固定層煤氣爐富氧制氣技術(shù)探究

黃文 安令 狐瓦奇

(山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)〔集團(tuán)〕有限公司臨猗分公司山西運(yùn)城044000)

固定層煤氣爐富氧制氣技術(shù)探究

黃文 安令 狐瓦奇

(山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)〔集團(tuán)〕有限公司臨猗分公司山西運(yùn)城044000)

0 前言

因?yàn)樵鞖夤ざ文芎恼嫉胶铣砂鄙a(chǎn)總能耗的60%～70%，所以造氣車(chē)間的產(chǎn)氣質(zhì)量和效率會(huì)影響整套合成氨系統(tǒng)的產(chǎn)量及能耗。山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)臨猗分公司)造氣車(chē)間采用十分成熟的固定層間歇式制氣技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，原有的制氣技術(shù)面臨著技術(shù)提升的迫切需要。同時(shí)，由于臨猗分公司年產(chǎn)合成氨能力的提升，造氣車(chē)間面臨供氣緊張的狀況，故提出了采用富氧制氣技術(shù)，以期待其可以解決實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題。

1 解決方案

臨猗分公司造氣一車(chē)間現(xiàn)有Φ 2 650/2 800 mm的錐形煤氣爐共9臺(tái)，配套3臺(tái)D700型鼓風(fēng)機(jī)，電機(jī)均為560 kW。隨著合成氨產(chǎn)能提升至200 kt/a，造氣車(chē)間經(jīng)常出現(xiàn)供氣緊張的局面，為找到提高制氣效率的措施，首先對(duì)氣化過(guò)程進(jìn)行了分析。

固定層煤氣爐氣化過(guò)程:鼓風(fēng)機(jī)鼓入的空氣經(jīng)過(guò)灰渣層后在氧化層與碳發(fā)生反應(yīng)，為后續(xù)蒸汽在還原層發(fā)生的反應(yīng)提供熱量。為了提高氣化效率，應(yīng)使一個(gè)制氣循環(huán)中還原層發(fā)生反應(yīng)的蒸汽數(shù)量增多，此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，蒸汽反應(yīng)數(shù)量越多，則需要熱量更多。為提供更多的熱量，要求在吹風(fēng)階段鼓入更多的空氣進(jìn)入煤氣爐，但此方法存在缺陷。因?yàn)楣娜氲目諝庠蕉?，吹風(fēng)氣帶離煤氣爐的顯熱越多，會(huì)造成能耗上升。鼓入空氣量越大，就要求延長(zhǎng)吹風(fēng)時(shí)間，吹風(fēng)時(shí)間與吹風(fēng)氣中組分關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 吹風(fēng)時(shí)間與吹風(fēng)氣中組分關(guān)系

由表1可知，吹風(fēng)時(shí)間越長(zhǎng)，吹風(fēng)氣中CO含量越高，CO為制氣所需有效成分，吹風(fēng)氣送入余熱回收爐中進(jìn)行燃燒，造成CO浪費(fèi)，能耗上升。因此，在吹風(fēng)階段既要保證后續(xù)還原層反應(yīng)熱量的供給，還應(yīng)盡可能減少吹風(fēng)氣量及其中CO含量。

基于以上分析，提出采用富氧制氣技術(shù)的解決方案。富氧制氣技術(shù)是在吹風(fēng)階段向鼓入煤氣爐的空氣中加入體積分?jǐn)?shù)為99.9%的純氧，將鼓入的空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)由20.8%提高至24.0%。在氧化層中C與O2反應(yīng)生成CO和CO2，由于在氧化反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中，O2含量在不斷降低，不可避免地會(huì)產(chǎn)生CO。富氧制氣技術(shù)的運(yùn)用，一方面可以減少由于O2含量不足產(chǎn)生的CO;另一方面O2含量的上升，加劇了氧化反應(yīng)層的反應(yīng)強(qiáng)度，可以在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生還原層反應(yīng)所需熱量。運(yùn)用富氧制氣技術(shù)后，吹風(fēng)時(shí)間減少9 s，很好地抑制了CO2的還原反應(yīng)，減少了還原反應(yīng)吸收的熱量;送入余熱回收爐的吹風(fēng)氣中CO含量降低。采用富氧制氣前、后吹風(fēng)氣組分對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 采用富氧制氣前、后吹風(fēng)氣組分對(duì)比

