煤炭汽化爐改造技術(shù)研究

（蘇世博設(shè)計研究院有限公司，江蘇 連云港 222002）

自21世紀(jì)以來，我國在煤氣化技術(shù)方面不斷取得突破，這也使煤化工企業(yè)所使用的固定床氣化技術(shù)正逐漸被更加新型的煤氣化技術(shù)所代替，從而大大推動了合成氨的生產(chǎn)效率，并且新型的煤氣化技術(shù)是以非無煙煤作為生產(chǎn)原料的，這能夠節(jié)約大量的成本。不過，由于我國對新型煤氣化技術(shù)的研究時間較短，這使其還需要較長時間才能真正應(yīng)用于合成氨生產(chǎn)之中，而在氮肥行業(yè)中還主要是利用固定床間歇式氣化技術(shù)來進行生產(chǎn)的，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，截至2018年年底，我國煤化工產(chǎn)業(yè)當(dāng)年的合成氨產(chǎn)能為6689萬噸，這其中有將近70%的產(chǎn)能是采用固定式間歇氣化床來生產(chǎn)的。因此，對固定式間歇氣化床進行技術(shù)改造，勢必會大大推動煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 煤炭汽化爐改造項目介紹

安徽晉煤中能化工股份有限公司是我國發(fā)展規(guī)模最大的煤化工企業(yè)之一，全國約有1/5的合成氨是由該企業(yè)所生產(chǎn)的，并且絕大部分產(chǎn)能都是利用無煙塊煤原料來生產(chǎn)的，而在合成氨、甲醇以及尿素的生產(chǎn)則主要是通過間隙式煤炭汽化爐等設(shè)備來實現(xiàn)的。發(fā)展至今，安徽晉煤中能化工股分有限公司已經(jīng)發(fā)展至19家旗下企業(yè)，生產(chǎn)廠多達58個，所使用的煤炭汽化爐設(shè)備數(shù)量已經(jīng)達到954臺。目前，該公司所使用的煤炭汽化爐絕大多數(shù)都為UGI汽化爐，在UGI氣化爐中還安裝了半夾套、全自動加煤、旋風(fēng)除塵、管式高壓夾套、自動下灰等相關(guān)配套裝置，并且在DCS體系的完善下，大幅提高了UGI汽化爐的自動化與智能化水平。UGI煤炭汽化爐現(xiàn)如今在各個煤化工企業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，為了使UGI煤炭汽化爐滿足煤化工企業(yè)的生產(chǎn)需求，諸多企業(yè)紛紛對UGI煤炭汽化爐進行優(yōu)化升級，包括煤炭輸送、排灰系統(tǒng)、汽化爐內(nèi)部構(gòu)造等，通過對煤炭汽化爐進行改造，能夠在提高合成氨產(chǎn)生效率的同時，顯著降低能耗。為此，有必要對煤炭汽化爐的相關(guān)改造技術(shù)進行深入研究。

2 煤炭汽化爐的主要改造技術(shù)研究

2．1 自動加煤技術(shù)與下灰技術(shù)

自動加煤技術(shù)是利用自動加煤機來實現(xiàn)煤炭的循環(huán)添加，以此避免在加煤過程中熱量從爐口中大量損失，同時也能避免煤炭汽化爐出現(xiàn)爐溫波動，進而達到節(jié)約煤炭消耗的目的，可顯著延長制氣時間，從而使煤炭汽化爐的單爐發(fā)氣量得以顯著提高。現(xiàn)在，在市面上已經(jīng)出現(xiàn)了多種類型的自動加煤機，其中以座板閥式自動加煤機的實踐效果最好，其可有效地解決布料器密封性不好、普通加煤機存在較大氣化阻力、在加煤過程中發(fā)生泄漏等一系列的問題。除了自動加煤技術(shù)以外，煤炭汽化爐還可實現(xiàn)自動下灰，通過自動下灰裝置，可確保煤炭汽化爐在不停爐的情況下實現(xiàn)自動下灰，進而確保爐況穩(wěn)定，提高單爐發(fā)氣量。因煤炭汽化爐在造氣生產(chǎn)循環(huán)時，不需要在停爐的情況下才能加煤與下灰，因此不會出現(xiàn)煙氣放空問題，并且在自動下灰技術(shù)中，還將油路安全互鎖以及程序連鎖兩個裝置安裝于上灰門與下灰門，從而防止在下灰時上、下灰門出現(xiàn)同時打開的問題。自動加煤與自動下灰技術(shù)的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)的固定床間歇式煤炭汽化爐轉(zhuǎn)變成可以進行連續(xù)生產(chǎn)的煤炭汽化爐。

