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        昌昱低壓連續(xù)純氧氣化技術(shù)運(yùn)行總結(jié)

        2022-03-09 02:18:20趙巖松
        氮肥與合成氣 2022年3期
        關(guān)鍵詞:造氣氣爐合成氨

        趙巖松

        (天源山西化工有限公司, 山西晉城 048400)

        1 概述

        天源山西化工有限公司原配置了32臺(tái)間歇式造氣爐,因其工藝能耗高、原料利用率低、操作復(fù)雜、有效成分低,屬于國(guó)家限制類生產(chǎn)工藝。隨著國(guó)家“碳達(dá)峰碳中和”戰(zhàn)略的實(shí)施,同時(shí)為降低生產(chǎn)成本,決定采用昌昱低壓連續(xù)純氧氣化技術(shù)(DY氣化爐)替代間歇式造氣爐。一期改造完成了4臺(tái)造氣爐,于2021年3月29日順利投產(chǎn)。從運(yùn)行情況看,新建DY氣化爐運(yùn)行安全穩(wěn)定,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)值,綜合性能達(dá)到同類氣化工藝先進(jìn)水平[1-2]。

        從消耗水平看,DY氣化爐噸氨入爐煤耗、噸氨氧氣消耗、噸氨蒸汽消耗位于較低水平。同時(shí)低壓純氧連續(xù)氣化流程能與現(xiàn)有系統(tǒng)流程匹配,投資少、周期短,適合間隙氣化改造升級(jí)。

        2 改造方案

        按照“安全、節(jié)能、高效、環(huán)保”的設(shè)計(jì)原則,從流程、控制、設(shè)備、材料、制造進(jìn)行全面改進(jìn)和優(yōu)化,采用DY氣化爐,其反應(yīng)溫度、速度、效率極大提高,達(dá)到節(jié)碳減排的目的[3-4]。

        改造充分利用現(xiàn)有廠房和輸煤系統(tǒng),分組分批進(jìn)行。一期改造完成4臺(tái)間歇式造氣爐,消化難以氣化篩分后的小粒無(wú)煙煤;二期將剩余28臺(tái)間歇式造氣爐全部改造為DY氣化爐。

        全部改造完成后,按照低壓氣化運(yùn)行,可取消造氣空氣鼓風(fēng)機(jī)、氣柜和羅茨風(fēng)機(jī)。

        3 DY氣化爐技術(shù)特點(diǎn)

        3.1 高安全性

        (1) 流程簡(jiǎn)單,單向氣化,無(wú)煤氣倒流串氣。

        (2) 加煤和下渣采用氮?dú)夂驼羝脫Q保護(hù),炭層測(cè)量采用高溫雷達(dá)測(cè)炭?jī)x,密封可靠,無(wú)泄漏。

        (3) 自動(dòng)化程度高,安全(聯(lián)鎖)措施完備,基本可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

        (4) 設(shè)備安全裕度大,關(guān)鍵部位采用耐磨耐高溫材料,爐底運(yùn)轉(zhuǎn)部件采用鋰基脂潤(rùn)滑,設(shè)備安全穩(wěn)定,運(yùn)行周期長(zhǎng)。

        3.2 高環(huán)保性

        (1) 連續(xù)純氧氣化正常生產(chǎn)時(shí)無(wú)廢氣排放,開(kāi)停車(chē)時(shí)排放氣引入三廢鍋燃燒處理。

        (2) 連續(xù)純氧氣化不產(chǎn)生含氰、含酚廢水,造氣系統(tǒng)冷卻水采用間冷裝置閉路循環(huán)使用,無(wú)廢水排放。

        (3) 灰渣殘?zhí)假|(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%,爐渣可用作水泥建筑材料。

        (4) 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境友好,干凈衛(wèi)生,無(wú)泄漏,無(wú)噪聲(造氣無(wú)鼓風(fēng)機(jī)、加壓羅茨風(fēng)機(jī))。

        3.3 節(jié)能效果好

        原料煤消耗低,碳轉(zhuǎn)化率大于99.5%。蒸汽分解率高大于75%。

        氧氣消耗低,有效氣成分為83%~85%。

        3.4 其他優(yōu)勢(shì)

        同等規(guī)模下,與氣流床比較,投資費(fèi)用降低70%以上。建設(shè)周期短,僅為4~8個(gè)月。原料適應(yīng)性廣,如小粒煤、氣化焦、焦炭、蘭炭、型煤等均可使用。操作彈性大,生產(chǎn)負(fù)荷為60%~120%。氣化強(qiáng)度為1 500 m3/(m2·h)以上。設(shè)備能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行,維護(hù)工作量小,維修費(fèi)用低,備爐費(fèi)用低。

        4 運(yùn)行指標(biāo)及成本對(duì)比

        以晉城無(wú)煙煤為原料,匯總DY氣化爐運(yùn)行數(shù)據(jù),其中煤質(zhì)工業(yè)分析見(jiàn)表1,氣體成分分析見(jiàn)表2,噸氨消耗分析見(jiàn)表3,發(fā)氣量分析見(jiàn)表4,間歇式造氣爐與DY氣化爐年消耗對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

        表1 煤質(zhì)工業(yè)分析

        表2 氣體成分(平均值)

        表3 噸氨消耗(平均值)

