摘要：对合成氨造气中多个重要部分进行优化改进，不仅能更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。文章重点就合成氨造气系统节能降耗优化控制点进行研究分析，以供参考和借鉴。
关键字：合成氨；造气系统；节能降耗；优化控制
引言
氮肥企业对能源的消耗非常大，面对市场冲击如何能更好的优化工艺条件进行技术改造，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。
1氢氮比控制
1.1氢氮比的自动控制
由于氢氮比的调节是一个多变量的复杂调节系统，较难建立起被控对象的理想数学模型，而且采用人工手动调节时，波动大、合格率低、滞后时间长，严重影响合成氨产量。氢氮比的控制一般有恒氢法、差减法及色谱氢氮比法三种方法，对中小氮肥企业来说，恒氢法较为实用，在生产中应用较多的有如下调节方法。第一，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；第二，将合成补充氢、循环氢、气柜出口氢、气柜高度、气柜出口流量五个电信号，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；第三，仅用变换氢、合成氢这两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％。如若氢氮混和气中氮气的体积分数过剩3％，则其组分为氮的体积分数28％，氢的体积分数72％，72％的氢气只能与24％的氮气化合，则参与反应的氢氮为96％，显然氮的过量要比氢的过量好得多。另外，从氨合成反应速度看，在非平衡的状态下，适当增加氮的分压，有利于催化剂吸附氮的速度，原因是氮的活性吸附是氨合成反应过程中的控制步骤。氢氮气体之比例稍低于3，有利于提高气体中氮的分压，使更多的氮扩散到催化剂表面，增加吸附机会，提高合成率。由于合成率的提高，压缩机的电耗也会相应降低。氢氮比过高，对合成反应非常不利，例如在循环气中氢的体积分数75％、惰性气20％、如氮气5％时，5％氮气只能与15％的氢反应，即参加反应的组分仅为20％，其余80％的气体并未参加反应，从而导致合成效率明显下降，合成压力升高，放空量增加，不仅浪费了大量的氢气，影响氨产量，而且造成各项消耗指标的升高。循环气中氢氮比控制在2.4～2.8之间较为适宜，但由于氢氮气体是以3：1的比例合成为氨的，故补充气的氢氮比仍以3：1为宜。
2原料煤质量过程控制
2.1多煤种合理搭配
根据煤炭市场行情，加大合成氨原料煤库存量，保证原料煤有效库存量在5000t以上，以山西大宁煤为主、掺配粘结性好的赵庄煤，按照3：1比侧搭配，同时消化少量烟道灰和返料，通过科学合理搭配，煤棒质量有明显提高，原料返料率从13％降至10％以下。
2.2稳定原料煤水分
从货场调回末煤，睛天先进露天晒场，均匀铺开晾晒后再进干煤棚，原料煤水分控制在8％以下，防止原料煤水份高，在鼠笼粉碎机内结疤，粉碎粒度粗，降低腐植酸钠粘结效果。
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2.3严格控制粉碎粒度
为保证原料煤棒机挤压成型，严格控制原料煤粉碎粒度，粒度 ≤3mm颗粒要达到90％以上，粉碎粒度数据量化跟踪记录，及时更换鼠笼。
2.4加强煤棒机管理
严格控制煤棒机电流在380-400A区间，定期更换棒机螺旋，采用颗粒强度仪测定棒机热棒强度，使棒机出来湿棒强度控制在45N以上。
2.5多级筛分降粉末量
