造气流程的简化优化和操作方法的改进

周生贤，肖广苓

（山东济氮研究所，山东微山 277600）

我国大多数中小型甲醇、合成氨企业仍然采用间歇式造气炉制取煤气、半水煤气。而所采用的流程也大同小异。操作也大多数沿用传统的操作方法。为了进一步节能降耗，提高装置的生产能力，绝大多数生产企业对造气系统进行了各种改造，也相应对操作方法作了调整，并取得了明显效果。

山东济氮研究所经过深入研究特推出以下工艺流程，并提出改进的操作方法，供广大合成氨、甲醇企业参考、选用。这些技术经过多家企业生产实践的验证，取得了明显的经济效益。

1 简化、优化造气工艺流程

1.1 多台炉共用一台除尘器、一台废锅、一台洗气塔，或者再简化为多台炉共用一台综合器，集除尘、余热回收、降温于一体

采用间歇式气化装置制取煤气、半水煤气的企业，绝大多数仍然采用每台炉配备一台除尘器、一台废锅、一台洗气塔的流程。这种经典流程存在如下缺点，即系统阻力较大，设备利用率低，占地面积较大等。我所经过潜心研究，开发出多台炉共用一台除尘器、一台废锅、一台洗气塔或共用一台综合塔的简化流程（该综合塔集除尘、热回收、降温为一体，取消原单台炉设置的除尘器、废锅、洗气塔等）。以上两种流程均在生产厂家成功应用，取得显著的节能效果。多台炉并联时，支管向总管碰头原均为T型连接，为了减少系统阻力，现全部改为Y型连接。上行、下行煤气管、吹风气回收管等管道均走造气楼三楼楼顶，直入三合一综合塔。节省管架。

此方案优点如下：

（1）系统阻力大大减小；

（2）设备利用率高；

（3）简化了工艺流程；

（4）占地面积较小；

（5）布局合理；

（6）煤气管道和吹风气回收管道全部铺设在造气楼房顶，节约管架。

1.2 下行煤气管和上行煤气管连接位置

原设计的造气炉，上行煤气出口设在炉上部侧面，即侧出。为了进一步减小阻力，提高炭层，增加煤气产量，现在大部分厂家将上行煤气出口设置在炉顶部，即顶出，但下行煤气管和上行煤气管碰头位置，各厂不相同。

为了进一步减小阻力，节约材料，笔者认为，连接三通应在高处，且和上行管道在同一水平，同一高度上。在造气厂房房顶水泥面上平放铺设，省掉管架的设置，上下行煤气混合后，直接进入三合一综合塔。

1.3 增设吹净副线

原设计的吹净流程路线，下行煤气阀至上行煤气管接头三通处的一段煤气管内，在下吹制气时，存满了高质量的水煤气。原设计的吹净流程吹不到上述一段盲肠管。当吹风气回收阀开启时，由于吹风气回收阶段系统呈负压，所以便将此煤气吸入吹风气系统的燃烧炉烧掉，产生蒸汽。这样就使得优质煤气不能去后系统合成氨或甲醇，降级使用了无烟煤，造成资源浪费。

改造方法为，从上行煤气阀后紧贴阀体接一管（φ108mm）到下行煤气阀后。吹净一开始，就先彻底吹干净盲肠中的煤气。避免在吹风气回收时，负压抽走该死角的高质量煤气，去吹风气系统产生蒸汽。

此管不可有弯管，应和原吹净气体流向一致，以免出现涡流，吹不净。

1.4 吹风阀位置的设置

现有间歇式煤气发生炉，其吹风阀、下行煤气阀和炉底的连接采用Y型连接，上行蒸汽阀在吹风阀后从上部插入吹风管。这种流程的缺点是，在吹风时，空气当中有20%左右的O2，由于O2、N2均系大分子，容易下落到管道的底部，而当由吹风变上吹时，蒸汽因分子量较小，易聚集在管道上部进入造气炉。无法将下部残留的O2全部吹入造气炉内燃烧。下吹时，此管内有O2、N2存在，会被煤气带入气柜，造成煤气内O2、N2含量升高。据测定，仅此一处，有时可使煤气中的O2增高0.2%～0.3%。这些O2到变换催化剂层氧化而放热，变换被迫多加蒸汽，造成蒸汽消耗增高。同时造成过剩蒸汽冷凝水外排，给环保带来负担。

