昌昱低压连续纯氧气化技术运行总结

赵岩松

(天源山西化工有限公司, 山西晋城 048400)

1 概述

天源山西化工有限公司原配置了32台间歇式造气炉，因其工艺能耗高、原料利用率低、操作复杂、有效成分低，属于国家限制类生产工艺。随着国家“碳达峰碳中和”战略的实施，同时为降低生产成本，决定采用昌昱低压连续纯氧气化技术(DY气化炉)替代间歇式造气炉。一期改造完成了4台造气炉，于2021年3月29日顺利投产。从运行情况看，新建DY气化炉运行安全稳定，各项技术指标优于设计值，综合性能达到同类气化工艺先进水平[1-2]。

从消耗水平看，DY气化炉吨氨入炉煤耗、吨氨氧气消耗、吨氨蒸汽消耗位于较低水平。同时低压纯氧连续气化流程能与现有系统流程匹配，投资少、周期短，适合间隙气化改造升级。

2 改造方案

按照“安全、节能、高效、环保”的设计原则，从流程、控制、设备、材料、制造进行全面改进和优化，采用DY气化炉，其反应温度、速度、效率极大提高，达到节碳减排的目的[3-4]。

改造充分利用现有厂房和输煤系统，分组分批进行。一期改造完成4台间歇式造气炉，消化难以气化筛分后的小粒无烟煤；二期将剩余28台间歇式造气炉全部改造为DY气化炉。

全部改造完成后，按照低压气化运行，可取消造气空气鼓风机、气柜和罗茨风机。

3 DY气化炉技术特点

3.1 高安全性

(1) 流程简单，单向气化，无煤气倒流串气。

(2) 加煤和下渣采用氮气和蒸汽置换保护，炭层测量采用高温雷达测炭仪，密封可靠，无泄漏。

(3) 自动化程度高，安全(联锁)措施完备，基本可实现无人值守。

(4) 设备安全裕度大，关键部位采用耐磨耐高温材料，炉底运转部件采用锂基脂润滑，设备安全稳定，运行周期长。

3.2 高环保性

(1) 连续纯氧气化正常生产时无废气排放，开停车时排放气引入三废锅燃烧处理。

(2) 连续纯氧气化不产生含氰、含酚废水，造气系统冷却水采用间冷装置闭路循环使用，无废水排放。

(3) 灰渣残碳质量分数小于1%，炉渣可用作水泥建筑材料。

(4) 现场环境友好，干净卫生，无泄漏，无噪声(造气无鼓风机、加压罗茨风机)。

3.3 节能效果好

原料煤消耗低，碳转化率大于99.5%。蒸汽分解率高大于75%。

氧气消耗低，有效气成分为83%～85%。

3.4 其他优势

同等规模下，与气流床比较，投资费用降低70%以上。建设周期短，仅为4～8个月。原料适应性广，如小粒煤、气化焦、焦炭、兰炭、型煤等均可使用。操作弹性大，生产负荷为60%～120%。气化强度为1 500 m3/(m2·h)以上。设备能实现长周期稳定运行，维护工作量小，维修费用低，备炉费用低。

4 运行指标及成本对比

以晋城无烟煤为原料，汇总DY气化炉运行数据，其中煤质工业分析见表1，气体成分分析见表2，吨氨消耗分析见表3，发气量分析见表4，间歇式造气炉与DY气化炉年消耗对比数据见表5。

表1 煤质工业分析

表2 气体成分(平均值)

表3 吨氨消耗(平均值)

表4 发气量

表5 间歇炉与DY气化炉消耗对比

5 立项可行性分析

5.1 政策符合性分析

(1) 《产业结构调整指导目录(2019年本)》中相关分类指出：固定层间歇气化技术合成氨为限制类；没有配套建设吹风气余热回收、造气炉渣综合利用装置的固定层间歇式煤气化装置为淘汰类。

本项目为连续纯氧气化炉，其设备结构、工艺流程及制气过程与间歇式造气炉截然不同，不属新目录中限制及淘汰类项目。

(2) 国家工业和信息化部2013年发布的《合成氨行业准入条件》中规定，新建合成氨装置应采用先进的技术和装备，鼓励采用具有自主知识产权的国产化技术。以煤为原料的新建合成氨装置应采用连续纯氧气化工艺。

5.2 环保符合性分析

(1) 全部改造完成后输煤系统将改为全封闭皮带上煤系统，系统装备除尘装置。由叉车转运煤渣改为全封闭链板下渣系统，同时DY气化炉不停炉下灰系统配备有下渣加水润湿装置，避免在加煤及下渣过程中扬尘。加煤输渣全自动操作，无需人员干预，不仅满足环保要求，同时减轻了员工的劳动强度。

(2) 加煤机配备有煤锁加氮放空系统，往炉内加煤时对大布料器充氮，当氮气压力高于炉内压力时，煤气不会进入大布料器内，加煤完成后关闭大布料阀，煤气不会外泄，满足环保要求。

(3) 气化炉配置煤气间冷系统，无废水排放，满足环保要求。

(4) DY气化炉为连续气化，正常生产过程无排放，仅开停车时会产生短暂少量烟气，排放气会被引入三废炉或火炬燃烧处理，满足环保要求。

(5) 炉下灰渣残碳质量分数小于1%，炉渣可用作水泥建筑材料，变废为宝，符合环保要求。

(6) 造气取消鼓风机及加压罗茨风机，无噪音污染，大大改善了工作环境。

(7) 造气后旋风和精密除尘器采用气力输灰系统出干灰，送至灰库封闭储存并送至锅炉燃烧，现场环境友好。

5.3 安全、自动化符合性分析

DY气化炉配置以下安全措施，确保装置的安全可靠运行。

(1) 采用先进、可靠的分散式控制系统(DCS)对装置进行监测、控制和优化，能够实现先进的过程控制(APC)。

DCS控制器、电源、通讯总线等配备应是1∶1冗余，并由不间断电源供电，在电源故障时，至少保持30 min以上的仪表供电。装置的紧急停车系统(ESD或SIS)采用双重化或三重化冗余，并有与DCS系统之间的接口。

系统控制功能和安全连锁完善,具备的功能包括纯氧造气专用控制、全密闭雷达测碳仪和料位控制、连续纯氧加压造气过程各工艺阀门的程序逻辑控制、连续气化不停炉下灰装置自动控制、煤气炉气化剂的氧气/蒸汽比值自动调节、炉条机转速变频控制和调节。

(2) 逻辑控制包括各工艺阀门的检测、联锁及报警，以及可燃有毒气体检测、火灾报警系统、工业电视视频监视系统等。

5.4 节能、减碳符合性分析

(1) 连续纯氧气化技术可保证高碳转化率，改造后每吨合成氨可节约无烟煤120 kg，40万t/a合成氨则可节约实物煤4.80万t，相当于减少CO2排放14.08万t/a。

(2) 连续纯氧气化技术可保证高水蒸气转化率，按吨氨入炉蒸汽节约0.8 t/a计算，40万t/a合成氨则可节约32万t/a蒸汽。

6 结语

DY气化炉改造，符合国家产业和环保政策；安全设施配置完善，能够满足安全生产要求；自动化程度高，工人劳动强度降低；有良好的经济效益和环保效益。