合成氨生產(chǎn)造氣工段能耗分析與節(jié)能途徑探究

常守東

摘 要：針對(duì)合成氨生產(chǎn)造氣工段能耗分析與節(jié)能途徑，結(jié)合理論實(shí)踐，在分析合成氨生產(chǎn)造氣工段主要能耗的基礎(chǔ)上，分析了實(shí)現(xiàn)節(jié)能的主要途徑。得出采用蒸汽驅(qū)動(dòng)空氣鼓風(fēng)機(jī)、應(yīng)用自動(dòng)加煤技術(shù)和自動(dòng)出渣技術(shù)、應(yīng)用專用高效爐箅、應(yīng)用過熱蒸汽入爐制氣技術(shù)降低合成氨生產(chǎn)造氣工段能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益關(guān)鍵的結(jié)論，希望對(duì)相關(guān)單位有一定幫助。

關(guān)鍵詞：合成氨；生產(chǎn)造氣工段；能耗分析；節(jié)能途徑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.027

1 合成氨生產(chǎn)造氣工段能耗分析

目前我國(guó)絕大多數(shù)企業(yè)在合成氨操作中，以煤為主要原料。合成氨的能耗普遍在58.62GJ/t以上，大約是理論能耗21.27GJ/t的2.8倍左右，和美國(guó)的24.36GJ/t，德國(guó)18.97GJ/t相比具有非常大的節(jié)能潛力。而合成氨廠能耗最大的物料為原料煤，僅僅原料煤一項(xiàng)，就占據(jù)合成氨總能耗的60%以上，原料煤的采購(gòu)成本占合成氨總成本的45.6%左右。因此，如果可以通過一系列科學(xué)先進(jìn)措施和技術(shù)來降低原料煤的損耗量，既能有效減低能耗，還能大幅度降低合成氨的成本。

2 合成氨生產(chǎn)造氣工段節(jié)能途徑分析

（1）采用蒸汽驅(qū)動(dòng)空氣鼓風(fēng)機(jī)。通過蒸汽透平的方法來取代傳統(tǒng)電機(jī)來推動(dòng)造氣用空氣鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，和傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，蒸汽驅(qū)動(dòng)具有投資小，升級(jí)改造方便，且節(jié)能效益明顯的優(yōu)點(diǎn)。比如：在合成氨生產(chǎn)造氣工段可利用吹風(fēng)氣余熱來回收可副產(chǎn)中壓過熱蒸汽，最常見的中壓過熱蒸汽有兩種，一種是2.47MPa，最高氣溫可達(dá)350℃，另一種是3.84MPa，最高溫度可達(dá)400℃[1]。通過中壓過熱蒸汽來驅(qū)動(dòng)氣化系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，被壓出來的低壓過熱蒸汽，可直接應(yīng)用在造氣爐制氣上，從而達(dá)到一舉兩得的目的，既能有效節(jié)約電能的消耗，而且得到的低壓過熱蒸汽還能帶來節(jié)能降耗的效果。具體應(yīng)用流程如圖1所示：

（2）充分應(yīng)用自動(dòng)加煤技術(shù)。自動(dòng)加煤技術(shù)是在原來造氣爐加料口增設(shè)機(jī)電一體化控制系統(tǒng)，來取代傳統(tǒng)人工加煤，應(yīng)用實(shí)例表明，通過應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，可為氣化生產(chǎn)和操作帶來便利條件。具體節(jié)能效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，可有效減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并消除開爐蓋、點(diǎn)火、加煤操作的不安全。第二，可有效減少開爐次數(shù)，增加造氣時(shí)間，對(duì)提高單爐造氣量有重要意義，同時(shí)，還能有效減少開蓋加爐時(shí)蒸汽的消耗量，提高資源利用率。第三，有些克服傳統(tǒng)造氣工段因溫度變化而引發(fā)爐況波動(dòng)的問題，減少不必要的熱量損失，同時(shí)也有效保證了氣化層的蓄熱量，對(duì)提升合成氨生產(chǎn)效率有重要意義。

