固定床制气改原料技术难题攻关总结

刘 明

(江苏德邦兴华化工有限公司合成氨分厂， 江苏连云港 222023)

固定床制气一般采用热稳定性好、机械强度高、粒径为30～80 cm、煤活性好的白煤，该煤吨氨消耗低，经济效益较好。

江苏德邦兴华化工有限公司(以下简称德邦兴华)为采用合成氨联合制碱的企业，采用固定床煤气发生炉，原料煤主要采用焦作、晋城等地的白煤，该类煤对固定床制气适用性好，但价格高、运输距离远，所以生产成本较高。随着全国合成氨产能的不断扩大，白煤价格日趋增高，生产成本出现不平衡现状。为了降低生产成本，公司组织拓宽原料路线，改用劣质煤。经调研，煤产地近、价格低的永城煤比较符合当前形势，其吨煤价格比其他煤种低近百元，可作为造气的主要生产原料。经过准备、试烧及规模性应用，不断摸索攻克技术难题，最终实现生产稳定，经济效益较明显。

1 煤质分析

3种煤的煤质分析结果见表1。

表1 煤质分析结果

由表1可以看出:永城煤中固定碳的含量比焦作煤中的低，比晋城煤中的略低。德邦兴华造气工序曾使用过永城煤，但用量少，使用时间短，效果差。该煤种热稳定性差，机械强度低，粒径小(10～20 mm)，消耗高，造气炉炉况控制难度大，控制不好容易出现问题，造成减量生产。因之前焦作煤、晋城煤价格相差不多，故一直未大规模使用永城煤。

2 固定床造气使用永城煤的难题分析

(1) 发热量及固定碳低

固定床制气使用原料的关键在于固定碳与发热量，从反应式C+H2O=H2+CO看，因该反应为吸热反应，煤发热量低，反应率就低，会造成煤制气吨氨消耗增加。

(2) 煤热稳定性差

通过自身使用以及考察使用过永城煤的单位得知，同样的操作参数，永城煤制气带出物是其他煤种的2倍。在炉况控制差的情况下，带出物多达3～5倍，极易造成炉况恶化，不利于稳定生产。

(3) 粒径小

粒径小的原料煤，极易造成布风不均，气化剂偏流，造成局部反应过热导致造气炉结疤，轻则造气炉吹翻，产气效率差；重则停炉打疤，吨氨消耗偏高，同时影响产量。

(4) 煤种杂，煤场地小

引进永城煤后，德邦兴华造气工序使用的煤种主要是焦作煤、晋城煤、永城煤，其次是阳泉煤、晋城煤(小矿)以及煤棒(外单位制作供应)。而德邦兴华煤存储量仅为8 000 t。

(5) 设备老化

德邦兴华有部分老厂房，造气炉从直径(Φ)1 980 mm改到Φ2 650 mm，炉体高径比(1.6∶1)过低，达不到先进厂家的2∶1，上、下行温度高，吹风、制气带出热量多，吨氨消耗高。造气炉上气道侧出(因老厂房改造困难)，气化剂分布存在根本问题，造成消耗高。

3 新原料煤的使用试验

对于原料改为永城煤，为保证生产稳定，决定先进行短期和少量试验，车间做好方案和总结，掌握后再进行下一步大规模使用。

3.1 前期准备工作

(1) 试用

采购300 t左右试用，为期1 d时间，但代表性不够强。根据以往烧永城煤的经验，做了相应调整，采取降低单炉负荷及上行温度指标等措施。

(2) 对有经验的合成氨厂进行调研

对某永城煤矿下属企业进行了考察，该企业刚开始使用永城煤时，翻炉情况严重，打疤频繁，经过很长一段时间的适应，总结了一套生产经验。

该企业情况如下：14台2 800 mm锥形炉，上气道顶出。造气炉单炉产氨量为55 t/d(德邦兴华Φ2 650 mm炉产氨量58 t以上)，吹风百分比为21%～23%；使用永城煤,φ(CO2)控制在11%，吨氨煤耗1.12～1.15 t。

