前言:
由于山西無煙塊煤價格大幅度暴漲和運輸費用的升高,使依賴山西煤作原料的煤頭合成氨生產(chǎn)廠家生產(chǎn)成本隨之上升,一部分底子薄、產(chǎn)品單一的廠家已步入難以支撐的境地。因此,在嚴(yán)峻的現(xiàn)實條件下,唯一的選擇只有向更深層次挖潛降耗。
目前,在生產(chǎn)成本的高壓下必須將激起新的一輪造氣節(jié)能技術(shù)改造的熱潮,但需要注意的是要科學(xué)的確定適合自身條件的方式,腳踏實地地步步深入,切莫再入誤區(qū)重犯以前的錯誤。要實現(xiàn)進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本,必不可少的是對造氣系統(tǒng)的技術(shù)裝備進(jìn)行科學(xué)合理的改造。然而,從對近些年眾多廠家落實的項目形式上進(jìn)行總結(jié)和分析來看,一些大興土木、大刀闊斧地對煤氣系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造的廠家,并未發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)水平有明顯的提高。問題在于前期的技改形式,過度地側(cè)重了流程的改造和工藝閥門位置的移動,設(shè)備選擇求大、管道配置求粗,而且閥門位置要求離爐體近。而目前全國各地出現(xiàn)的多家氣化強(qiáng)度大、爐況穩(wěn)定、半水煤氣成分優(yōu)良、噸氨單耗在國內(nèi)領(lǐng)先的先進(jìn)廠家。
從其技術(shù)裝備特點上看,完全依靠流程改造和挪動閥門達(dá)到現(xiàn)有生產(chǎn)水平的幾乎沒有。大多數(shù)企業(yè)流程改造也不徹底,還是延用了單爐單設(shè)廢鍋、單設(shè)洗氣塔的傳統(tǒng)流程。例如江蘇省某小氮肥企業(yè)的∮2400㎜煤氣爐,上、下行煤氣管道∮
從目前大多數(shù)中、小氮肥企業(yè)的造氣系統(tǒng)技術(shù)裝備條件特點來看,筆者認(rèn)為下一步造氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造的項目選擇上,應(yīng)側(cè)重以下三個方面。這三個方面是目前裝備條件下進(jìn)一步優(yōu)化配置和優(yōu)化操作條件的主要側(cè)重點。
1.高徑比與風(fēng)機(jī)配備的問題
煤氣爐的高徑比是近幾年業(yè)內(nèi)討論較多、爭議也較大問題。而一些廠家對此還是認(rèn)識不足,在小氮肥規(guī)模上發(fā)展起來的大部分廠家,在擴(kuò)建和改建過程中重新設(shè)計了造氣爐爐體結(jié)構(gòu),并同時調(diào)整了高徑比,一般夾套加高的同時,爐體總高也進(jìn)行加高,總高度增加了
然而從目前調(diào)整了高徑比的廠家應(yīng)用情況來看,部分廠家卻沒有將合理高徑比的優(yōu)勢傳化為生產(chǎn)力,其優(yōu)勢沒有得到有效、充分的發(fā)揮。主要體現(xiàn)在有的廠家加高了爐體卻沒有提高有效炭層高度,而是關(guān)小風(fēng)機(jī)出口閥降低炭層操作運行。有的廠家調(diào)整了高徑比卻沒能配套與之匹配的風(fēng)機(jī),使其優(yōu)勢無法發(fā)揮。在了解中發(fā)現(xiàn),問題的根源還在于思想認(rèn)識,有這樣句老話至今還常有人提起:“炭層過高阻力增大,吹風(fēng)氣在炭層內(nèi)停留接觸時間延長,CO2還原反應(yīng)增加,造成煤耗降不下來”。這句話流傳了幾十年,聽起來似乎正確,但實際上是片面的。在風(fēng)機(jī)能力一定的條件下,床層提高超出了當(dāng)時風(fēng)機(jī)壓頭所能克服阻力的值,這種條件下這句話恰如其分地?fù)糁幸Α6?dāng)今時代,高效風(fēng)機(jī)的使用已為化肥行業(yè)沖破前述的束縛創(chuàng)造了極有利的條件。
