作者/來(lái)源：周建軍 劉學(xué)鋒(山東恒通化工股份有限公司 郯城 276100) 日期： 2002-12-16 點(diǎn)擊率：4009
國(guó)內(nèi)小型氮肥廠造氣以無(wú)煙煤或焦炭為原料，采用間歇?dú)饣に�。隨著白煤價(jià)格的不斷上漲和化肥價(jià)格的不斷下滑，該制氣方式的不足之處逐漸暴露，主要是間歇式加煤致使?fàn)t溫波動(dòng)大，氣化反應(yīng)不穩(wěn)定，氣體成分波動(dòng)，導(dǎo)致整個(gè)合成氨生產(chǎn)工況不穩(wěn)，且加煤過程中需停爐，制氣時(shí)間相對(duì)減少，造成產(chǎn)氣量不足。
1 改造前的狀況
我分廠有新老造氣兩套系統(tǒng)共重2臺(tái)造氣爐，其中φ2 650mm造氣爐10臺(tái)，φ2 400mm造氣爐2臺(tái)，采用山西無(wú)煙塊煤為原料間歇制氣，入工加煤，每個(gè)制氣循環(huán)2分鐘，每20循環(huán)加煤1次。正常生產(chǎn)時(shí)，爐溫在200～300℃之間波動(dòng)，12臺(tái)爐全開勉強(qiáng)供26.5機(jī)生產(chǎn)(1機(jī)能力折1臺(tái)M8機(jī)的氣量)，經(jīng)常因供氣緊導(dǎo)致下工序減量。同時(shí)，因全開無(wú)備用爐而導(dǎo)致造氣爐漏點(diǎn)得不到及時(shí)處理，使造氣泄漏情況日趨嚴(yán)重，影響了生產(chǎn)的安全進(jìn)行。為了彌補(bǔ)不足，加快小氮肥企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，我們對(duì)國(guó)內(nèi)的連續(xù)加煤技術(shù)進(jìn)行了考察論證。
中氮企業(yè)造氣爐爐徑大，一般為φ3 000mm、φ3 600 mm，加煤量大，采用自動(dòng)加煤控制，實(shí)現(xiàn)了不停爐連續(xù)加煤。小型氮肥廠因起點(diǎn)低，爐型小，未給自動(dòng)控制加煤系統(tǒng)預(yù)留位置，大型加煤機(jī)無(wú)法安裝，所以小型加煤機(jī)只適用于加煤球，加塊煤易卡料，且采用人工停爐，間歇加煤。隨著自動(dòng)加煤技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已開發(fā)出適合于小型造氣爐使用的自動(dòng)加煤技術(shù)，按控制方式和下料方式區(qū)分，主要有以下幾種：
(1)半自動(dòng)型 在氣化爐出口安裝固定式的小型加煤斗，上部設(shè)有1個(gè)密封閥，底部設(shè)1個(gè)布料器，液壓驅(qū)動(dòng)，由人工控制交替開關(guān)保持加煤時(shí)氣化爐的密封。
(2)全自動(dòng)型 為機(jī)電一體化控制，所有閥門均由微機(jī)發(fā)送控制信號(hào)自動(dòng)起落。
(3)分段下料 用布料器的起落控制向爐內(nèi)落煤，并對(duì)落煤時(shí)煤炭在爐內(nèi)的分布形狀進(jìn)行控制，達(dá)到平面或拱形煤層。
(4)強(qiáng)制錐面布料 取消布料器代之以分布筒伸入爐內(nèi)，煤炭從分布筒內(nèi)入爐，靠自然落煤將煤層穩(wěn)定在布料筒高度，形成錐面布料，料層的高度由分布筒伸人爐內(nèi)的長(zhǎng)度決定。
目前已有山東壽光、福建永安、江蘇張家港等多家小型氮肥廠安裝了不同形式的自動(dòng)加煤系統(tǒng)。我們通過認(rèn)真分析最終確定使用德隆公司的機(jī)電一體化自動(dòng)加煤系統(tǒng)。
2 改造的可行性
