目前，原料煤的價(jià)格和質(zhì)量已成為影響化肥行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的一大難點(diǎn)，眾多廠家都在尋求降低煤耗和穩(wěn)定生產(chǎn)的途徑。小氮肥行業(yè)部分廠家將短循婷縮短（縮短為110秒），結(jié)果是走上了極端，產(chǎn)生了更加嚴(yán)重的負(fù)面影響。
上世紀(jì)70年代，化肥行業(yè)為了提高單爐發(fā)氣量，提出了“三高一短”操作法。這一操作法包括了短循環(huán)，其根本目的在于減少每一個(gè)制氣循環(huán)內(nèi)的爐溫波動(dòng)，促使負(fù)荷提高，當(dāng)時(shí)的煤氣爐已由φ1200-1980統(tǒng)一改為φ2260。當(dāng)時(shí)條件下雖然提出了高風(fēng)速，但當(dāng)時(shí)普遍應(yīng)用的是12000
經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)改造，當(dāng)時(shí)采用的φ2260型煤氣爐已淘汰。φ2400已成為最小爐型。應(yīng)用最廣的還是φ2600和φ2610型。約占總數(shù)的60％，其余為φ2400、φ2650和φ2800型。配套數(shù)量已隨生產(chǎn)能力擴(kuò)大而增加。風(fēng)機(jī)能力已擴(kuò)大了，爐型也擴(kuò)大了，加之氣化強(qiáng)度提高等現(xiàn)實(shí)條件，己使小氮肥行業(yè)造氣運(yùn)行特點(diǎn)有個(gè)很大改變。
爐型擴(kuò)大，加之具有實(shí)際意義的高炭層，使?fàn)t內(nèi)物料量比φ2260型煤氣爐增加了40%-60%甚至更多。煤氣管道已由300
選擇高效風(fēng)機(jī)的目的是為了縮短吹風(fēng)時(shí)間，增加制氣時(shí)間，從而提高發(fā)氣量，如風(fēng)機(jī)能力太小，吹風(fēng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，占用了有效制氣時(shí)間，使發(fā)氣量降低。而采用短循環(huán)卻大量地減少了制氣時(shí)間，這本身就是矛盾的問題，120s的短循環(huán)比150s的循環(huán)，吹風(fēng)時(shí)間只能減少3-4s，而制氣時(shí)間卻減少24-27s。有的廠在改用短循環(huán)時(shí)還將二次上吹由10s減為6—8s，吹凈時(shí)間5－6s減到3s，從安全方面講φ2600以上的煤氣爐6—8s二次上吹能否定保證安全還是個(gè)問題，安全系數(shù)已經(jīng)因此而降低。氣體回收方面，φ2600以上的煤氣爐系統(tǒng)龐大，3s的吹凈時(shí)間能將系統(tǒng)內(nèi)煤氣回收干凈嗎？如果每一個(gè)循環(huán)都不能將系統(tǒng)內(nèi)的煤氣完全回收，則將造成大量的氣體損失。
大爐群生產(chǎn)，1臺(tái)風(fēng)機(jī)要供4臺(tái)爐用空氣，如吹風(fēng)時(shí)間為25%，采用120s循環(huán)時(shí)間，就產(chǎn)生上位爐的回收階段與下位爐的吹凈階段重疊用風(fēng)。相互影響，正在吹凈的煤氣爐因與上位爐爭(zhēng)風(fēng)，使風(fēng)壓下降，風(fēng)速減慢，效率變低。加之吹凈時(shí)間本來(lái)就不足，吹凈效果更加保證不了，而上位爐的回收也會(huì)因下位爐爭(zhēng)風(fēng)入爐風(fēng)量少，為補(bǔ)足氮?dú)庵荒茉黾踊厥諘r(shí)間，回收時(shí)間的增加，占用了有效吹風(fēng)時(shí)間，影響煤氣爐負(fù)荷。因此，大爐群生產(chǎn)要達(dá)到1機(jī)供4爐不宜使用短循環(huán)，否則只能1機(jī)供3爐。
間歇式制氣法，每一個(gè)循環(huán)有幾次階段轉(zhuǎn)換，每一次轉(zhuǎn)換都存有一定的氣體損失，如上吹轉(zhuǎn)下吹時(shí)，爐上空間的煤氣就會(huì)被下吹蒸汽壓回炭層。煤氣返回氣化層產(chǎn)生一系列副反應(yīng)，有的副反應(yīng)再次消除炭并消耗熱量，而且，下吹蒸汽從閥門打開至進(jìn)入炭層參與分解需2.0～2.5s時(shí)間，這是距離和爐上空間所決定的。這個(gè)時(shí)間差正是煤氣返回炭層所需的時(shí)間，可以說(shuō)間歇制氣是有間斷現(xiàn)象的，對(duì)發(fā)氣量是有影響的。