簡化并理順系統(tǒng)流程和采用高效風(fēng)機(jī)都是為降低吹風(fēng)阻力而做的基礎(chǔ)工作,為提高有效炭層后仍保持合理的吹風(fēng)率創(chuàng)造條件。只有合理地通過技改,更有效地創(chuàng)造這一條件,并科學(xué)地利用好這一條件方能達(dá)到既提高了床層高度、提高了畜熱能力,增高了氣化層厚度,又不因床層提高而使吹風(fēng)率下降而增加吹風(fēng)階段的潛熱損失。
調(diào)整高徑比的意義在于創(chuàng)造條件提高炭層高度,必須同時考慮風(fēng)機(jī)能力的配套改造。風(fēng)機(jī)性能選擇的依據(jù)就是克服床層增高后實際的阻力和流程阻力,使吹風(fēng)效率達(dá)到合理。用這一措施解決既提高床層高度,又不增加CO2還原反應(yīng)這一矛盾。從氣化原理上講,CO2還原速度是較為緩慢的,不如氧化反應(yīng)那樣強(qiáng)烈。只要提高床層后通過加快風(fēng)速提高吹風(fēng)率,所擔(dān)心的CO2還原增加就能消除。這就是造氣工藝?yán)砟畹霓D(zhuǎn)變而促使技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果。傳統(tǒng)方法是將床層降低而獲取較高的吹風(fēng)率,因爐內(nèi)物料的量形不成足夠的蓄熱能力,即使有高空速也不會有高的氣化強(qiáng)度。
蒸汽分解率的高低,完全取決于床層內(nèi)溫度的高低和蓄熱量的多少,有了高炭層才會有更高的溫度并積蓄更多的熱量,蒸汽進(jìn)入后不僅其分解加速、加量。而且,火層增厚將更有助于蒸汽的分解和制氣過程中的CO2還原,而且足夠的物料量可將出還原層的氣體夾帶熱量吸收,也有利于更充分的干燥、干餾。
重視煤氣爐的高徑比,實際上是新理念驅(qū)使人們由徑向擴(kuò)大增加橫截面積,轉(zhuǎn)為同時注重提高床層高度增加物料量。通過向上、向下兩面增加氣化層厚度。氣化原理表明,煤氣爐在現(xiàn)有截面積的基礎(chǔ)上,要想進(jìn)一步提高氣化強(qiáng)度,沒有足夠的物料量填充起的足夠的床層厚度是無法實現(xiàn)的。在∮
選擇合理的高徑比,還有利于降低煤氣爐兩端溫度(即:上行溫度和下行溫度),從而降低氣體顯熱損失,提高熱效率。那么,選擇怎樣的爐體高徑比才算合理呢?曾有人提出過1:2為合理,但也有不少人提出過其它數(shù)值。筆者認(rèn)為高徑比確定為1:2是與目前推廣應(yīng)用的高效風(fēng)機(jī)以及眾多廠家多年技改而形成的流程基本特點相適應(yīng)。但是計算的起、終點應(yīng)為水夾套高度+爐體高度為1:2,如從灰盤至爐頂為1:2總高度還不夠。經(jīng)部分廠家的實踐證明,修改高徑比是當(dāng)今條件下最大程度地挖掘設(shè)備潛能的最佳途徑之一。
2.對爐箅性能認(rèn)識的轉(zhuǎn)變和科學(xué)的設(shè)計及應(yīng)用
分析近些年化肥行業(yè)造氣技改形式,卻發(fā)現(xiàn)少部分廠家在煤氣系統(tǒng)配套平衡方面做了大量富有實效的工作。但卻大多是只注重了裝置的“肢體”,而忽視了對爐箅性能的改良。
爐箅之所以被人們稱之為煤氣系統(tǒng)的“心臟”,是因為其性能優(yōu)劣與氣化強(qiáng)度的高低和工況的穩(wěn)定,以及造氣的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的關(guān)系過于密切。爐箅性能的不斷提高,對造氣水平的提高起到了很大的幫助作用?梢哉f是造氣技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)步的需求,促進(jìn)了爐箅設(shè)計、開發(fā)的速度,同時性能優(yōu)良的爐箅也為造氣技術(shù)的進(jìn)步創(chuàng)造了必要的條件。
