摘要：氮肥企业是能耗大户，面对市场的冲击，如何优化工艺条件并进行技术改造，最大限度的降低生产成本以及搞好装置的挖潜工作，是企业长期发展的关键，通过对合成氨工艺中造气工段的主要工艺参数进行优化，不仅进一步降低了造气工段的能耗，同时优化了工艺操作，实现了企业的安全、高产、低耗，提高了企业的经济效益和竞争力。鉴于此，本文主要分析合成氨造气工段的技改与优化。
关键词：合成氨；造气工段；技改
1、合成氨造气工段的技改
1.1、氢氮比的自动控制
（1）以循环氢和脱硫氢为反馈信号，采用预估算法和常规PID算法相结合的控制规律，以调节上吹加氮时间和回收时间，控制含氮量，从而实现氢氮比的自动调节。（2）将合成补充氢、循环氢、气柜出口氢、气柜高度、气柜出口流量5个电信号，经过毫伏转换器转换成脉冲数字信号后，再经过数据处理。并根据各造气炉的工况，准确无误地向造气微机输出控制信号，改变回收时间或加氮时间，实现超前调节。（3）仅用变换氢、合成氢这2个信号来自动调节加氮量，以实现氢氮比的自动控制。该方法对稳定炉况起到了较好的作用。从整个操作过程来看，通过稳定炉况来稳定氢氮比不失为两全其美的方法。
1.2、氢氮比的选择
当氢气与氮气的体积比为3∶1时，氨的平衡浓度最大。如果氢气和氮气中任一组分过量，参加反应的氮氢气体在总气体中的百分率就要减少。一般情况下，氢气和氮气约占入合成塔气体的80％左右，如果扣除循环气中惰性气体和氨气，把剩余的氢氮气按3∶1的比例参与合成反应，则氢气的体积分数应为其中的75％，氮气为25％。如若氢气过量3％，则氢氮气中氢气的体积分数为78％，氮气的体积分数为22％，而与22％氮气发生反应的只有66％氢，那么，参与反应的氢氮气体则占总气体的88％。
1.3、炉箅的优化与选择
（1）布风设计专用炉箅优化中，最关键的部位是布风设计。合理布风的原则应是控制中心风量，加大外环区风量。布风强度的优化设计与原料的种类、性质、粒径、气孔率、所用风机的风量与风压、加煤的形式、燃料层总高度以及各部位阻力等有关。（2）炉型的优选为了防止生产过程中煤气炉炭层下降不均匀，出现塌炭、返焦率上升等现象，直径＜3000mm煤气炉采用六边形均布型炉箅，以克服以上不良现象。（3）减少带出物的优化设计要注意内风道间隙和上下层重叠面的设计是否合理，以使下吹带出物量与通风阻力之间达到最优化，既可减少下吹带出物，又不会影响制气效果。
1.4、吹风系统
在造气炉的操作中，吹风阶段促使燃料燃烧，蓄积热量，为制气阶段碳与蒸汽的反应创造条件。吹风阶段除要求在尽可能短的时间内将炉温提高到气化过程所需要的温度外，还应尽量减少热损失，降低燃料消耗。从吹风阶段所发生的化学反应来分析，碳与氧的反应速度常数相当大，反应属扩散控制，因此提高吹风速度是强化以扩散控制为主的碳的燃烧反应的有效措施。
1.5、降低灰渣返炭率
灰渣中的含碳量与灰量之比称为返炭率。灰渣返炭率高的原因多由煤气炉炉底防漏装置存有缺陷、操作工艺不合理以及煤气炉气化不良等原因所造成的。粒径较大的返炭虽然可以回收利用，但已带出了部分热量，造成一定的热量损失。灰渣中的小粒返炭不易回收，随灰渣处理掉，虽然可以再利用，但回收利用价值低。因此，努力降低灰渣可燃物，是提高碳利用率的重要一环。造成灰渣可燃物高的原因大致有以下几个方面。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（1）煤气炉炉底防漏装置选择安装不当或在使用中损坏，造成排灰不匀或发生漏炭、塌炭，致使返炭率升高。（2）加料方式不当，致使炭层四周与中间高低分布不符合要求，使气化剂分布不均匀，炉内局部过热结疤、结块，灰渣层厚度失衡，两侧排灰不均匀。（3）上、下吹百分比或上、下吹蒸汽用量选配不当。（4）原料粒度过大，气化层温度低，燃烧不完全。（5）炉条机排灰速度与燃料气化后所生成灰渣的速度不相适应，排灰量过大。排灰不及时，致使灰箱内积灰，煤气炉内灰渣层局部上移，造成气化层的破坏。（6）炉温控制不当，造成结疤、结块，导致气化剂分布不匀，气化不良或炉温控制过低，蒸汽用量过大，燃料反应不完全时即排出炉外。