下吹轉(zhuǎn)二次上吹階段，爐上空間的蒸汽被吹入煤氣系統(tǒng)，不但浪費(fèi)了這部分蒸汽，而且使煤氣溫度升高�？梢�，階段轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生許多不利因素，這種現(xiàn)象的存在也是煤氣爐工作原理所決定的。而在應(yīng)用上我們完全可以通過(guò)將循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng)而減少階段轉(zhuǎn)換次數(shù)，從而減少這些不利影響。對(duì)不同循環(huán)時(shí)間，在相同時(shí)間內(nèi)的循環(huán)次數(shù)對(duì)照分析見表1。
表1 （注：計(jì)算時(shí)未計(jì)減下灰停爐時(shí)間）
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時(shí)間：秒 |
110 |
120 |
150 |
160 |
170 |
180 |
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每班：次 |
262 |
240 |
192 |
180 |
169 |
160 |
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每日：次 |
786 |
720 |
576 |
540 |
507 |
480 |
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每周：次 |
5502 |
5040 |
4032 |
3780 |
3549 |
3360 |
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從表中可以看出，不同循環(huán)時(shí)間，在相同時(shí)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)相差很大，也可以分析出，階段轉(zhuǎn)換期間的氣體損失和循環(huán)次數(shù)增加的同時(shí)，也增加了多少次液壓閥門的磨損。液壓閥門的使用壽命隨循環(huán)時(shí)間的縮短而縮短。故障率和維修費(fèi)用會(huì)因循環(huán)時(shí)間縮短而增加。
當(dāng)然，循環(huán)時(shí)間也并非越長(zhǎng)越好。φ
采用短循環(huán)是為了減小一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)的爐溫波動(dòng)。使?fàn)t溫維持在一個(gè)相對(duì)較高的范圍內(nèi)。但問題在于使用短循環(huán)帶來(lái)諸多的負(fù)面影響，在產(chǎn)生效益的同時(shí)也產(chǎn)生一定的損失。綜合起來(lái)講，得不償失。實(shí)際上要達(dá)到穩(wěn)定并提高爐溫之目的并非只有短循環(huán)這一條途徑，更有效的方法是恢復(fù)使用上、下吹加氮。上、下吹加氮法，在小氮肥建設(shè)初期就開始推廣使用，這一期間新上的裝置都配套了上、下吹加氮。由當(dāng)時(shí)的歷史時(shí)期內(nèi)造氣工藝技術(shù)和操作方法不成熟，尚處在起步和摸索階段，加之當(dāng)時(shí)的原料基本以炭化煤球或焦炭，加之爐箅性能等各種條件的欠缺，致使當(dāng)時(shí)普遍存在運(yùn)行不穩(wěn)，煤氣爐經(jīng)常結(jié)疤，長(zhǎng)期存在爐面上火掛爐現(xiàn)象，并有時(shí)出現(xiàn)吹翻或塌炭現(xiàn)象。這種條件下人們認(rèn)識(shí)到，下吹加氮過(guò)程中，空氣入爐后，在爐面上火處產(chǎn)生氧化反應(yīng)，更提高了爐面溫度，上吹時(shí)即產(chǎn)生氫燃燒。這種現(xiàn)象當(dāng)時(shí)稱之為“局部發(fā)亮”。在不掛爐條件下也會(huì)因火層上移，基本在炭層表面，下吹加氮空氣在炭層上部就與進(jìn)入活性溫度的原料，產(chǎn)生氧化放熱反應(yīng)使?fàn)t面溫度升高。在這種現(xiàn)象條件下，許多廠家停用了下吹加氮。
