也有了顯著提升。特別是近10年來新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使造氣工段實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化生產(chǎn)。2.1

自動(dòng)加煤技術(shù)

小氮肥企業(yè)造氣工段過去都是用煤斗人工間歇地給造氣爐加煤，生產(chǎn)過程中存在如下問題：

(1)煤氣發(fā)生爐的有效制氣時(shí)間被加煤時(shí)間所占用，使產(chǎn)氣量降低。

(2)一次性加煤量大，引起爐溫波動(dòng)范圍大，氣化層不穩(wěn)定，造成蒸汽分解率低，原料消耗高。

(3)爐口常常打開，不但造成熱量損失，而且易發(fā)生爆炸事故。

(4)增加了工人的勞作強(qiáng)度和對(duì)環(huán)境的污染。

采納自動(dòng)加煤機(jī)加煤，在不停爐的狀況下，1個(gè)循環(huán)加1次煤，加煤量少且加煤機(jī)布料均勻，克服了人工間歇加煤的不夠。采納自動(dòng)加煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作的同時(shí)，還可以使有效制氣時(shí)間增加5.67％，單爐產(chǎn)氣量提升15％以上。2.2

微機(jī)集成油壓控制技術(shù)

造氣微機(jī)集成油壓控制系統(tǒng)由微機(jī)控制裝置和油壓集成系統(tǒng)兩部分組成，是以單臺(tái)煤氣發(fā)生爐的程序控制為基礎(chǔ)，把各個(gè)造氣系統(tǒng)作為統(tǒng)一的控制對(duì)象，用微機(jī)系統(tǒng)和油壓系統(tǒng)作為控制手段，實(shí)現(xiàn)造氣系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、低耗、減輕工人勞作強(qiáng)度的目的。選用智能管理型造氣微機(jī)集成油壓系統(tǒng)，還應(yīng)從運(yùn)行安全可靠、功能齊全、具有可擴(kuò)展性、通用性等方面合計(jì)。2.3

氫氮比自動(dòng)控制技術(shù)

氫氮比是合成氨生產(chǎn)中的一個(gè)重要指標(biāo)，是與造氣、變幻、合成等工段有關(guān)的控制參數(shù)。采納人工手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，波動(dòng)大、合格率低、滯后時(shí)間長，嚴(yán)重影響合成氨產(chǎn)量。由于氫氮比的調(diào)節(jié)是一個(gè)多變量的復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)，較難建立起被控對(duì)象的理想數(shù)學(xué)模型，因此有多種切實(shí)有效的調(diào)節(jié)方法被使用。氫氮比的控制一般有恒氫法、差減法及色譜氫氮比法3種方法。對(duì)中小氮肥企業(yè)來說，恒氫法較為有用。在生產(chǎn)中應(yīng)用較多的有：

(1)以循環(huán)氫和脫硫氫為反饋信號(hào)，采納預(yù)估算法和常規(guī)PID算法相結(jié)合的控制規(guī)律，以調(diào)節(jié)上吹加氮時(shí)間和回收時(shí)間，控制含氮量，從而實(shí)現(xiàn)氫氮比的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

(2)將合成補(bǔ)充氫、循環(huán)氫、氣柜出口氫、氣柜高度、氣柜出口流量5個(gè)電信號(hào)，經(jīng)過毫伏轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字信號(hào)后，再經(jīng)過工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理。并依據(jù)各造氣爐的工況，準(zhǔn)確無誤地向造氣微機(jī)輸出控制信號(hào)，改變回收時(shí)間或加氮時(shí)間，實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)。

(3)將變幻氫、補(bǔ)充氫、循環(huán)氫通過模糊控制器來調(diào)節(jié)回收時(shí)間或加氮時(shí)間。該控制方案具有自學(xué)習(xí)、自組織、自分析、自適應(yīng)的能力，針對(duì)生產(chǎn)過程動(dòng)態(tài)變化的狀況及時(shí)修正控制規(guī)律，不同狀況、不同干擾引起的偏差，運(yùn)用不同的控制手段達(dá)到穩(wěn)定氫氮比的目的。