吹風(fēng)時(shí)間減少后，制氣時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，采用富氧制氣前、后各階段時(shí)間分配對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 采用富氧制氣前、后各階段時(shí)間分配對(duì)比

由表3可知，采用富氧制氣后，吹風(fēng)時(shí)間縮短9 s;其中2 s增加到下吹過(guò)程中，7 s加入到上吹過(guò)程中，制氣時(shí)間得到延長(zhǎng)，提高了每個(gè)循環(huán)的制氣效率。

綜合考察日常的生產(chǎn)狀況，在200 kt/a合成氨的產(chǎn)能下，煤氣爐由常開(kāi)9臺(tái)爐減少為8臺(tái)爐，供氣緊張的情況得到緩解。

2 效果分析

采用富氧制氣前、后半水煤氣中各組分對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 采用富氧制氣前、后半水煤氣中各組分對(duì)比%

由表4可知:采用富氧制氣后，半水煤氣中H2含量保持不變，CO2含量上升，CO和CH4含量在降低。氣化過(guò)程中生成CH4的反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度提高而減小，高溫條件下平衡氣中CH4含量越小。甲烷含量降低表明使用富氧空氣吹風(fēng)后，煤氣爐爐溫有所提高。CO2含量上升及CO含量的降低是由于吹風(fēng)氣回收進(jìn)入氣柜所致。

采用富氧制氣前、后上行和下行煤氣及蒸汽溫度見(jiàn)表5。

表5 采用富氧制氣前、后上行和下行煤氣及蒸汽溫度℃

由表4和表5可知，采用富氧制氣前、后的半水煤氣中主要?dú)怏w成分都沒(méi)有很大變化，溫度均保持不變，表明采用富氧制氣前、后煤氣爐爐況基本保持穩(wěn)定。

3 效益分析

(1)電費(fèi)

吹風(fēng)時(shí)間的縮短，減少了吹風(fēng)階段鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)的做功，耗電量會(huì)有所降低。按每個(gè)循環(huán)為135 s、1 h循環(huán)27次、每個(gè)循環(huán)吹風(fēng)時(shí)間減少9 s、電機(jī)功率560 kW、電價(jià)0.4元/(kW·h)計(jì)，則每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)月節(jié)約電費(fèi)10 886元，3臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)月節(jié)約電費(fèi)3.2萬(wàn)元。

(2)原煤

通過(guò)對(duì)造氣車(chē)間日常生產(chǎn)觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用了富氧制氣技術(shù)后，爐渣中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)由加氧前的13%～15%降低至10%～11%;同時(shí)煤氣爐由常開(kāi)9臺(tái)變?yōu)?臺(tái)，停爐1臺(tái)。噸氨耗煤量由1 160 kg減少至1 070 kg，減少了約0.1 t。造氣1#車(chē)間每班可節(jié)約原煤20 t，每月可節(jié)約原煤為1 800 t。按噸原煤價(jià)格1 000元計(jì)，則月節(jié)約費(fèi)用180萬(wàn)元。

(3)純氧成本

1 m3純氧成本0.3元，鼓入的空氣中氧體積分?jǐn)?shù)由20.8%提高至24.0%，配套的3臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)均為D700，每小時(shí)消耗純氧成本1 134元，月消耗費(fèi)用81.6萬(wàn)元。

(4)月成本

每月成本降低101.6萬(wàn)元。

4 總結(jié)

采用富氧制氣技術(shù)可以解決目前臨猗分公司造氣車(chē)間所存在的問(wèn)題，且每月可節(jié)約成本支出101.6萬(wàn)元，此技術(shù)有非常廣闊的應(yīng)用前景。

2014-11-29)