2、造气工段新型系统应用
2.1、PLC系统
在合成氨造气工段的技改与优化探究中，新型系统的研究必不可少。造气炉在运行过程中不仅存在产量、成本、节能等问题，大型化工厂的造气炉还经常出现高温、高压、甚至爆炸等危险。改造并不能完全解决这些问题，造气工段的技术应该逐步革新。PLC系统作为整个造气炉的核心，科学规划了一套多台造气炉的吹风排队算法。实际工作中，造气炉按照上吹、吹净、吹风、上吹、下吹的次序进行，为了避免同一时刻多台造气炉同时吹风，PLC系统为之编制了相应的程序，使造气炉根据主PLC的指令完成控制阀门动作，且即使在PLC故障时，各台造气炉也能独立完成除吹风排队外的所有操作。
2.2、HS2000系统
现在的造气车间还不能完全实现机器自动生产，但随着合成氨的扩建工程越来越庞大，必须要科学降低造气工段的能耗，提高造气工段自动化水平。HS2000系统就在工业自动化、旧装置的控制器改造方面做出了巨大贡献。为了保证造气炉的安全运行，系统为每台造气炉设置了安全、连锁的紧急停车装置，同时操作员也配有正常停车和紧急停车的手动开关。HS2000系统目前已在多数大型造气工厂得到了实际应用。
2.3、ABBAC800F系统
合成氨造气工段过去生产所用的原料几乎为单一的褐煤，国家大型煤化工企业生产多种化肥、化工产品的设备都比较陈旧，原来设备使用的是盘装仪表控制，自动化程度很低，而合成氨工业在化工行业中相对来说危险系数较高，因此，为了其生产工艺的连续性，稳定性要求非常高，经过调查研究，发现可选用ABBAC800F系统进行造气工段优化。ABBAC800F系统是在造气车间原有控制系统基础上发展起来的化工自动化系统，该系统集HS2000和PLC优点于一体的综合性系统。适合于各种行业的应用，目前农业以及磷酸行业应用较为广泛，并在合成氨工业造气方面也取得了成功。AC800F可由老式盘装仪表改造而成，且在改造过程中，只在单台气化炉停车检修时进行改动，不影响造气车间的正常生产。由于合成氨行业的特点，现场设备控制，操作干扰较大，而AC800F采用了冗余环网结构，不仅使用交换机提供双冗余供电，发生机器故障时还可以同时检测到故障发生位置。
总之，顺应科技的发展，一大批走在科学前沿的专家学者纷纷投入到合成氨造气工段的革新研究中。为了得到更科学的实验论证，在一些合成氨厂，研究人员采用固定的合成氨造气技术，对原造气系统进行长达五个多月的研究后，分析相应参数及生产数据，找到了造气工段存在的问题。上文主要通过两大方面探讨造气工段存在的缺陷及改造方案。第一方面，通过找到造气车间气化炉、风机等设备工作时存在的问题，分析得到相应解决措施；第二方面，了解一些国际上合成氨造气工段新型设备，探究其已取得的成果、思考如何运用于我国合成氨造气工段。
参考文献：
[1]程福元.合成氨造气工段余热回收效果测定[J].江苏化工，1997（06）：44-45.
[2]合成氨造气微机集成液压控制系统[J].小氮肥设计技术，1990（04）：47-53+72.
论文作者:潘松1,李天宇2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/8/13
标签：工段论文; 合成氨论文; 氮气论文; 系统论文; 氢气论文; 煤气炉论文; 技改论文; 《基层建设》2018年第21期论文;