我们的做法是，将炉底三通管改造为单管，即将下行煤气管当成主管道，吹风阀接管蹲在下行煤气管上部，紧靠下行阀；上吹蒸汽管、阀紧靠下行煤气阀。因吹风阀蹲在下行煤气管上，O2系大分子，极易下落到主管线内。变上吹时极易被蒸汽吹入造气炉内燃烧，可使氧含量降低0.2%～0.3%，减少了变换的蒸汽消耗，同时也避免了因过剩蒸汽冷凝水外排给环保带来的负担。N2含量的增高也降低了煤气的质量，使醇后的放空量增大。

1.5 吹风气回收阀位置的设置

在吹风气回收流程中，吹风气回收阀和上行煤气阀的相对位置往往被人忽略。殊不知位置摆放得不同，对生产消耗的影响不一样。上吹煤气阀和管道应安装在吹风阀和吹风管的上部。因为在吹风气当中，大部分是CO2和N2，均为大分子，容易下沉；而上吹煤气中有大量的H2，系小分子，容易积存在最上部，所以吹风气回收时，吹风气回收阀和管道放在下部，其吹风气中的N2、CO2等大分子自然下落到底部，而其中含有的少量H2在吹风气管道中自然上升，存储在管道的上部。在吹风气回收时自然将N2、CO2等大分子吹至吹风气回收工段或放空，在上吹制气时，将顶部H2随煤气带入气柜。减少燃气锅炉烧有效气的量。而煤气中少量大分子的N2、CO2等下降到管道底部，待吹风气回收时，将大分子的N2、CO2吹入吹风气回收系统，相对提高了煤气的质量。

以上改进后的流程在全国多厂应用，均达到预期效果。

1.6 炉底、灰箱等吹净空气死角措施

现有的造气炉所生产的煤气中，尚含有0.2%～0.5%的氧气，正常情况下，这少量氧气基本是在吹风和空气吹净时残留在炉底和灰箱等死角，下吹时被煤气带入系统的。这少量氧气随着煤气送到变换催化剂层，使其温度升高，需多加蒸汽压低变换炉温，这不仅多浪费蒸汽，而且还顶高了系统压力，形成压差，造成高压机二段出口到三段入口压差大，打气量降低，高压机电机电流增高，电耗增加；更为严重的是氧的吃氢反应，造成原料煤耗增高；煤气氧含量高，亦是事故隐患，不安全。由此可见，清除煤气中的残余氧气是必须的。产生的效益也是十分明显的。具体做法是增设吹净空气副线。选用φ15～φ75mm的无缝钢管及相应阀门，从上吹蒸汽阀后接至炉底和灰包即可，无缝钢管、阀门均可选用废旧材料。

该项技术在重庆、河北、山东等十余家化肥企业应用，均收到了显著的效果，煤气氧含量降低到0.1%，变换系统吨氨节约外供蒸汽200kg以上。

氧气吹净了，氮气也吹彻底了。此项改造更适合甲醇造气炉。因为吹净了氮气，避免了甲醇合成系统氮气累积增高的无功循环，降低了系统压力，降低了甲醇循环机的电耗。同时也解决了压缩机各段压力憋高的问题，明显提高了打气量，大幅度降低了甲醇生产的电耗。甲醇合成工段减少放氮损失，降低了原料消耗，提高了甲醇产量。