湿棒经烘干窑烘干成干煤，经过一级筛分后含煤粉末量仍较多，经过外出考察学习后，在入炉输送皮带下料口至每个入炉煤仓处加装格筛，二级筛分有效降低入炉煤含粉末量，入炉煤棒有效量大幅提高。
3造气系统蒸汽平衡控制
第一，降低入炉蒸汽温度、增加入炉蒸汽量。造气入炉蒸汽温度由220±10℃降为180±10℃，控制在180℃左右，增加供造气用蒸汽的三废炉出口减温、减压器喷水量，降低蒸汽温度，增加蒸汽量为3-4t／h，弥补造气蒸汽不足。通过增加造气入炉蒸汽密度，增加入炉蒸汽量，同时降低上、下行温度，减少上、下行热量损失，增加气化层温度，降低热量流失。此关键控制点的优化，打破原来的入炉蒸汽采用高温蒸汽的操作控制方法；第二，调整入炉蒸汽用量的平衡。3台造气炉为一个单系统，由于造气蒸汽供应不足，2个系统蒸汽缓冲罐未起到应有的作用。为提高入炉蒸汽用量，造气入炉蒸汽总管至蒸汽缓冲罐近路阀开4-5圈，造气炉蒸汽手动门各加1圈，风机出口阀门开启度由50％调到55％，增加炉子负荷，提高产气量；第三，适当提高炭层，增加蒸汽在造气炉内反应时间。将造气炉空程由1.8-2.0m调整到1.6-1.8m，适当提高炭层，增加蒸汽在造气炉内反应时间，提高蒸汽分解率和利用率，减小蒸汽损耗，同时降低洗气塔负荷。
4统一工艺操作方法
一个煤制气阶段可分为两大部分，即吹风和制气。吹风时，原料煤燃烧，炭层积蓄热量，气化层温度逐渐升高，为制气阶段提供热量。制气时，炽热的炭和蒸汽反应，主要生成H2和CO，其次是CO2。看似简单的化学反应过程，实际操作控制比较复杂，需要结合实际情况，不断调整优化造气工艺操作指标，稳定炉况，提高单炉产气量，达到合成氨造气节能降耗的目的。第一，采用120s制气循环时间。和同行相比，湖北省黄麦岭磷化工有限责任公司合成氨装置的型煤烘干能力偏小、干煤棒水分偏高、煤棒质量较差，造气炉况难以稳定。针对这一状况，首先对造气DCS控制参数进行调整，每10-15个循环拉一个完全上吹，解决炉况板结问题；其次将造气循环时间140s改为120s，以减少造气炉上、下行温度波动，稳定炉况；第二，控制上、下行温度波动、缩小温差。利用制气时间分配、查看下灰质量好坏，炉条机转速控制调节，减少上、下行温度波动、缩小温差，减少热量损失。上行温度由360℃降到330℃，下行温度由190℃提高到了250℃以上，上、下行温差由170℃降到80℃；第三，减小炉条机转速、调整下灰次数。对造气炉设置自动炭层测量杆，减小炉条机转速，稳定碳层高度，由原来每班下灰5次改为下灰4次，确保造气炉下灰的数量与质量，原料消耗大幅降低。通过对合成氨造气系统操作工艺指标的不断优化，实践证明其优化调整方向是正确的，造气岗位人员统一操作方法，改变过去“牺牲炉况、不顾煤耗保产量”的错误观念，将“保炉况”放在造气生产的第一位。
结束语
综上所述，加强对合成氨造气系统工艺关键控制点不断优化，同时加强造气系统设备优化改造，如造气风机出口阀全开，改造单炉控制吹风阀，提高吹风效率；改造洗气塔水封、搁置板，减少造气系统阻力等，强化造气设备巡检、维修管理，减少现场跑冒滴漏。
参考文献：
[1]何垚.合成氨造气系统技术改造[D].武汉工程大学，2016.
[2]陈观寿.合成氨造气系统废热锅炉两次爆炸的分析[J].安全，2010，31(07):23-24.
[3]黄君领.合成氨造气系统油路连接特点分析[J].液压气动与密封，2009，29(04):59-61.
论文作者:王琦,魏俊继,武金辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/17
标签：蒸汽论文; 氮气论文; 合成氨论文; 氢气论文; 系统论文; 温度论文; 原料论文; 《基层建设》2018年第22期论文;