(4)僅用變幻氫、合成氫這2個(gè)信號(hào)來自動(dòng)調(diào)節(jié)加氮量，以實(shí)現(xiàn)氫氮比的自動(dòng)控制。該方法對(duì)穩(wěn)定爐況起到了較好的作用。

從整個(gè)操作過程來看，通過穩(wěn)定爐況來穩(wěn)定氫氮比不失為兩全其美的方法。2.4

入爐蒸汽流量控制技術(shù)

入爐蒸汽流量控制技術(shù)是依據(jù)造氣爐氣化層溫度調(diào)節(jié)入爐蒸汽流量。它的作用就是穩(wěn)定爐況、提升蒸汽的分解率、降低蒸汽消耗、增加煤氣產(chǎn)量和有效成份含量。該控制技術(shù)依據(jù)造氣爐爐況來設(shè)置一定的控制曲線，從而達(dá)到對(duì)入爐蒸汽流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。2.5

造氣爐爐況尋優(yōu)控制系統(tǒng)

造氣爐爐況監(jiān)測與優(yōu)化系統(tǒng)是通過對(duì)造氣爐的8只RDO—2型探頭及爐條、上下行測溫?zé)犭娕紭?gòu)成一個(gè)EF測試體系。微機(jī)通過EF測試體系運(yùn)用無源雷達(dá)定位技術(shù)來測量灰渣層厚度、氣化層厚度、炭層高度；運(yùn)用Fadan博士的專用技術(shù)來測量氣化層溫度；運(yùn)用脈動(dòng)相關(guān)理論來測量炭層阻力分布；運(yùn)用Xinsong公式來計(jì)算蒸汽分解率等。該系統(tǒng)可以自動(dòng)、科學(xué)地實(shí)現(xiàn)控制氣化層溫度的目的，為優(yōu)化造氣爐的操作創(chuàng)造了有利的條件。生產(chǎn)施行證實(shí)，該系統(tǒng)可使單爐發(fā)氣量提升6％以上，噸氨煤耗降低4％～9％。2.6

造氣爐夾套汽包液位的自動(dòng)調(diào)節(jié)

汽包液位控制在某一范圍內(nèi)是確保造氣爐夾套安全和爐況穩(wěn)定的重要手段。汽包液位過低易造成燒干鍋、爐壁結(jié)疤等狀況；汽包液位過高，蒸汽中就會(huì)帶水，對(duì)制氣過程不利。從安全和生產(chǎn)管理等方面合計(jì)，采納汽包液位自動(dòng)調(diào)節(jié)是必要的，也是實(shí)現(xiàn)造氣工段自動(dòng)控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。2.7

自動(dòng)下灰技術(shù)

在不影響造氣生產(chǎn)、不需要停爐的狀況下，由造氣工段程控微機(jī)進(jìn)行下灰控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下灰的目的。3

獲得過熱蒸汽的途徑

(1)利用造氣過程中上、下行煤氣的顯熱來過熱本工段的飽和水蒸氣

造氣爐汽包產(chǎn)生的飽和蒸汽在進(jìn)蒸汽過熱器之前，應(yīng)先經(jīng)過1個(gè)汽水分開器，盡量降低飽和蒸汽中的水含量。蒸汽過熱器和廢熱鍋爐可設(shè)置在一起組成聯(lián)合廢鍋，使高溫煤氣先經(jīng)過蒸汽過熱器，把120℃左右的飽和蒸汽過熱為220℃左右的過熱蒸汽，然后煤氣再經(jīng)過廢熱鍋爐產(chǎn)生飽和水蒸氣。

(2)利用吹風(fēng)尚回收工段的煙氣過熱水蒸氣

小氮肥企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)造氣工段的蒸汽自給，都有吹風(fēng)尚回收裝置。吹風(fēng)尚回收裝置產(chǎn)生的低壓蒸汽在送造氣工段前，先經(jīng)過過熱器，用燃燒爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔獍扬柡驼羝訜釣檫^熱蒸汽。