采用自動(dòng)加煤技術(shù)加煤時(shí)不停爐，延長(zhǎng)制氣時(shí)間，穩(wěn)定爐溫，增大發(fā)氣量。采用人工加煤由停爐開蓋至加煤完畢開爐用時(shí)1分鐘，每班單爐加煤11斗，全天加煤33次，其中下灰9次；采用自動(dòng)加煤，除清爐時(shí)停爐外，加煤不停爐，全天單爐可縮短停爐時(shí)間24分鐘，發(fā)氣量大為增加。新造氣系統(tǒng)自建成后一直采用我省臨沂電子儀表研究所的YWK—Ⅱ型油壓微機(jī)控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)與德隆公司的機(jī)電系統(tǒng)相似，崗位操作人員無(wú)需進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)即可使用新的操作系統(tǒng)。新造氣系統(tǒng)廠房為4層，1～3層為造氣爐，第4層閑置未用，有安裝自動(dòng)加煤機(jī)的空間，同時(shí)可對(duì)爐體改造，進(jìn)行加高，增大爐體高徑比；配用大流量風(fēng)機(jī)，提高炭層高度，減少帶出物，穩(wěn)定爐況，降低消耗；并將原列管式蒸汽過熱器改為熱管式蒸汽過熱器，以增加熱回收效果。
3 自動(dòng)加煤系統(tǒng)性能
我廠選用河北科技大學(xué)德隆科技開發(fā)公司的造氣機(jī)電一體化自動(dòng)加煤控制系統(tǒng)，性能穩(wěn)定可控性好。該系統(tǒng)分為造氣爐控制微機(jī)和加煤機(jī)。
3.1 造氣爐控制微機(jī)
造氣爐控制微機(jī)為HBY—IVJ型，該型微機(jī)與我廠原來(lái)使用的YWK—Ⅱ型油壓微機(jī)相比技術(shù)含量高，功能更強(qiáng)，不僅具有一般造氣爐的程序控制功能，還能對(duì)整個(gè)給料即加煤系統(tǒng)進(jìn)行合理、可靠的控制，其控制過程已與造氣的制氣工藝過程有機(jī)地結(jié)合在一起，達(dá)到了最佳狀態(tài)。其具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
(1)控制加煤機(jī)每一循環(huán)向爐內(nèi)加煤1次，加煤時(shí)間精確到0.1秒可調(diào)，確保爐溫穩(wěn)定。
(2)工作可靠，造氣崗位工作環(huán)境惡劣，溫度高，粉塵大，該微機(jī)能耐60℃高溫，能抗靜電除塵及電焊的電沖擊性干擾。人機(jī)界面友好，下位機(jī)面板上帶有工藝流程圖，每個(gè)油壓閥門在流程上以紅燈顯示開關(guān)狀態(tài)，運(yùn)行情況一目了然。操作工通過按鍵可以方便地改動(dòng)制氣循環(huán)各階段的時(shí)間百分比以及加煤量，且全部參數(shù)是數(shù)字顯示，很直觀。
(3)擁有可靠的聯(lián)鎖控制。造氣生產(chǎn)環(huán)境易燃易爆，要保證各個(gè)閥門準(zhǔn)確地按先后順序開啟并防止油壓波動(dòng)時(shí)誤動(dòng)作。各個(gè)閥可以單獨(dú)設(shè)定聯(lián)鎖，動(dòng)作時(shí)間可以單獨(dú)設(shè)定。為防止因各閥門行程長(zhǎng)短不同而出現(xiàn)空擋也可以2個(gè)閥門聯(lián)動(dòng)鎖定。正常生產(chǎn)時(shí)圓盤閥與布料器始終有1個(gè)閥門關(guān)閉，即爐子在任何一個(gè)階段都是密封狀態(tài)，保證了加煤時(shí)不會(huì)向外泄漏煤氣而發(fā)生操作人員中毒事故。
(4)除閥位聯(lián)鎖外，還具有爐頂或爐底緊急停車的控制輸入，以確保事故狀態(tài)時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)緊急停車。
(5)具有吹風(fēng)排隊(duì)的功能，解決了困擾造氣的重風(fēng)問題。
(6)具有較強(qiáng)的兼容性和良好的可擴(kuò)充性。具有標(biāo)準(zhǔn)的上位機(jī)串行，并行接口，具有氫氮比微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)接口：