        表4 發(fā)氣量

        表5 間歇爐與DY氣化爐消耗對(duì)比

        5 立項(xiàng)可行性分析

        5.1 政策符合性分析

        (1) 《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2019年本)》中相關(guān)分類指出:固定層間歇?dú)饣夹g(shù)合成氨為限制類;沒(méi)有配套建設(shè)吹風(fēng)氣余熱回收、造氣爐渣綜合利用裝置的固定層間歇式煤氣化裝置為淘汰類。

        本項(xiàng)目為連續(xù)純氧氣化爐,其設(shè)備結(jié)構(gòu)、工藝流程及制氣過(guò)程與間歇式造氣爐截然不同,不屬新目錄中限制及淘汰類項(xiàng)目。

        (2) 國(guó)家工業(yè)和信息化部2013年發(fā)布的《合成氨行業(yè)準(zhǔn)入條件》中規(guī)定,新建合成氨裝置應(yīng)采用先進(jìn)的技術(shù)和裝備,鼓勵(lì)采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)化技術(shù)。以煤為原料的新建合成氨裝置應(yīng)采用連續(xù)純氧氣化工藝。

        5.2 環(huán)保符合性分析

        (1) 全部改造完成后輸煤系統(tǒng)將改為全封閉皮帶上煤系統(tǒng),系統(tǒng)裝備除塵裝置。由叉車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)煤渣改為全封閉鏈板下渣系統(tǒng),同時(shí)DY氣化爐不停爐下灰系統(tǒng)配備有下渣加水潤(rùn)濕裝置,避免在加煤及下渣過(guò)程中揚(yáng)塵。加煤輸渣全自動(dòng)操作,無(wú)需人員干預(yù),不僅滿足環(huán)保要求,同時(shí)減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

        (2) 加煤機(jī)配備有煤鎖加氮放空系統(tǒng),往爐內(nèi)加煤時(shí)對(duì)大布料器充氮,當(dāng)?shù)獨(dú)鈮毫Ω哂跔t內(nèi)壓力時(shí),煤氣不會(huì)進(jìn)入大布料器內(nèi),加煤完成后關(guān)閉大布料閥,煤氣不會(huì)外泄,滿足環(huán)保要求。

        (3) 氣化爐配置煤氣間冷系統(tǒng),無(wú)廢水排放,滿足環(huán)保要求。

        (4) DY氣化爐為連續(xù)氣化,正常生產(chǎn)過(guò)程無(wú)排放,僅開(kāi)停車(chē)時(shí)會(huì)產(chǎn)生短暫少量煙氣,排放氣會(huì)被引入三廢爐或火炬燃燒處理,滿足環(huán)保要求。

        (5) 爐下灰渣殘?zhí)假|(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%,爐渣可用作水泥建筑材料,變廢為寶,符合環(huán)保要求。

        (6) 造氣取消鼓風(fēng)機(jī)及加壓羅茨風(fēng)機(jī),無(wú)噪音污染,大大改善了工作環(huán)境。

        (7) 造氣后旋風(fēng)和精密除塵器采用氣力輸灰系統(tǒng)出干灰,送至灰?guī)旆忾]儲(chǔ)存并送至鍋爐燃燒,現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境友好。

        5.3 安全、自動(dòng)化符合性分析

        DY氣化爐配置以下安全措施,確保裝置的安全可靠運(yùn)行。

        (1) 采用先進(jìn)、可靠的分散式控制系統(tǒng)(DCS)對(duì)裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和優(yōu)化,能夠?qū)崿F(xiàn)先進(jìn)的過(guò)程控制(APC)。

        DCS控制器、電源、通訊總線等配備應(yīng)是1∶1冗余,并由不間斷電源供電,在電源故障時(shí),至少保持30 min以上的儀表供電。裝置的緊急停車(chē)系統(tǒng)(ESD或SIS)采用雙重化或三重化冗余,并有與DCS系統(tǒng)之間的接口。

        系統(tǒng)控制功能和安全連鎖完善,具備的功能包括純氧造氣專用控制、全密閉雷達(dá)測(cè)碳儀和料位控制、連續(xù)純氧加壓造氣過(guò)程各工藝閥門(mén)的程序邏輯控制、連續(xù)氣化不停爐下灰裝置自動(dòng)控制、煤氣爐氣化劑的氧氣/蒸汽比值自動(dòng)調(diào)節(jié)、爐條機(jī)轉(zhuǎn)速變頻控制和調(diào)節(jié)。

        (2) 邏輯控制包括各工藝閥門(mén)的檢測(cè)、聯(lián)鎖及報(bào)警,以及可燃有毒氣體檢測(cè)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、工業(yè)電視視頻監(jiān)視系統(tǒng)等。

        5.4 節(jié)能、減碳符合性分析

        (1) 連續(xù)純氧氣化技術(shù)可保證高碳轉(zhuǎn)化率,改造后每噸合成氨可節(jié)約無(wú)煙煤120 kg,40萬(wàn)t/a合成氨則可節(jié)約實(shí)物煤4.80萬(wàn)t,相當(dāng)于減少CO2排放14.08萬(wàn)t/a。

        (2) 連續(xù)純氧氣化技術(shù)可保證高水蒸氣轉(zhuǎn)化率,按噸氨入爐蒸汽節(jié)約0.8 t/a計(jì)算,40萬(wàn)t/a合成氨則可節(jié)約32萬(wàn)t/a蒸汽。

        6 結(jié)語(yǔ)

        DY氣化爐改造,符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)和環(huán)保政策;安全設(shè)施配置完善,能夠滿足安全生產(chǎn)要求;自動(dòng)化程度高,工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低;有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

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