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热烈庆祝兴亚炉箅改版成功!
     邳州市兴亚炉箅有限公司,由我国著名炉箅设计专家秦兴亚高工于2001年创办,本公司主要从事造气技术研究和炉箅及煤气系统设备的研制生产。主要产品有∮1600-∮3600系列炉箅、自动加煤机、滚动底盘总成、水夹套、锥形水夹套、炉底、灰仓、油压炉口、灰盘、齿圈、炉条机总成及配件、鼓风箱、灰渣箱、灰犁、热管废锅、热管空气预热器、热管水加热器等。               [更多]
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固定床煤气发生炉制气技术进展
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                                                              固定床煤气发生炉制气技术进展
 
                                                                                 王国祥 冯振堂 徐丽萍
 
                                                     全国化工合成氨设计技术中心站 250013 淄博职业学院 255020
 
     我国的能源资源条件是富煤、贫油、少气,在一次能源构成中煤炭约占72%,因此能源消费也更依赖煤炭,这种局面短时间内难以改变。我国氮肥生产企业70%以煤为原料,20%以天然气为原料,10%以油为原料,由此可见煤的气化技术在氮肥行业显得尤为重要。
    我国煤气化技术的发展起步较晚,以固定床(UGI炉)间歇气化制水煤气和常压发生炉煤气为主,至今占合成氨总生产能力70%以上。自上世纪70年代开始,对新型气化炉或气化方法开始研究,在液态排渣加压碎煤气化、水煤浆加压气化、灰团聚流化床气化等领域进行开发或引进国外技术,这几项气化技术在我国相继进入了工业化应用阶段。
目前在氮肥企业应用的制气技术主要有:UGI炉、德士古、恩德炉、灰熔聚四种制气工艺。对我国中小氮肥企业来说,主要采用固定床(UCI炉)间歇气化制半水煤气的生产工艺。本文重点介绍具有中国特色的目前用固定床煤气发生炉制半水煤气的技术进展情况。
我国固定床间歇气化工艺的发展过程
    造气工段是合成氨、甲醇生产的龙头,制气的能耗占合成氨总能耗的65%左右,因此,造气技术一直是氮肥企业关注的重点。我国氮肥行业的发展从1958年开始,当时建厂规模合成氨生产能力为400t/a,产品为20%氨水。通用设计的消耗定额为:焦碳(固定碳>80%)1.95t,蒸汽9.7t,电 2600Kwh,水1110t。
    2004年小氮肥行业平均水平的消耗定额:无烟煤(折标煤)1.1t,电1250Kwh,水100t,造气工段蒸汽自给(包括吹风气回收工段副产的蒸汽)。
1.1  工艺过程和流程配置
1.1.1  工艺过程氮肥企业以煤为原料用固定床间歇制半水煤气,制气的工艺过程主要有5个阶段:吹风阶段、上吹制气阶段、下吹制气阶段、二次上吹阶段、空气吹净阶段,5个阶段为一个制气工作循环。在一个工作循环中,每个阶段所占的比例,受原料的性质、设备配置、操作管理经验等因素的影响而有所差别。一般来讲一个工作循环时间为120~150秒。每个企业在操作过程都有自己的特色,但大同小异,没有本质的区别。
1.1.2  流程配置氮肥企业传统的造气工艺流程为:一炉--一锅--一塔流程,即一台造气炉配一台废热锅炉,后跟一台洗气塔。由于造气炉制气过程的五个阶段产生的煤气,间断地通过废热锅炉和洗气塔。这样就会造成设备利用时间短、洗气塔中喷淋冷却水的无端浪费。20世纪80年代末,氮肥企业根据碳铵改产尿素的需要,特别是一些企业新上8.13工程的需要,在合成氨装置扩建和新建时,开始采用两炉--一锅--一塔流程,即两台造气炉配一台废热锅炉,后跟一台洗气塔。此流程虽然较传统工艺有所改进,但并不彻底。随着合成氨规模的不断扩大,造气工段采用了更为合理的工艺流程:一机--四炉--一锅--一塔流程,即一台造气鼓风机,给四台造气炉提供空气,四台造气炉产生的半水煤气通过一台联合废热锅炉回收煤气中的显热生产饱和蒸汽,煤气经回收热量后进入一台煤气洗涤塔,煤气在塔内经除尘、降温后送至气柜。该流程基本实现间歇制气系统的后续设备连续运行。该工艺流程较传统流程(按4台造气炉计)可节省设备费三分之一,洗气塔冷却水量节省三分之一,设备布置紧凑,占地面积减少。
固定床间歇气化工艺的设备选择
    采用固定床煤气发生炉制半水煤气,在现有条件下提高煤气炉发气量的主要措施有两个:1)扩大造气炉炉膛直径。2)降低系统阻力。固定床煤气发生炉制气工艺的设备选择主要针对以上措施来实施。