(7)維修方便。在機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了模塊化，對(duì)于儀表維修工只要了解模塊功能，根據(jù)故障現(xiàn)象更換模塊即可，保持了生產(chǎn)的連續(xù)性。
3.2 加煤機(jī)
加煤機(jī)的型號(hào)HBLJ—ⅡC—X，布料器工作方式為下落式，布料后煤層面基本為平面型，該型炭層阻力分布與我廠使用的DL型均布爐箅布風(fēng)量相配合，可保證人爐風(fēng)的均勻，防止外環(huán)區(qū)風(fēng)量不足下生炭。該型自動(dòng)加煤機(jī)的圓盤閥和下料管通徑全部進(jìn)行了放大，達(dá)到DN350，粒度超過100mm的大炭塊也能從容通過，解決了小型氮肥自動(dòng)加煤機(jī)只能適用于小塊煤或煤球的局限性。該系統(tǒng)安裝有試焦器，無(wú)需停爐隨時(shí)可以測(cè)量爐內(nèi)炭層高度。探火孔方便了對(duì)造氣爐內(nèi)料層的觀察和試火，它們作為操作人員的眼睛為控制好爐況，穩(wěn)定操作提供了可靠的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。
4 改造過程
2000年4月～2000年底，我廠進(jìn)行自動(dòng)加煤系統(tǒng)的改造，每臺(tái)造氣爐自停爐熄火至點(diǎn)火烘爐送氣僅半個(gè)月，達(dá)到對(duì)生產(chǎn)影響小、見效快的要求。
4.1 3樓爐體的改造
造氣爐原上行管出口在爐體側(cè)面，至灰盤高度為3.2m，此次改造將上爐體加高45cm，與3樓樓面平齊，原φ1000mm上行管出口在爐內(nèi)用鋼板堵住，用耐火磚砌好，在大蓋上開上行管出口，改造后的上行管從大蓋上以60°角引出，距樓面200 mm處改水平，經(jīng)DN700 mm的上行閥(座板閥)與上行集塵器進(jìn)口管連接。原集塵器出口上行閥改為DN700 mm的焊接彎頭。下吹蒸汽管由原來(lái)從上行管人爐改為由上爐體兩側(cè)進(jìn)入，以達(dá)到蒸汽在爐內(nèi)的均布。經(jīng)改造后的上行.管出口至灰盤高度增加到5.2m。
4.2 自動(dòng)加煤機(jī)的安裝
自動(dòng)加煤機(jī)主要部件為爐口處的一小型加煤斗(φ1000 mm)，加煤布料器由油壓缸驅(qū)動(dòng)，兼有密封作用。小型加煤斗側(cè)上方進(jìn)口處有一油壓圓盤閥起第2道密封作用，圓盤閥上部依次連接輸煤管、油壓給料插板閥和大型貯煤倉(cāng)，所有閥門均由微機(jī)控制開關(guān)。加煤時(shí)在每一循環(huán)送風(fēng)時(shí)依次開啟圓盤閥向小型加煤斗內(nèi)放煤，加煤量由插板閥開關(guān)時(shí)間確定，此時(shí)布料器為關(guān)閉狀態(tài)，以防爐內(nèi)氣體漏出；在到達(dá)下吹階段時(shí)，布料器啟動(dòng)向爐內(nèi)加煤，此時(shí)圓盤閥處于關(guān)閉狀態(tài)以防止漏氣。為防止在煤倉(cāng)加煤后，塊煤向下擠壓閥板，引起閥桿彎曲變形，油壓缸動(dòng)作時(shí)阻力加大無(wú)法開啟，導(dǎo)致加煤失敗，在閥板兩側(cè)的閥體內(nèi)壁上分別焊接了2根6mm×6mm的方鋼作為閥板導(dǎo)向槽。
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)1個(gè)試焦器，用于量爐內(nèi)空程，2個(gè)探火孔用于開爐觀察火層，探火孔尺寸為φ273mm。我們認(rèn)為探火孔尺寸太小，不能完全觀察到爐內(nèi)火層，且一旦爐內(nèi)結(jié)疤或夾套泄漏，需入爐處理時(shí)，要拆掉爐口的加煤機(jī)，然后將其吊起推到一邊，才可進(jìn)入爐內(nèi)。為此，將其中1個(gè)探火孔改為DN500mm的入孔，將φ273 mm探火孔安裝在入孔蓋上，在遇到特殊情況時(shí)，將該探火孔連帶入孔蓋一起拆掉，以方便觀察和入爐檢修。