部分廠家實際應(yīng)用效果表明,改用科技含量高、性能適合本廠實際條件的爐箅后,由于氣化條件改善,氣化強(qiáng)度提高5%以上。而且使波動的爐況轉(zhuǎn)入穩(wěn)定,入爐實物量下降5%~10%。然而,有的廠家觀點是,爐箅是粗糙、通用的,不必講究性能特性,只要買得起優(yōu)質(zhì)煤就什么問題都解決了。因此,在造氣運行困難的時候,除了責(zé)怪人的操作,就是責(zé)怪原料狀況。當(dāng)然,人的因素是重要的,但對有缺陷的設(shè)備,人只能通過工藝的調(diào)整和操作上的努力來彌補(bǔ)一入定的不良的影響,但無法徹底改變其性能。還有的廠只注重爐箅的重量而不注重其材質(zhì),更不過問其布風(fēng)特性和破、排渣條件,以及與其它裝備條件的配套問題。這樣低的要求只能得到高重量、低價位、材質(zhì)差、性能差的產(chǎn)品。
那么什么樣的爐箅才算得上性能優(yōu)良呢?某一種特性的爐箅是不能適應(yīng)復(fù)雜的煤質(zhì)特性和千差萬別的裝備特點的,只能是根據(jù)一個廠家特有的原料理化特性,并根據(jù)煤氣爐高徑比和床層厚度,以及風(fēng)機(jī)能力和負(fù)荷輕重及流程特點專門設(shè)計的專用爐箅才稱的上是性能優(yōu)良。適合本企業(yè)實際情況的爐箅,在這個企業(yè)內(nèi)部可稱之為性能優(yōu)良的爐箅。那么在使用中,作為設(shè)計依據(jù)的諸多條件就要保持原有特性,如突然更換了鼓風(fēng)機(jī),風(fēng)壓、風(fēng)速發(fā)生了變化,或突然改變了原料路線,那么這臺爐箅的優(yōu)良性能就將失去。
前文提到,∮
專用爐箅應(yīng)依據(jù)爐體的加高數(shù)值和床層的實際厚度,對爐箅高度、布風(fēng)層數(shù)和錐面角度進(jìn)行合理設(shè)計。布風(fēng)特點也要依據(jù)床層厚度作相應(yīng)調(diào)整。為加高后的煤氣爐設(shè)計爐箅時,要適當(dāng)加大外環(huán)區(qū)的布風(fēng)強(qiáng)度,從而充分挖掘占爐膛面積60%的外環(huán)區(qū)的氣化能力。氣化強(qiáng)度進(jìn)一步提高的潛力大部分是在外環(huán)區(qū)。外環(huán)區(qū)的火層增厚,使氣化層曲面變得更平坦,火層分布更加趨向均勻。保留原高度的煤氣爐,由于高徑比不合理,床層處于徑向?qū)挻、高度低矮的狀態(tài),設(shè)計爐箅布風(fēng)時,既要降低中風(fēng)防止中心區(qū)吹翻或中心區(qū)熔結(jié)“戴帽”,又要降低邊風(fēng)防止外環(huán)區(qū)吹翻、掛爐。調(diào)整上有很大的局限性,因此,低炭層條件極大地限制了氣化強(qiáng)度的提高,而且火層位置控制的難度大,為了控制和壓低爐上溫度、減輕煤的熱粉化,必須加大下吹比例、減薄灰層高度,致使?fàn)t下溫度升高,這樣就對爐箅和底盤等機(jī)件的材質(zhì)耐溫能力提出了更高的要求,在炭層薄的條件下,關(guān)鍵的是兩端溫度控制難度大。
爐箅的使用周期并非越長越好,使用期限絕不能無限期地延長,一般情況下連續(xù)運行1年就為合理的周期,再繼續(xù)使用就會因其性能的退化而使去經(jīng)濟(jì)運行的條件。突出的特點有以下幾個方面:
(1)局部結(jié)疤的幾率逐步增加;
(2)偏灰塌炭幾率逐步增加,下灰質(zhì)量逐步下降;
(3)發(fā)氣量逐步下降。以上現(xiàn)象出現(xiàn)并逐步加重的原因是:爐箅的破渣筋條和推灰角逐步磨小磨平,蠕動灰層的能力和推灰破渣、疏松灰層的能力逐步降低,甚至失去。爐箅只是在灰層中滑動,而沒有了攪動灰渣并推動灰渣移動的能力,從而失去了使灰層平整阻力相同的功能。