2．2 蒸汽遞減技術(shù)

煤炭汽化爐在合成氨生產(chǎn)中是利用吸熱反應(yīng)來實現(xiàn)的，在吸熱反應(yīng)中，氣化層溫度也會隨之降低，在氣化層溫度的作用下，蒸汽用量以及反應(yīng)速率也會隨之降低。當(dāng)蒸汽流量不發(fā)生變化時，過多的蒸汽會穿透氣化層，從而使氣化層中的大量熱量被蒸汽攜帶出去，這不僅會加大蒸汽的損耗量，而且也難以保證氣化層的溫度，這勢必會給煤炭汽化爐的運行帶來極為不利的影響。而通過蒸汽遞減技術(shù)，則可在爐況工藝不變的基礎(chǔ)上，依據(jù)具體的循環(huán)時間，利用蒸汽遞減閥門來實現(xiàn)對蒸汽量的有效調(diào)節(jié)，進而使蒸汽得到高效的利用，這不僅對氣化反應(yīng)有利，可節(jié)約大量蒸汽，而且也可使蒸汽的分解率進一步提高，使原料煤得以被有效利用，進而從根本上提高氣量和氣質(zhì)，這會給企業(yè)帶來更大的效益。將蒸汽自動調(diào)節(jié)閥安裝于入爐蒸汽的總管上，可結(jié)合爐氣爐的具體運行工況，降低上、下吹后半段爐溫，通過蒸汽調(diào)節(jié)閥可對蒸汽流入煤炭汽化爐中的流量進行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，進而降低氣化層的溫度波動速度，使蒸汽分解率得到有效提高，大量節(jié)約能耗。在選擇蒸汽遞減閥門時，需要確保其滿足蒸汽調(diào)節(jié)的線型控制要求，以便于通過DCS控制系統(tǒng)來實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。

2．3 造氣增氧制氣技術(shù)

造氣增氧制氣技術(shù)是將多余的氧氣進行利用，其通過和爐內(nèi)的空氣進行配比，以此制成空分富余氣，并利用鼓風(fēng)機加壓輸送至造氣爐內(nèi)。該技術(shù)可顯著提高煤炭汽化爐的氧氣濃度，使入爐空氣總量減少的同時，降低熱量損失，使?fàn)t渣殘?zhí)柯实靡杂行Ы档汀Ｔ鞖庠鰵庵茪饧夹g(shù)可使煤炭利用率顯著提高，進而節(jié)約合成氨的生產(chǎn)成本，并且還可減少溫室氣體及有害氣體的排放?？紤]到不同的煤種有著不同的活性，在應(yīng)用造氣增氣技術(shù)時，需要結(jié)合煤炭種類及活性，確定最佳的氧濃度，以此保障生產(chǎn)安全與穩(wěn)定。

2．4 爐篦改造技術(shù)

爐篦改造技術(shù)是將現(xiàn)有的爐篦結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化與改造，從使其從原來的六層或七層升級至八層，該技術(shù)可顯著提高煤炭汽化爐的布風(fēng)效果，使氣化劑能夠得到均勻分布，進而實現(xiàn)對煤炭的全方位燃燒，同時還能減少下吹風(fēng)帶出物，使氣化強度得以顯著增強。爐篦結(jié)構(gòu)在升級改造后，可提高3%的產(chǎn)氣量，每噸合成氨所消耗的煤炭量可節(jié)約3%左右。

2．5 末煤制型煤技術(shù)