1.7 炉底吹灰的改进

改水吹灰为气吹灰。砍掉冲灰水封，利用吹风、上吹、下吹阶段不间断吹灰，使细灰不滞留。采用此法，避免炉底热量被凉水带走，缓解炉底腐蚀，节约用水。

2 改进工艺操作

2.1 控制薄炭层是炉况稳定的关键

当前，全国诸多甲醇厂、氮肥厂都不同程度存在灰渣层偏厚的现象。特别是操作工，担心烧坏炉箅，又怕下红火，溜生炭，对灰渣层的控制是宁厚勿薄。所以大多数甲醇厂、氮肥厂气化层容易偏上，不利于制气。因为灰渣层过厚，阻力大，气化剂不易通过，不利于制气，产气量小，气质差，炉况不易稳定。

渣层厚，气化层上移，容易造成气化层不规整，偏炉。炉条机转动也不易松动气化层的下沿成渣区，上吹蒸汽也不容易将渣吹出气孔，容易造成渣很硬，还下黑炭、出现风洞、溜生炭、气化层乱等不正常现象。所以，气化层位置对煤气炉的产气量及气质有非常大的影响，灰渣过厚，不利于气质、气量及炉温的稳定，所以应该保持较薄的灰渣层。根据笔者在有关厂家的实验结果，渣层一般控制在150±50mm为好，尽量按下限指标控制。

有人担心渣层减薄会影响渣的质量，或破坏炉况的稳定。笔者在这里提出 “工艺造渣”理论，供各位专家、同行参考。正像锅炉链条炉排一样，煤燃尽又达到成渣温度即可成渣。由于炉排转动作用于熔融发粘的薄渣层，使渣松动裂成碎块。同理，造气炉 “工艺造渣”就是由于炉条机转动才波及到成渣区，使熔融状态的渣一直呈动态，在炉条机转动的作用下，熔融发粘的薄渣层松动、分裂成为小碎块。每个循环的吹风空气和上吹蒸汽也容易直接串入熔融的成渣区，故形成了蜂窝状的小碎块。这与锅炉成渣的质量相比并不差。事实也证明稳定的薄渣层形成的渣为蜂窝状的小碎块。

较薄的灰渣层具有如下的优点。

（1）灰渣层薄，便于提高炉温，减少大疤块的形成

由于灰渣较薄，入炉空气的富氧区直接在气化层的下沿，有利于提高炉温，上吹蒸汽以较短的时间及较小的压差到达气化层，易使气化层下沿呈熔融状态的渣吹成蜂窝状的小渣块，使燃烧彻底，达到 “工艺造渣”的目的。不会形成较大的疤块而影响炉况稳定。

（2）稳定偏下限气化层，杜绝吹翻、挂炉

灰渣层较薄，气化层在下部，使气化剂流过气化层时阻力减小，而且较为均匀。升温、降温过程相对平稳，形成的小渣块也起到了均匀布风的作用，这样有利于气化层的稳定。阻力的均匀也保证了炉子不会吹翻。气化层在下部，夹套以上温度较低，不是熔融状态，也就不存在挂炉现象。

（3）薄灰渣层有利于气化剂的均匀分布

上吹和吹风首先由炉栅进行布风，“工艺造渣”形成的小渣块能够起到二次均匀分布气化剂的作用。因为气化层在偏下部，下吹要通过较厚的热炭层才能到达气化层，气化剂流程的加长和与较厚炭层煤块的接触有利于下吹蒸汽的均匀分布，也有利于气化层的规整和炉况的稳定。所以，气化层适当偏低，下吹蒸汽通过气化层分布得更均匀。

（4）薄灰渣层有利于提高气质、发气量，减少副反应

实验证明，CH4生成主要是在800℃左右的温区。气化层控制在底部，灰渣层维持较薄，从气化层1 200℃左右的温度降至200℃，降温迅速，800℃区域较小。控制较低的炉上温度，适合生成CH4的温度800℃区域小了，大大降低了生成CH4及C2H2的副反应。提高了发气量，降低原料煤的消耗。