4.3 4樓貯煤倉(cāng)加煤系統(tǒng)的改造
原先人工加煤系統(tǒng)設(shè)在3樓，改為自動(dòng)加工煤后3樓的空間被煤倉(cāng)占據(jù)，我們?cè)?樓頂部安裝了45B型工字鋼，作為CD15-30型電動(dòng)葫蘆的行走軌道，用于向加煤倉(cāng)內(nèi)加煤。
5 系統(tǒng)投資及經(jīng)濟(jì)分析
5.1 投資費(fèi)用
此次改造5臺(tái)造氣爐共新增設(shè)備：自動(dòng)加焦機(jī)5臺(tái)，油壓控制微機(jī)5套，電動(dòng)葫蘆2臺(tái)，熱管過熱器5臺(tái)，C600-1.26型鼓風(fēng)機(jī)1臺(tái)。5臺(tái)爐的安裝材料費(fèi)、安裝費(fèi)、耐火材料費(fèi)及土建費(fèi)總計(jì)107萬(wàn)元。
5.2 改造效果
(1)制氣時(shí)間延長(zhǎng)，產(chǎn)量增加 人工加煤時(shí)，每次停爐用時(shí)1分鐘，每班單爐加煤11斗，
全天加煤33次，其中下灰9次；采用自動(dòng)加煤，除清爐時(shí)停爐外，加煤不停爐，全天單爐可縮短停爐時(shí)間24分鐘，5臺(tái)造氣爐每天共增加制氣時(shí)間120分鐘，可多產(chǎn)合成氨(6 000×120÷60)÷3 300=3.64(噸)。
(2)爐溫穩(wěn)定 自動(dòng)加煤消除了人工加煤過程中，不同操作習(xí)慣引起的炭層加偏的情況，且每一循環(huán)加1次，炭層穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)，因此爐溫較穩(wěn)定，上行溫度打點(diǎn)基本為直線。
(3)加煤不用打開爐蓋，爐內(nèi)熱量不損失。
(4)爐況穩(wěn)定，消耗低 改造前，2000年4月月平均煤耗為1.214噸，改造后，2001年4月月平均煤耗為1.143噸。
(5)蒸汽分解率高 爐溫不波動(dòng)，蒸汽分解率在任一循環(huán)都是一樣的，達(dá)到60％，不像人工加煤，在剛加煤后蒸汽分解率較低。
(6)維護(hù)方便 人工加煤時(shí)，每加煤1次，總重達(dá)2.5噸的加煤斗和塊煤就要沖擊爐口1次，爐口周圍焊縫很快就被拉裂產(chǎn)生泄漏，補(bǔ)焊1次也只能維持月余，造成多次停爐焊補(bǔ)，影口向發(fā)氣量。而采用自動(dòng)加煤，小型加煤斗固定在爐口上，且每次只加80kg，對(duì)爐口無(wú)沖擊力。12號(hào)爐已運(yùn)行2年，一直未發(fā)生泄漏。自動(dòng)加煤系統(tǒng)爐口采用布料器密封，取消了導(dǎo)輪式爐蓋，因而沒有爐蓋導(dǎo)輪脫落及更換石棉繩的情況，日常維護(hù)更加方便。
上述分析表明，改造后各項(xiàng)工藝技術(shù)指標(biāo)均得到了改善(見表1)。
5.3 投資回收
采用自動(dòng)加煤，5臺(tái)爐每天共增加制氣時(shí)間120分鐘，且由于爐況穩(wěn)定，單爐發(fā)氣量增加。新老兩種φ2650mm造氣爐相比，自動(dòng)加煤造氣爐發(fā)氣量更大。從供氣富余時(shí)歇爐時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)比可看出自動(dòng)加煤爐比人工加煤爐發(fā)氣量增大25％，單爐日產(chǎn)氨可達(dá)到50噸。噸氨煤耗由1999年年均1 248kg下降至2001年5月1 200kg。按日產(chǎn)合成氨530噸，噸氨煤耗降低48kg，僅此一項(xiàng)每天可節(jié)省資金530×(48／1 000)×480=12 200元(按2001年5月的煤價(jià))。投資回收期：107萬(wàn)元÷12 200元÷30天／月=3個(gè)月。
