优化工艺 提高UGI煤气炉产气量

念吉红

（云南云天化国际化工有限公司云峰分公司，云南宣威 655413）

优化工艺 提高UGI煤气炉产气量

念吉红

（云南云天化国际化工有限公司云峰分公司，云南宣威 655413）

通过工艺流程分析，找出UGI型φ3000 mm煤气炉生产中存在的问题，对工艺指标进行优化。结合生产实际情况进行调整和技改，提升气化炉产气能力。取得了较好的效果。

UGI型煤气炉；工艺优化；技改；成效

云南云天化国际化工有限公司云峰分公司100kt／a合成氨装置1972年投产，原产量40kt／a，1978年扩能改造后产量达到60 kt／a。采用焦炭间歇式气化。1989年配套磷肥工程投建“六改十”工程，新增60 kt／a脱碳系统一套；2002年配合双硝装置投产新建80 kt／a脱碳装置，2003年11月碳化装置停产。至今是100 kt／a合成氨；20 kt／a粗甲。

分公司采用传统的间歇式煤气发生炉制取半水煤气，作为生产NH3的原料气。UGI型，φ3 000 mm煤气炉，中氮流程。

1 工艺简介

固定床间歇气化法生产水煤气过程是以焦炭为原料，周期循环操作。每一循环时间里具体分为五个阶段：（1）吹风阶段约37 s，（2）上吹阶段约39 s，（3）下吹阶段约56 s，（4）二上吹阶段约12 s，（5）吹净阶段约6 s。

该控制系统是一个较复杂的时变、间歇、非线性、大滞后控制系统。故将该系统设计为串级控制。

造气炉的工作方式分为开车、停车、正常造气、升温和制惰等五种方式。每台造气炉需要控制15个电磁阀。为了防止多台炉同时进入吹风阶段而引起争风抢汽观象，各台炉之间必须进行吹风排队顺序控制。

2 情况分析

分公司NH3系统采用传统的间歇式煤气发生炉制取半水煤气，作为生产NH3的原料气。UGI型、φ3 000 mm煤气炉，流程一直采用传统的中氮流程。流程中设置有燃烧室、废热锅炉、洗气箱（内设置六瓣分布器）等。存在单炉流程长，死空间大，在转化各阶段制气过程中蒸汽、煤气损失量大等问题。由于洗气箱的存在，又造成制气阻力增大等缺点。传统的中氮流程热利用率低，下行煤气显热没有得到回收直接进入洗气箱，导致洗涤水温升高，煤气温度升高，影响压缩机吸气量。而且上行温度高，废锅、夹套吸热量大，热损失大，燃料综合利用率不到65%。由于以上问题及其气化剂的波动等问题，导致UGIφ3 000 mm煤气发生炉产气量低，生产能力低。在2005年以前，开十一台炉才能供七机生产。2005年以后，气化炉实施了一系列技术改造和实行精料政策，产气能力有所提高，实现了8台炉供七机生产及复肥系统用气，单炉产气量由4 800 m3／h提高到6 570 m3／h，单炉产氨能力54～55 t／d。而中原地区使用UGIφ2 650 mm间歇式发生炉制气的厂家，单炉产气量达8 000 m3／h，单炉产氨能力达62～65 t／d。我厂与全国同行业先进水平相差甚远，发生炉系统还有许多节能和提升产气能力的潜力可挖掘。

3 工艺优化

3.1 修改指标

即增设一个指标，风帽顶上测温点温度控制在600～800℃。

3.2 上下行温度调整

目前上行温度400℃，下行温度200℃，按以下方式逐步调整。

（1）逐渐控制为上行350℃，下行300℃；

（2）逐渐控制为上行300℃，下行300℃；

（3）逐渐控制为上行300℃，下行250℃；

（4）逐渐控制为上行250℃，下行250℃。

3.3 三个一操作法

（1）一个指标 气化层下沿测温点指示700 ±100℃；

（2）一个措施 在没返碳的情况下，通过连续、均匀大拉炉条机，严格控制渣层在150～100 mm；

（3）一个手段 按需要随时微调勤调上、下吹百分比，以稳定温度在700±100℃，一秒一秒的加减上、下吹百分比，调适宜指标，使温度稳定在700℃；此温度（700～800℃）和炉条机联锁，基本上达到操作自动化。

3.4 确定炉子基础温度指标

按指标操作稳定，当达到炉况最好的时候，稍微提高下行煤气温度，观察炉况。如果比传统操作又有了好转，这时候再看看气化层下沿的测温指示是多少度？就设定该炉温为唯一的可靠基础指标。每台炉定每台炉的基础指标，不一定完全相同。

气化层下沿温度范围在700～1 000℃为佳，谓之气化层定位指标。

采用稳拉炉条机，控制稳定该温度。当此温度有下降趋势，稍微加炉条机转速；当此温度略有上升时就及时减炉条机转速。适当小幅度加减上下吹蒸汽百分比，稳定该温度，不让有大的波动。该温度控制偏高一些为优，应由700℃—800℃—900℃—1 000℃，稳定在900±50℃，观察炉况良好，成渣率高，无返碳，无细灰，无大块，大多数为蜂窝状，小碎渣块，均匀，确定为基础指标。提高该温度，一是靠拉大炉条机，二是微减上吹。如发现有大块，一定要先拉大炉条机，然后再酌情减1 s上吹，稳定之后，炉条机再恢复原来的速度，再做微调，稳住950± 50℃（或先稳900±50℃；800±50℃）。