另一個(gè)停用下吹加氮的原因是，當(dāng)時(shí)的水壓控制系統(tǒng)可靠性差，工藝閥門經(jīng)常出故障，加之爐況不穩(wěn)定，常出現(xiàn)氧含量超標(biāo)的現(xiàn)象。有些廠曾因此而造成惡性事故。很多廠從安全角度考慮停用了上、下吹加氮。目前，使用上吹加氮的廠僅有45%左右，同時(shí)使用上、下吹加氮的廠更是無(wú)幾。20世紀(jì)90年代初開始改擴(kuò)建的小氮肥廠，大部分廠在擴(kuò)大規(guī)模的發(fā)展過(guò)程中，新上的煤氣爐根本就無(wú)有安裝上、下吹加氮裝置。分析其原因，在于近幾年采用吹風(fēng)閥加氮廠家開始增多，認(rèn)為用吹風(fēng)閥延遲關(guān)閉時(shí)間補(bǔ)氮，可以省去專門設(shè)上、下吹加氮裝置的投資。在生產(chǎn)中因減少了工作閥門，而維修減少，其實(shí)這一看法是欠妥的。因?yàn)樗醒b置配備和改進(jìn)的目的，都是為了創(chuàng)造一個(gè)良好的氣化條件。而放棄這一原則去減少少量的投資，其后果將對(duì)氣化條件造成不良影響。
利用延遲吹風(fēng)閥關(guān)閉時(shí)間完成加氮過(guò)程，從氣化原立上講對(duì)穩(wěn)定爐溫和提高半水煤氣的質(zhì)量均有負(fù)面影響。吹風(fēng)結(jié)束時(shí)氣化層內(nèi)溫度達(dá)最高值，上部各層區(qū)吸熱已達(dá)飽和，上吹開始后大量空氣與蒸汽一起入爐，致使反應(yīng)劇烈，加之氣體流速快，CO2還原不徹底，上行氣中CO2含量偏高。上行氣流量的增大和流速加快，使炭層內(nèi)熱量被大量帶出，上行溫度上升快，熱損失增大，加氮過(guò)程完成后，轉(zhuǎn)入完全吸熱過(guò)程時(shí)，爐溫下降快，至下吹階段末期，爐溫的谷值特別低。雖然峰值期發(fā)氣量大，但總體氣化效率卻不高。而且半水煤氣中CO2含量高于采用上、下吹加氮時(shí)的含量。
在現(xiàn)有設(shè)備配套水平和操作控制的水平己普遍提高，加之普遍應(yīng)用的低爐面溫度操作條件下，均適合上、下吹加氮的恢復(fù)使用，采用上、下吹加氮能使?fàn)t溫的峰值升高，谷值也相應(yīng)提高，波動(dòng)范圍相對(duì)縮小。氣化層溫度維持在高限范圍，蒸汽分解率顯著提高。而且上、下吹加氮空氣量小，流速慢，介質(zhì)中游離氧數(shù)量少，氧化反應(yīng)后其還原空間大，還原徹底，半水煤氣中CO2含量低，（CO＋H2）的含量升高。從而降低了系統(tǒng)的半水煤氣消耗。大爐型適合長(zhǎng)循環(huán)，而長(zhǎng)循環(huán)配備了上、下吹加氮就能實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)制氣時(shí)間并使?fàn)t溫下降減慢。從而提高氣化強(qiáng)度。等于將負(fù)荷的一部分由上、下吹加氮來(lái)實(shí)現(xiàn)，可有效縮短吹風(fēng)時(shí)間，增加制氣時(shí)間，灰渣含炭量下降10%左右。比單純采用縮短循環(huán)時(shí)間減小爐溫波動(dòng)具有很多優(yōu)點(diǎn)。
目前，的油壓控制技術(shù)已發(fā)展到成熟階段，與以前應(yīng)用的水壓控制相比，其可靠性大大增強(qiáng)，加之油路安全連鎖和微機(jī)電路安全連鎖的應(yīng)用，使用上、下吹加氮的安全性也能夠保障。
結(jié)束語(yǔ)：循環(huán)時(shí)間應(yīng)立足現(xiàn)有條件科學(xué)選擇，切莫一成不變，切莫讓煤氣爐長(zhǎng)期在誤操狀態(tài)下運(yùn)行。采用上、下吹加氮，是原化學(xué)工業(yè)部推出的十項(xiàng)節(jié)能措施之一。其理論依據(jù)完全符合UGI氣化爐的氣化原理，對(duì)改善氣體質(zhì)量，提高氣化強(qiáng)度，效果顯著，應(yīng)當(dāng)積極應(yīng)用。