而德邦兴华为了满足负荷要求吹风百分比为31%，上行温度≤230 ℃(指标为250 ℃)；当上行温度在270 ℃时，极易吹翻。

(3) 试烧方案

根据调研以及试烧情况，车间对使用永城煤制定了一定的参数，并安排管理人员进行跟班，发现问题及时总结。

3.2 试用情况

(1) 6台Φ2 650 mm造气炉，全使用永城小籽煤。

(2) 炉情总体较稳定，但也需要调整。如：1#炉在上行温度超过280 ℃时，即出现翻炉现象；5#炉存在偏流现象，2016年5月5日白班，发生塌炉1次。各班消耗较稳定，其工艺参数见表2。

(3) 发气量

57机负荷，9台炉基本满足需求，在下灰时，开1台炉补气。单炉发气量在7 200 m3/h，与使用山煤国际白煤块相当，比使用焦作白煤块稍差(9台炉满足57机负荷，不需开补气炉)。

表2 试用后工艺参数

(4) 半水煤气气质

根据分析，使用永城煤时，φ(CO2)稍偏高，增加0.6%;使用焦作煤混烧时,φ(CO2)约9.1%(包括4台煤棒炉)；在使用永城煤后，φ(CO2)在9.7%左右。

(5) 工艺指标控制

上行温度260 ℃(其他煤种300 ℃)，下行温度200 ℃，基本不变；吹风时间由原来的36 s减至33 s，风压20 kPa左右，基本未变。循环时间未变，吹风带出物明显增多，根据试烧统计，增加90%左右。

3.3 正式使用永城煤

在积累了试用经验后，开始改变原料采购比例，每月平均使用永城煤约6 000 t，占原料量的一半。在使用过程中，前期仍出现了许多问题，但经过不断研究、试验和调整，形成了一套使用永城煤的操作方法。

(1) 上行温度操作指标由原来的280 ℃降低至260 ℃，下行温度基本没变，减少了因永城煤热稳定性差造成的入炉煤炸裂、吹风带出物多、煤转化率低及消耗高等问题。

(2) 制气循环时间上做出调整，吹风时间由36 s缩短至34 s，风压由24 kPa降低至22 kPa，减少吹风时间，并降低各台造气炉负荷。因煤种粒径本身偏小，反应面积比大块煤大，反应速度快，气化层集聚热量相对集中，如贸然提高气化强度，造气炉的渣层、气化层、保温层极易遭到破坏，造成生产波动。因粒径小，气化炉阻力会增大，且在气化层等不理想的过程中，容易出现局部过热，为了避免此种现象，可采取降低风压的操作思路。

(3)φ(CO2)由原来的8.5%增加到9.5%。因此种煤粒径小，造气炉负荷不易过高，炉温高可使得半水煤气中CO2含量低，但为了维护气化层稳定、炉况控制好，选择不强化制气的措施。根据同行厂家的经验，证明此类方法是可取的。

(4) 煤种杂，储存场地小。由于煤种转换频率高，对造气工序稳定生产不利，每种煤的操作参数不同，且在转换煤的过程中需有调整的时间，很难用固定的程序来规定。针对此类难题，应合理规划煤场的煤块用地，原料的进出、存储、加工等,形成一套严格的管理体系与考核体系，减少不确定性的发生。

4 结语

德邦兴华使用焦作煤时吨氨煤耗为1.17 t，现使用永城煤,吨氨煤耗为1.2 t，而2种煤(运费低)差价100元/t，则吨氨煤成本节约150元。针对德邦兴华造气炉高径比低、系统阻力大、设备配置落后、煤场地小以及使用劣质煤时操作人员劳动强度大等问题，找到了一条适合企业自身特点的操作方式，通过逐步解决各种瓶颈来实现进一步的节能降耗。