4 提升气化炉产气能力的主要内容

4.1 气化炉操作上的调整

在现有气化炉工艺流程及高径比前提下，适当提高发生炉炭层，目前在原有炭层高度上提高500～700 mm，增加蒸汽与炉内炭反应的接触时间。并降低炉面温度，使热量尽量集中于气化层，提高气化层温度。由于炭层提高后，气化炉吹风气阻力和制气阻力会升高，采取将一次风阀开度由50扣增加到100扣（或全开），入炉蒸汽压力提高到15～20 k Pa等可克服炭层提高后造成的影响。另外，将气化炉循环时间由168 s缩短到154 s，有利于气化层温度的稳定，减少温度的波动。

4.2 气化炉实施降低制气阻力改造

通过对气化炉系统各点压力的测量，中氮流程中气化炉制气阻力主要在洗气箱外。原因主要是洗气箱煤气进口六瓣分布器插入箱体水中的尺寸太长，其目的是增加安全系数，防止气柜煤气倒入（中氮发生炉流程无单炉煤气总阀，靠洗气箱水封进行隔离）。根据计算，洗气箱煤气进口管插入水封的高度只需99 mm，而实际达到380～450 mm。同时洗气箱煤气进口处的六瓣分布器容易堵塞（主要是煤焦油结垢）等，造成制气阻力更大。在上吹加氮制气阶段压力达24～25．5 kPa，下吹制气压力达14～18 k Pa，与小氮流程相比高5～9 k Pa。因此，必须对气化炉进行降低制气阻力改造，改造的主要内容有以下：

（1）取消洗气箱进口六瓣分布器，改为直筒代替，减少堵塞；

（2）洗气箱主体水封高度由380～450 mm降低到200 mm；

（3）在洗气箱进口管处增设Dg750油压自动控制煤气总阀，由寻优微机程序控制其开关。

改造后发生炉制气阻力可降低3～4 k Pa，为提高气化炉炭层操作创造有利的条件。

4.3 改造油压控制系统，缩短阀门变向时间

油压系统在2005年改造的基础上再次进行优化改造。主要措施是增加油路伴热系统，确保油温、粘度和流速，使气化炉在各阶段的变换过程中减少怠滞时间，增加气化炉制气时间。克服因外界气温变化带来的影响。

4.4 改造洗气箱箱体斜插虹吸管，增大排水量

对气化炉各炉洗气箱箱体斜插吸水管进行加大改造，增加气化炉由吹风阶段转入上吹制气阶段的排水量。尽一步降低制气阻力，并使煤气得到更有效的洗涤和降温。

4.5 中氮气化炉流程小氮化

主要内容是在上行煤气管道上增设一自动油压阀门，气化炉上气道由侧出改为顶出，进一步提高气化炉高径比，为再次提高炭层操作创造条件。同时下行煤气由直接进洗气箱改为先进除尘器、废热锅炉吸收热量后再进洗气箱洗涤。

实施中氮气化炉流程小氮化改造后，气化炉炭层高度可再提高800～1 200 mm操作，并可回收下行煤气显热，每台炉显热可产蒸汽0．2 t／h。吨氨蒸汽消耗可下降80～100 kg，可使洗气箱出口水温下降6．8℃，煤气温度下降5℃，并减少了气化炉在各阶段转换过程中存在的“死空间”气化炉煤气及蒸汽量的损失。

4.6 气化炉夹套内筒增设隔热层

气化炉内燃料层与夹套外筒接触的一圈，温度较低，只有180～210℃。由于形成的冷壁效应（或冷炭圈）使发生炉灰渣中返焦量增加，蒸汽分解率下降，O2含量升高，燃料的有效利用率降低，产气量下降。改造的主要内容是在夹套内筒与高温炭接触的环壁上增设耐高温耐磨陶瓷材料、阻热衬板或耐磨隔热涂料，阻止热量的传递，使夹套内筒与高温炭层接触的温度由180～210℃提高到800～900℃。

该技术目前国内已有部分气化炉使用，但还没有充分推广，因此，目前该项技术改造还在咨询、考查阶段。

5 取得的成效

提升气化炉产气能力项目目标实现后，焦耗可降低到1350 kg／t以内，单炉氨生产强度达65 t／d，吨氨可降低焦耗50 kg，降低生产成本60元，每年节约生产成本720万元，同时每年可以减少CO2排放量13 219 km3，折合为25 966 t，减少CO排放量3 011 km3，折合为3 764 t。

（1）发生炉开炉台数由七台供六机生产提升到六炉供六机及复肥系统用气，实现单炉供单机的目标。

（2）气化炉单炉产气能力由6570～7280 m3／h提升到8 000～8 500 m3／h。

（3）气化炉单炉合成氨生产强度由54～55 t／d提升到62～65 t／d。

（4）合成氨原焦耗下降到1 350 kg／t。

Increasing Syngas Production of UGI-Gasifier by Optimizing the Process

NIAN Ji-hong
（Yunfeng Branch of Yunnan Yuntianhua International Chemical Co．，Ltd．，Xuanwei Yunnan 655413，China）

By analyzsis of the process，identify problems in theφ3 000 UGI gasification operation，then optimize process parameters．The unit was revamped according to its actual operation，syngas production has been increased．Revamping effectis good．

UGI-gasifier；process optimization；revamp；effect

TQ113．26

B

1003-6490（2014）01-0036-03

2013-08-19

念吉红（1970－），男，云南陆良人，工程师，在云峰分公司生产管理部从事生产现场管理。