大家知道，生成一分子CH4，浪费一分子CO和两分子的H2，因此，降低CH4和C2H2是不容忽视的。

因为灰渣层较薄，高温区在炉子的下部，当蒸汽进入后，能很快和炭发生反应，即

C＋H2O ===CO＋H2

渣层薄，气化层控制在底部，易控制较高炉温，充分保证蒸汽与炭反应较完全，提高蒸汽分解率的同时也提高了H2的含量，增加了CO含量，提高了煤气质量，增加了单炉发气量。

（5）控制薄炭层，气化层偏下控制，减少返炭，降低消耗

渣层太厚，炉栅转动松动不了厚渣层和气化层，所以产生大疤。大块渣在随炉栅转动时或在渣块破裂时，不能平稳地托住气化层，在裂缝中和块与块之间有大量未燃尽的残炭甚至生炭漏入灰中，严重威胁气化层的稳定，使灰渣的返碳率大大增高，消耗升高。灰渣层较薄，气化层在底部，通过 “工艺造渣”形成较小且粒度均匀的渣块，在落灰过程中，较稳定地承载气化层，这样一方面保证了气化层的稳定，另一方面不存在大的裂缝，也就不会漏炭，相应降低原料煤的消耗。

2.2 三个一操作法简述

为进一步稳定炉况，简化工艺指标，便于煤气炉正常运行，笔者提出三个一操作法，即一个指标，一个措施，一个手段。

这对甲醇厂、氮肥厂稳定操作，提高发气量，降低煤耗有一定的积极作用。现将部分内容简述如下，供有关甲醇、氮肥企业参考。

（1）一个指标

一个指标是指在炉箅风帽顶端增设一测温点，作为主要指标，也叫渣标，称基础指标。具体位置在造气炉箅风帽顶尖端表面。由于测温点套管铸造在风帽顶内，该测温点背向吹风，极少受吹风的低温影响，同时上下气流互相转换频繁，时间甚短，受交换气流温度变化影响的只是它的表面。其主要热量来源为气化层的辐射热和下吹时从气化层带出的热及渣层的传导热，所以其温度相对稳定、准确。

其温度的高低代表了四层意义，具体如下：

一是能表征气化层温度的高低；

二是能表征气化层位置的高低；

三是能表征灰渣层的厚薄；

四是能表征灰渣的质量。

看下灰情况，只要有渣块，不管大小，都说明气化层温度在高限，微超灰熔点了。煤气质量是较高的，造气炉操作稳定之后可以以此温度为基础来控制炉况。

（2）一个措施

一个措施就是连续均匀的大拉炉条机。在工艺条件合理、原料煤没有大波动的条件下，炉条机应该是连续均匀的大拉，保证较薄灰渣厚度，保证气化层位置，从而控制较稳定的炉顶、炉下温度，稳定炉况。所谓大拉炉条机是指在不下生炭不下红火的前提下，尽量减薄灰渣层，保证气化层在底部，从而达到高炉温不结疤，高产气量，高气质，低消耗的目的。

（3）一个手段

一个手段就是随时小幅度微调上、下吹百分比。在炉温相对稳定的情况下，根据各种数据及现象（如炉上、炉下温度，渣标，下灰情况，看火情况等），不厌其烦一秒一秒微调上、下吹百分比。这样既能使炉子的一些小问题得到迅速的解决，又能使炉况进一步稳定。如果调蒸汽手轮或加减风量，会造成炉况大幅度的波动，且长时间得不到稳定，在处理炉子的过程中也不易使操作数据化。

通过以上的技术改造和工艺操作方法的改进，可以明显降低消耗，提高发气量。

部分使用上述技术的厂家已经达到降低煤耗10%～20%的好成绩，同时还间接降低了电耗和提高了产量。在此予以总结，供广大甲醇、氮肥生产厂家参考使用。不当之处，请专家、同行提出宝贵意见。