采納過熱蒸汽制氣，對(duì)造氣爐的氣化層溫度影響較小，有利于蒸汽分解率的提升，同時(shí)使煤氣中的有效氣體比例升高，相應(yīng)地提升了單爐的發(fā)氣量，降低了原料煤和蒸汽的消耗。用過熱蒸汽制氣是增產(chǎn)和節(jié)能的有效措施。4

降低系統(tǒng)阻力，提升發(fā)氣量

造氣系統(tǒng)的阻力對(duì)造氣生產(chǎn)影響較大，應(yīng)引起足夠重視。形成造氣系統(tǒng)阻力的因素有些是裝置現(xiàn)有設(shè)備、管道等造成的，有的是生產(chǎn)過程中甚至是操作故障造成的。后者受不可預(yù)見因素的影響較大，應(yīng)從管理上下功夫解決問題。筆者主要介紹降低裝置本身阻力的措施。4.1

依據(jù)產(chǎn)氣量合理擴(kuò)展設(shè)備內(nèi)徑

依據(jù)企業(yè)所需產(chǎn)氣能力，選擇適宜的空氣鼓風(fēng)機(jī)和造氣爐爐膛直徑。造氣工段空氣鼓風(fēng)機(jī)的選擇應(yīng)當(dāng)使其具有與吹風(fēng)系統(tǒng)阻力相對(duì)應(yīng)的風(fēng)壓和足夠的吹風(fēng)強(qiáng)度。粗略計(jì)算時(shí)，可按吹風(fēng)強(qiáng)度90～110m3／(m2·min)計(jì)算風(fēng)機(jī)風(fēng)量。選擇風(fēng)機(jī)的壓頭時(shí)，不要忽略吹風(fēng)尚回收系統(tǒng)的阻力，尤其是采納微正壓操作的廠家更應(yīng)引起重視。造氣爐爐膛直徑大小可按制氣強(qiáng)度1300～1500m3／(m2·h，標(biāo)態(tài))來計(jì)算?？諝夤娘L(fēng)機(jī)和造氣爐確定后，應(yīng)盡量選用通氣量大、結(jié)構(gòu)合理的后續(xù)設(shè)備，如采納熱管結(jié)構(gòu)的聯(lián)合廢熱鍋爐、空塔噴淋結(jié)構(gòu)的煤氣洗氣塔等。4.2

合理選用管徑和布置管線

造氣系統(tǒng)的煤氣管道、閥門直徑應(yīng)依據(jù)制氣過程中吹風(fēng)階段的吹風(fēng)尚量來選用。吹風(fēng)尚流速可取20～30m／s，煤氣總管流速以6～12m／s為宜。閥門最好選用通氣量大、開啟方便的座板閥。管道布置時(shí)盡量減少彎頭，避免出現(xiàn)直角形拐角結(jié)構(gòu)。4.3

合理設(shè)置洗氣塔水封高度

在確保安全的狀況下，應(yīng)盡量降低洗氣塔的水封高度。水封高度不能盲目地照搬其它廠的經(jīng)驗(yàn)，必需視企業(yè)自身的設(shè)備狀況和操作條件來決定。具體的水封高度應(yīng)依據(jù)氣柜操作壓力、系統(tǒng)阻力、洗氣塔直徑及水封管直徑的大小，通過計(jì)算來確定。洗氣塔的水封結(jié)構(gòu)如圖1示，其水封高度可通過下式來計(jì)算：

其中，p等于氣柜壓力和系統(tǒng)阻力之和。

煤氣總管及氣柜出、入口水封，都應(yīng)與生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)應(yīng)，避免出現(xiàn)局部卡脖子現(xiàn)象。5

結(jié)語

造氣工段的生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，甚至?xí)霈F(xiàn)爆炸事故。每臺(tái)設(shè)備之間、每個(gè)工作循環(huán)的每一階段之間都存在著密切的聯(lián)