從爐箅的排灰機(jī)理上講,其布灰、疏灰、排灰的原理是這樣的:料層在自重力下壓的作用下,利用爐箅錐體的作用和螺旋破渣筋條及推灰角的向外、向下的軸向推動力,將中心區(qū)和內(nèi)環(huán)區(qū)不斷產(chǎn)生的灰渣向環(huán)周推擠,使中心區(qū)和內(nèi)環(huán)區(qū)的灰渣層疏松,爐箅推擠的外張力使外環(huán)區(qū)下部的灰渣層密度加大,從而使塌炭的條件不易形成。可見爐箅疏渣、布渣和排渣的能力是由完整的破渣筋條和推灰角來完成的。在目前單爐負(fù)荷普遍提高和提高爐下溫度操作的條件下,爐箅使用的周期就必然相應(yīng)縮短。勉強(qiáng)使用得不償失。節(jié)約開支首先要權(quán)衡得失,否則,不科學(xué)的節(jié)支將會帶來很大程度的減收。
3.科學(xué)管理、優(yōu)化工藝、改進(jìn)操作法
(1)工藝技術(shù)水平和操作控制技能以及專業(yè)管理水平是決定造氣運行狀況的根本因素之一。管理、工藝和操作這三個方法是一個有機(jī)的“結(jié)合體”,缺一不可。部分廠家在設(shè)備技改投入上毫不吝嗇。設(shè)備問題基本解決,但造氣運行狀況和消耗指標(biāo)情況還是沒能從根本上扭轉(zhuǎn),就是因為這個“結(jié)合體”出現(xiàn)偏差。煤氣爐雖有設(shè)計的生產(chǎn)能力標(biāo)準(zhǔn),但實際應(yīng)用中其能力發(fā)揮的彈性卻相當(dāng)大;市袠I(yè)幾十年發(fā)展的經(jīng)驗表明,造氣技術(shù)水平的提高,首先是以工藝水平提高和操作技能提高為先導(dǎo),是不斷提高的造氣技術(shù)指導(dǎo)并帶動了相關(guān)的配套設(shè)備的更新?lián)Q代。配套設(shè)備的性能提高是根據(jù)造氣技術(shù)水平提高后應(yīng)用的實際需要而發(fā)展進(jìn)步的。這既是化肥行業(yè)造氣技術(shù)的發(fā)展規(guī)律,也是一個化肥生產(chǎn)廠家實現(xiàn)造氣技術(shù)進(jìn)步的必由之路。
(2)2004年上半年,筆者考察了幾家在小氮肥企業(yè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的氮肥廠家,發(fā)現(xiàn)這些廠家普遍存在的一個問題就是,規(guī)模在發(fā)展而煤氣爐制氣負(fù)荷卻逐步在下降、工藝技術(shù)方面逐步失去小氮肥特色。這幾個廠家不論爐型大小,循環(huán)時間都選擇使用了120s短循環(huán),吹風(fēng)百分比也都選擇了25%左右,同時也都沒有使用上、下吹加氮,采用風(fēng)閥加氮。氣化強(qiáng)度在800~
從以上結(jié)果看爐溫低、氣化強(qiáng)度低是十分明顯的問題。而單爐班耗上看,卻基本等同小氮肥企業(yè)強(qiáng)化制氣的氣化強(qiáng)度在
為什么出現(xiàn)如此局面哪?根本原因在于降負(fù)荷、保爐況的固疾。同時也應(yīng)該對大多數(shù)廠家追求和使用的短循環(huán)法,對提高氣化強(qiáng)度和降低煤耗究竟起到什么樣的作用,應(yīng)加以科學(xué)認(rèn)真地分析論證。特別是在大爐群運行中適不適應(yīng)短循環(huán)也應(yīng)慎重考慮。有的廠循環(huán)時間減至100s左右,結(jié)果以失敗告終。筆者認(rèn)為:短循環(huán)不是提高氣化強(qiáng)度和降低煤耗的根本手段。還有一個問題值得注意,為什么在小氮肥應(yīng)用得很成功的上、下吹加氮工藝而在規(guī)模擴(kuò)大以后就紛紛棄之不用?梢远ㄕ摚胨簹獬煞植钆c此舉有很大關(guān)系。