（3）合理應(yīng)用自動(dòng)出渣技術(shù)。自動(dòng)出渣技術(shù)是建立在自動(dòng)加煤技術(shù)基礎(chǔ)上的，其主要作用是避免發(fā)生停爐損失，可大幅度提升氣化爐的發(fā)氣量，降低熱損失。并充分結(jié)合DCS自動(dòng)控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化控制。自動(dòng)出渣技術(shù)是在傳統(tǒng)出渣爐爐下的灰倉(cāng)中的，分別設(shè)置上下兩道閥門，通過液壓驅(qū)動(dòng)方法來啟動(dòng)和關(guān)閉閥門。通常情況下，上閥門為常開閥門，下閥門為常閉閥門，二者之間具有相互聯(lián)鎖的特性，上下兩道閥門可以同時(shí)是關(guān)閉，但不能同時(shí)開啟。出渣量以設(shè)定的頻率為基準(zhǔn)，通過DCS控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)不停爐連續(xù)排渣，從而避免停機(jī)造成的能源損耗，既能達(dá)到節(jié)約能源的目的，而且還能有效提升合成氨生產(chǎn)造氣的工作效率。

（4）應(yīng)用專業(yè)高效的爐箅。在合成氨生產(chǎn)造氣工段中，爐箅的主要作用是固定造氣爐，傳統(tǒng)爐箅造型有：星型爐箅、傘型爐箅、塔型爐箅等。這些爐箅具有很大的局限性，比如：通風(fēng)面積小、補(bǔ)風(fēng)不均勻、排灰破渣能力比較差等，對(duì)造氣工段制氣能力的提升有很大的限制。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況，合理爐箅的造型，比如：選擇均布式爐箅、螺旋型爐箅、多邊形爐箅等都可以有效提升造氣爐的氣化強(qiáng)度，并降低原料煤的使用量，是合成氨生產(chǎn)造氣工段實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的主要途徑，需要高度重視。國(guó)內(nèi)外應(yīng)用實(shí)例表明，通過應(yīng)用專業(yè)高效的爐箅，具有以下效果：1）通過合理設(shè)計(jì)布風(fēng)，可促使有效提升爐膛截面布風(fēng)的均勻性；2）可大幅度提升爐箅通風(fēng)面積，增加送風(fēng)量，提升原料煤發(fā)氣量；3）可有效提升破渣和排渣的效率，減少爐下帶出物。

（5）應(yīng)用過熱蒸汽入爐制氣技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了傳統(tǒng)入爐用飽和蒸汽溫度低、含水量高的缺點(diǎn)，目前各大合成氨生產(chǎn)制造企業(yè)，所用的過熱蒸汽其溫度在200℃～300℃之間，應(yīng)用過熱蒸汽入爐制氣技術(shù)，所帶來的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）煤氣發(fā)氣量可提升20%～30%；2）吹風(fēng)時(shí)間大約可以節(jié)約15%左右；3）可大幅度提升蒸汽分解率，每合成1t氨，蒸汽效率可節(jié)約0.30t～0.45t。

（6）積極推廣集中式余熱回收和洗氣工藝。原有每臺(tái)氣化爐制出的煤氣采用一臺(tái)余熱回收器和一臺(tái)洗氣塔來進(jìn)行回收，具有設(shè)備種類多、利用率低、管道長(zhǎng)、阻力大的問題，難以滿足現(xiàn)代化和標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展需求。因此，可采用四臺(tái)氣化爐制出的煤氣共用一臺(tái)集中式余熱回收器和一個(gè)洗氣塔。設(shè)備利用率從傳統(tǒng)1對(duì)1的70%提升現(xiàn)在4對(duì)1是的90%，大大降低了余熱器中的熱損失，并且余熱的回收率可提高15%～20%，洗氣塔循環(huán)冷卻水的用量也可以節(jié)約20%～25%，而且在運(yùn)行中，產(chǎn)生的系統(tǒng)阻力也比較低，有利于發(fā)氣量的提升，可節(jié)約投資成本30%以上，值得大范圍推廣應(yīng)用。

3 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，深入分析了合成氨生產(chǎn)造氣工段能耗分析與節(jié)能途徑，分析結(jié)果表明，原料煤的消耗是目前造氣工段能耗最大的內(nèi)容，為達(dá)到節(jié)能減排，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，就必須通過一系列行之有效的方法來降低原料煤的消耗量。具體而言，可以從采用蒸汽驅(qū)動(dòng)空氣鼓風(fēng)機(jī)、充分應(yīng)用自動(dòng)加煤技術(shù)、合理應(yīng)用自動(dòng)出渣技術(shù)、應(yīng)用專業(yè)高效的爐箅、應(yīng)用過熱蒸汽入爐制氣技術(shù)、積極推廣集中式余熱回收和洗氣工藝六個(gè)方面入手，可有效減低合成氨生產(chǎn)造氣工段能源的損耗。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮向忠，陳延棟.淺議造氣工段節(jié)能降耗及應(yīng)掌握的重點(diǎn)[J]. 化工安全與環(huán)境，2017（33）：22-24.