2.1  煤气发生炉  为了提高煤气炉的发气量,近几年小氮肥企业使用的煤气发生炉的炉膛直径由φ2260mm扩大到φ2400mm、φ2610mm、φ2650mm、φ2800mm,顺应形势的发展,还出现了φ2610/φ2800锥形夹套造气炉。
2.2  废热锅炉  用热管废热锅炉代替过去使用的水管或火管废热锅炉,换热效率和使用寿命都有了较大提高。设备制造厂对减少设备的阻力和防尘措施从结构上都作了充分的考虑。该设备有两部分组成:下段为回收煤气显热的废热锅炉,上段为蒸汽过热段,过热夹套汽包和废锅汽包产生的蒸汽。废热锅炉的管程和壳程在设计、制作时都要考虑减少阻力的问题。
2.3  洗气塔  为降低系统阻力,采用空塔喷淋,塔内设置多层结构型式不同的旋涡喷头。这里值得注意的是,小氮肥企业使用的洗气塔与中型氮肥企业不同,它兼有洗气箱和洗气塔的双重作用,因此水封高度要适当,既要降低高度,减小阻力,又要保证安全。不同规格的设备,应根据气柜的操作压力来确定适宜的水封高度。
2.4  自动加煤机  小氮肥企业造气工段过去都是用吊煤斗人工间歇地直接给造气炉加煤,在生产中往往存在如下问题:
    (1)煤气发生炉的有效制气时间被加煤时间所占用,使产气量降低。
    (2)一次性加煤量大,引起炉温波动范围大,气化层不稳定,造成蒸汽分解率低,原料消耗高。
    (3)炉口经常打开,不但会造成热量损失,而且易发生爆炸事故。
    (4)增加了工人的劳动强度和对环境的污染程度。
    针对以上问题,河北科技大学德隆公司开发了HBLJ型自动加煤机,在不停炉的情况下,一个循环加一次煤,加煤量少且布料均匀,克服了人工间歇加煤的不足。使用自动加煤机加煤可实现加煤过程自动化操作,同时延长有效制气时间,增加造气炉产气量。
2.5  空气鼓风机  半水煤气生产过程中鼓风机间歇向煤气发生炉供应空气,风机易产生喘振,为保证风机长时间运行,通常选用C系列或D系列铸铁离心风机。风量和风压要根据原料、设备配置(包括吹风气回收装置的配置)、操作条件、厂址海拔高度等因素综合考虑。
2.6  除尘器  过去使用较多为外面为碳钢,里面为耐火水泥的普通型除尘器。现在设备制造企业普遍推广的为碳钢内衬耐磨铸铁的造气专用除尘器,使用寿命和效率都有教大提高。对于烧型煤的企业来说,为延长废热锅炉和洗气塔的使用寿命、提高传质效率,最好在废热锅炉前再加一级除尘器。
目前固定床间歇气化工艺的适用技术
3.1  过热蒸汽制气技术  采用过热蒸汽制气可提高蒸汽分解率,已为人们所认识,氮肥企业应尽量创造条件使用此项技术。
3.2  吹风气潜热和显热回收技术  该技术是合成氨造气工段实现蒸汽自给的有力保证。该技术的核心在于燃烧炉的设计和系统的合理工艺配置。燃烧炉的型式主要有:上燃蓄热式、中下部燃烧式和三废流化混燃炉三种。在小氮肥企业广泛使用。中型氮肥企业部分在使用。
3.3  微机集成油压控制技术  该技术进步较快,有几代产品在使用,目前应用较多的是造气 DCS控制系统。制气过程从自动加煤、自动下灰、炉况检测、氢氮比自调,整个过程采用微机自动控制,下一步向在线调优和远程诊断系统发展。
制气过程是一个系统工程,各项技术和设备合理搭配,才能发挥其效果。
几种常用煤气发生炉的技术经济比较
固定床煤气发生炉间歇制气工艺的技术水平
    固定床煤气化技术的主要优缺点:
    1)碳转化率低。
    2)污染环境。
    3)烧无烟块煤。  
    4)投资省。
    我国以煤为原料固定床间歇制半水煤气技术经过40多年的发展,通过对自身缺点的不断改进,目前已取得了较好的效果,能够满足氮肥企业的需要。
    碳转化率过去碳转化率只有60%。现在把原来放空的吹风气经吹风气回收装置,每吨氨可回收1吨蒸汽;煤灰和炉渣送到流化床发电锅炉去燃烧发电,进行二次利用,碳的转化率有了较大提高。
    环境污染过去生产过程中的吹风气通过烟囱直接排入大气,造成环境污染严重。现在吹风气经吹风气回收装置后,有害气体和灰尘进一步减少,有些企业对环保更加重视,燃烧后的烟气在放空前加装了水沫除尘器或袋式除尘器,进一步降低了对环境的污染。造气循环水通过闭路循环,实现造气污水零排放。造气炉炉渣和煤灰去流化床发电锅炉进行二次利用,燃烧后的炉渣用做水泥原料。制气过程产生的废气、废渣都得到利用,冷却水循环使用不再外排,对环境的污染大大减轻。
    原料过去制气过程采用无烟煤或焦碳,对原料的依赖性强。随着型煤技术的发展,固定床煤气发生炉不单烧无烟块煤,开始烧无烟粉煤。湖南、湖北的大部分企业用煤棒制气。
    投资固定床间歇制制气过程的工程投资最低,是其他气化方法比拟的。
    固定床间歇气化工艺,是符合我国当前国情的。
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