考慮到以往的固定式煤炭汽化爐只能利用塊煤，但卻無法利用末煤，因此，需要在煤炭汽化爐中應(yīng)用末煤制型煤技術(shù)，該技術(shù)可通過對末煤進行加工，以此制備煤棒來加以利用，進而達到節(jié)約成本的目的。因無煙煤具有較長的黏結(jié)性，在通過末煤制造型煤時還要添加一定劑量的粘結(jié)劑，這樣可使制造出的型煤具有良好的穩(wěn)定性與冷熱強度。當(dāng)型煤質(zhì)量不達標(biāo)時，還可將其與小塊煤進行混合燃燒，以此實現(xiàn)兩種煤種優(yōu)勢的有效結(jié)合。

2．6 爐況優(yōu)化技術(shù)

煤耗高低在很大程度上是由煤炭汽化爐的造氣穩(wěn)定性所決定的，而煤炭汽化爐在造氣過程中會受到許多因素的影響，并且在煤炭汽化爐中，其內(nèi)部氣化及燃燒狀況是非常復(fù)雜的，如果僅僅采用傳統(tǒng)的控制方法，勢必?zé)o法難以取得理想的控制效果，而且在出現(xiàn)異常爐況時也難以進行有效的處理。爐況優(yōu)化技術(shù)的出現(xiàn)，使其能夠利用造氣尋優(yōu)微機來幫助煤炭汽化爐對爐況進行自適應(yīng)與自調(diào)節(jié)，造氣尋優(yōu)微機主要是通過模糊控制理論以及現(xiàn)代儀控技術(shù)來進行工況控制的，該系統(tǒng)不僅兼具查詢、數(shù)據(jù)顯示以及數(shù)據(jù)存儲等DCS功能，企業(yè)還可利用該系統(tǒng)中的專家軟件來進行實時的人機對話與指導(dǎo)生產(chǎn)，從而使企業(yè)在造氣生產(chǎn)時過程中的工藝調(diào)試與生產(chǎn)波動周期大幅縮短。

2．7 煤炭汽化爐的環(huán)保改造技術(shù)

為了降低合成氨在生產(chǎn)過程中的蒸汽消耗量，自20世紀(jì)80年代起，人們便嘗試將貯缸氣和弛放氣進行合成放空，并利用吹風(fēng)機內(nèi)的可燃氣體，通過燃燒來產(chǎn)生蒸汽，并取得了較為理想的應(yīng)用效果。隨著生產(chǎn)工藝的不斷改進，人們又將合成兩氣、吹風(fēng)氣、旋風(fēng)除塵器飛灰、造氣爐渣以及沉淀池內(nèi)的爐灰共同送入煤炭汽化爐中進行充分燃燒，以此形成蒸汽返回系統(tǒng)，這樣既可產(chǎn)生蒸汽，而且也能大幅降低灰渣含炭比例，進而為煤化工企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。除此之外，還可通過廢舊氣柜來引入脫碳放空氣，然后利用風(fēng)機進行加壓處理后輸送至三廢混燃爐中進行燃燒，以此產(chǎn)生蒸汽，該技術(shù)改造可使能源利用率進一步提高的同時，還能減少能量損耗，有效減少了廢氣排放量，減輕了大氣污染。在造氣廢水中還可將脫硫污水單獨循環(huán)系統(tǒng)、微渦流除泥裝置以及脫硫循環(huán)水系統(tǒng)旁濾裝置應(yīng)用于其中，這樣可改進造氣與脫硫處理流程，在此基礎(chǔ)上，通過對污水進行分流、分級處理，可使污水處理質(zhì)量完全達到排放要求，進而在給企業(yè)帶來經(jīng)濟效益的同時，還要防止污水排放給自然環(huán)境造成的污染。最后，通過對造氣后殘留的煤渣進行分揀處理，然后利用三廢混燃爐來對這些分揀煤渣進行燃燒利用，或可將其與粉煤灰混合后應(yīng)用于建筑工程中，不僅可使廢渣得到有效利用，還能為企業(yè)帶來不菲的經(jīng)濟效益。

3 結(jié)語

總而言之，歷經(jīng)多年的發(fā)展，煤炭汽化爐經(jīng)過不斷的改造，其原有的高碳排放、高污染與高耗能問題已經(jīng)得到了徹底解決，在降低了合成氨生產(chǎn)能耗的同時，也為煤化工企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，將有越來越多的改造技術(shù)被應(yīng)用于煤炭汽化爐中，這必將進一步推動煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。