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        昌昱低壓連續(xù)純氧氣化技術運行總結

        2022-03-09 02:18:20趙巖松
        氮肥與合成氣 2022年3期
        關鍵詞: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臺間歇式造氣爐,因其工藝能耗高、原料利用率低、操作復雜、有效成分低,屬于國家限制類生產工藝。隨著國家“碳達峰碳中和”戰(zhàn)略的實施,同時為降低生產成本,決定采用昌昱低壓連續(xù)純氧氣化技術(DY氣化爐)替代間歇式造氣爐。一期改造完成了4臺造氣爐,于2021年3月29日順利投產。從運行情況看,新建DY氣化爐運行安全穩(wěn)定,各項技術指標優(yōu)于設計值,綜合性能達到同類氣化工藝先進水平[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。

        2 改造方案

        按照“安全、節(jié)能、高效、環(huán)?!钡脑O計原則,從流程、控制、設備、材料、制造進行全面改進和優(yōu)化,采用DY氣化爐,其反應溫度、速度、效率極大提高,達到節(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),分組分批進行。一期改造完成4臺間歇式造氣爐,消化難以氣化篩分后的小粒無煙煤;二期將剩余28臺間歇式造氣爐全部改造為DY氣化爐。

        全部改造完成后,按照低壓氣化運行,可取消造氣空氣鼓風機、氣柜和羅茨風機。

        3 DY氣化爐技術特點

        3.1 高安全性

        (1) 流程簡單,單向氣化,無煤氣倒流串氣。

        (2) 加煤和下渣采用氮氣和蒸汽置換保護,炭層測量采用高溫雷達測炭儀,密封可靠,無泄漏。

        (3) 自動化程度高,安全(聯(lián)鎖)措施完備,基本可實現(xiàn)無人值守。

        (4) 設備安全裕度大,關鍵部位采用耐磨耐高溫材料,爐底運轉部件采用鋰基脂潤滑,設備安全穩(wěn)定,運行周期長。

        3.2 高環(huán)保性

        (1) 連續(xù)純氧氣化正常生產時無廢氣排放,開停車時排放氣引入三廢鍋燃燒處理。

        (2) 連續(xù)純氧氣化不產生含氰、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,無廢水排放。

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

        (4) 現(xiàn)場環(huán)境友好,干凈衛(wèi)生,無泄漏,無噪聲(造氣無鼓風機、加壓羅茨風機)。

        3.3 節(jié)能效果好

        原料煤消耗低,碳轉化率大于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

        同等規(guī)模下,與氣流床比較,投資費用降低70%以上。建設周期短,僅為4~8個月。原料適應性廣,如小粒煤、氣化焦、焦炭、蘭炭、型煤等均可使用。操作彈性大,生產負荷為60%~120%。氣化強度為1 500 m3/(m2·h)以上。設備能實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行,維護工作量小,維修費用低,備爐費用低。

        4 運行指標及成本對比

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

        表1 煤質工業(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氣化爐消耗對比

        5 立項可行性分析

        5.1 政策符合性分析

        (1) 《產業(yè)結構調整指導目錄(2019年本)》中相關分類指出:固定層間歇氣化技術合成氨為限制類;沒有配套建設吹風氣余熱回收、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。

        本項目為連續(xù)純氧氣化爐,其設備結構、工藝流程及制氣過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目。

        (2) 國家工業(yè)和信息化部2013年發(fā)布的《合成氨行業(yè)準入條件》中規(guī)定,新建合成氨裝置應采用先進的技術和裝備,鼓勵采用具有自主知識產權的國產化技術。以煤為原料的新建合成氨裝置應采用連續(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。由叉車轉運煤渣改為全封閉鏈板下渣系統(tǒng),同時DY氣化爐不停爐下灰系統(tǒng)配備有下渣加水潤濕裝置,避免在加煤及下渣過程中揚塵。加煤輸渣全自動操作,無需人員干預,不僅滿足環(huán)保要求,同時減輕了員工的勞動強度。

        (2) 加煤機配備有煤鎖加氮放空系統(tǒng),往爐內加煤時對大布料器充氮,當?shù)獨鈮毫Ω哂跔t內壓力時,煤氣不會進入大布料器內,加煤完成后關閉大布料閥,煤氣不會外泄,滿足環(huán)保要求。

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

        (4) DY氣化爐為連續(xù)氣化,正常生產過程無排放,僅開停車時會產生短暫少量煙氣,排放氣會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|量分數(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) 造氣取消鼓風機及加壓羅茨風機,無噪音污染,大大改善了工作環(huán)境。

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

        5.3 安全、自動化符合性分析

        DY氣化爐配置以下安全措施,確保裝置的安全可靠運行。

        (1) 采用先進、可靠的分散式控制系統(tǒng)(DCS)對裝置進行監(jiān)測、控制和優(yōu)化,能夠實現(xiàn)先進的過程控制(APC)。

        DCS控制器、電源、通訊總線等配備應是1∶1冗余,并由不間斷電源供電,在電源故障時,至少保持30 min以上的儀表供電。裝置的緊急停車系統(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、全密閉雷達測碳儀和料位控制、連續(xù)純氧加壓造氣過程各工藝閥門的程序邏輯控制、連續(xù)氣化不停爐下灰裝置自動控制、煤氣爐氣化劑的氧氣/蒸汽比值自動調節(jié)、爐條機轉速變頻控制和調節(jié)。

        (2) 邏輯控制包括各工藝閥門的檢測、聯(lián)鎖及報警,以及可燃有毒氣體檢測、火災報警系統(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)純氧氣化技術可保證高碳轉化率,改造后每噸合成氨可節(jié)約無煙煤120 kg,40萬t/a合成氨則可節(jié)約實物煤4.80萬t,相當于減少CO2排放14.08萬t/a。

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

        6 結語

        DY氣化爐改造,符合國家產業(yè)和環(huán)保政策;安全設施配置完善,能夠滿足安全生產要求;自動化程度高,工人勞動強度降低;有良好的經濟效益和環(huán)保效益。

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