(3)以上舉例介紹了造氣爐在低負(fù)荷下,雖然顯熱損失有所降低,但不利于原料的轉(zhuǎn)化利用,而在強(qiáng)負(fù)荷制氣條件下,兩端出氣溫度雖然有所升高,但氣化強(qiáng)度大,氣體有效成分高,系統(tǒng)生產(chǎn)效率提高;以扇晃锝档停旱霓D(zhuǎn)化率與低負(fù)荷相比要提高15%左右。而造氣爐在低負(fù)荷下生產(chǎn),由于發(fā)氣量小,需多開爐才能滿足生產(chǎn)用氣,間歇式煤氣爐熱轉(zhuǎn)化利用率本身就在65%左右,熱損失巨大,增開1臺爐,首先要增加這部分熱損失,應(yīng)當(dāng)倡導(dǎo)強(qiáng)負(fù)荷、少開爐。煤氣爐向大型化發(fā)展的目的就在于此,條件具備了,再降負(fù)荷生產(chǎn)是不合理的。
煤氣爐強(qiáng)負(fù)荷運行,工藝調(diào)整和操作控制要適時、適度。管理方面也是向高標(biāo)準(zhǔn)要求的。達(dá)到強(qiáng)負(fù)荷并不難,而難就難在如何保證強(qiáng)負(fù)荷下爐況長期穩(wěn)定。有的廠做過嘗試,但因爐況經(jīng)常出現(xiàn)大波動造成系統(tǒng)生產(chǎn)不穩(wěn)而被迫降低負(fù)荷,這種過程有不少廠都經(jīng)歷過。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因也有條件不具備的因素。如風(fēng)機(jī)、爐箅、流程等方面可能某一環(huán)節(jié)不配套,但通過嘗試找到缺陷并將缺陷消除就行了。然而,部分廠家而是因為還沒有掌握強(qiáng)負(fù)荷的工藝特點和操作特點,而使?fàn)t況失控。
要保證強(qiáng)負(fù)荷下穩(wěn)定生產(chǎn),首先要選擇確定與負(fù)荷、煤質(zhì)、設(shè)備特點相適合的工藝指標(biāo),并要求操作上要適應(yīng)新條件,掌握新特點。各方位的調(diào)節(jié)要適時、適量。做到這一點是比較困難的。一方面因為新的操作要領(lǐng)一時不好掌握,操作者的觀念和習(xí)性一時難以改變。這就需要做好以下兩個方面工作。
(1)主管人要講解原理和控制要領(lǐng);
(2)用管理手段約束操作過程,做到三班統(tǒng)一操作,而管理并不是生硬的要求。管理者首先要通曉原理,理念中有清晰的思路和步驟,引導(dǎo)操作者精確地去掌握,一步步深入達(dá)到熟練掌握。
造氣技術(shù)進(jìn)步,在一個企業(yè)內(nèi)來講,首先要以技術(shù)為先導(dǎo),但也離不開科學(xué)嚴(yán)格的管理。造氣的管理是系統(tǒng)性的,包括工藝管理、原料管理、設(shè)備管理和紀(jì)律管理以及人員培訓(xùn)。這些都是促進(jìn)造氣技術(shù)進(jìn)步和發(fā)揮的保障條件,只有嚴(yán)格的管理才能使先進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。如果操作者的操作技能沒有通過培訓(xùn)而提高,如果操作行為和過程得不到有效的規(guī)范和約束,爐況就無法穩(wěn)定,先進(jìn)的工藝也發(fā)揮不出其效果。再如原料加工管理和搭配使用的管理跟不上,設(shè)備故障時常出現(xiàn),同樣也會打破煤氣爐運行規(guī)律。因此,要求管理全方位地上等級、提檔次。制度要科學(xué),對關(guān)鍵問題要有針對性,要嚴(yán)細(xì)、要覆蓋生產(chǎn)全過程,考核要嚴(yán)格、落實要有力,從而形成強(qiáng)有力的約束機(jī)制。當(dāng)然,也應(yīng)該融入激勵機(jī)制。
結(jié)束語:
前述的三個方面,表述了在當(dāng)今中、小氮肥行業(yè)現(xiàn)有裝備水平的條件下,針對進(jìn)一步降低煤炭消耗、提高氣化強(qiáng)度、提高入爐原料轉(zhuǎn)化利用率等方面,指出了下一步如何進(jìn)行進(jìn)一步技術(shù)改造的方向和側(cè)重點。希望業(yè)內(nèi)人士對照自身裝備狀況,合理技改、逐步完善。