潘春博
（河南能源化工集团安化公司，河南 安阳455133）
［摘 要］ 河南能源化工集团安化公司化肥公司有2套合成氨/尿素装置，在国内氮肥行业竞争激烈、企业经济效益普遍下滑的大背景下，安化公司经过整体经济核算，决定淘汰第一套合成氨/尿素装置（含配套37#～52#固定床煤气炉）落后产能，对装置实施原料路线升级改造，随之造气系统供气模式需作相应调整——由7#～12#炉单元向第二套合成氨装置集中供气。在造气系统供气模式调整过程中，针对出现的问题，化肥公司对准目标积极开展难题攻关，不断进行探索和优化改造，最终通过对7#～12#炉单元蒸汽系统及煤气管线的改造解决了7#～12#炉单元开炉台次增加后出现的蒸汽压力波动大、床层运动失调、炉内通透性差、炉内结块、系统阻力高等问题，实现了37#～52#炉拆除后7#～12#炉单元集中、足量向第二套合成氨装置供气的目标，为原料路线升级改造奠定了坚实的基础。
［关键词］ 固定床煤气炉；供气模式调整；问题；原因分析；优化改造；改造效果
［中图分类号］ TQ546［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2020）01-0008-03
1 概 况
河南能源化工集团安化公司化肥公司（简称化肥公司）是以煤为原料的氮肥生产企业。其造气系统以无烟块煤为原料，采用常压固定床间歇气化工艺生产半水煤气供2套合成氨/尿素装置使用，其中，共有22台煤气炉（UGI型煤气发生炉，包括6台36 m炉和16台28 m炉）为合成氨装置供气。
化肥公司第一套合成氨/尿素装置始建于1969年，1973年正式投产，现已扩能至130 kt/a合成氨、220 kt/a尿素；第二套合成氨/尿素装置于1996年4月18日开工奠基，1999年3月正式投产，现已扩能至190 kt/a氨醇、240 kt/a尿素。
在2套合成氨/尿素装置运行期间，化肥公司造气系统6台φ3.6 m炉（7#～12#炉，俗称大炉）和16台φ 2.8 m炉（南排37#～44#炉共8台、北排45#～52#炉共8台，俗称小炉）全部投运，结合煤气炉单炉产气量及合成氨产能实际情况，合成氨装置按照运行1套合成氨装置开7小炉（一备）、运行2套合成氨装置开“6小炉+2大炉”的模式供气，即45#～52#炉生产的半水煤气供第一套合成氨装置使用，“7#～12#炉+41#～44#炉+2套合成氨装置互倒炉37#～40#炉”共计14台（正常生产时开6小炉+2大炉，热备炉交替投运）生产的半水煤气供第二套合成氨装置使用。造气系统煤气炉供气模式示意如图1。
2 造气系统供气模式调整的背景
2016年8月，据经济运行情况并结合环保形势要求，化肥公司2套合成氨装置按照压减至60%产能组织生产，决定停运第一套合成氨装置（包括配套的45#～52#炉），安化公司开始筹划原料路线升级改造，后经设计论证，2017年12月确定全面实施37#～52#炉拆迁，意味着第二套合成氨装置面临供气模式优化调整的问题。按照原料路线升级改造要求，37#～52#炉全面实施拆迁，考虑煤气炉的单炉产气量，7#～12#炉必须达到5台炉集中送气，才能保证第二套合成氨装置所需气量，而在煤气炉供气模式摸索测试过程中发现，7#～12#炉（φ3.6 m）炉最多只能开3台，一旦增加7#～12#炉的开炉台数，就会出现蒸汽压力波动大、系统阻力高、炉况恶化的情况，无法实现大炉子单元集中供气。为此，化肥公司集思广益，多次召开论证会进行认真分析，探索供气模式的优化调整方案，最终决定对7#～12#炉单元蒸汽系统及煤气管线进行技改，解决蒸汽压力波动大及系统管线阻力高的问题，保证系统的安全、稳定运行，实现7#～12#炉开5台集中送气的运行模式，满足第二套合成氨装置高负荷生产的要求，为原料路线改造实施奠定坚实的基础。
3 供气模式调整过程中存在的主要问题
2017年12月确定37#～52#炉全面实施拆迁后，化肥公司利用现有设施积极进行供气模式调整测试，2018年1月开始测试，逐步减少37#～44#炉的运行台数，逐台增加7#～12#炉的开炉台次，但在供气模式调整测试过程中，逐渐出现了一系列问题，具体如下。
（1）测试投运7#～12#炉中2台炉（即采用“2大炉+6小炉”的供气模式）和3台炉（即采用“3大炉+4小炉”的供气模式）时，气化系统能稳定运行，各煤气炉炉温波动幅度均在指标范围内，系统运行状况较好；鉴于测试投运7#～12#炉中的3台炉较为成功，决定再增加1台大炉进行测试，即采用“4大炉+4小炉”的供气模式，煤气炉的运行状况就不乐观了，表现出入炉蒸汽压力和流量波动频繁、炉温波动明显、床层运动失调、系统阻力高、炉内结块严重等炉况恶化特征。
（2）按理说，炉条机转速增大后，煤气炉内原料煤燃烧速度加快，炉内料层下降速度增大，上部空层高度会增高，但当测试投运7#～12#炉中的4台炉时，炉内炭层升高，火层被破坏，炉条机转速加快，空层高度不升反降，且不在指标范围内（空层高度指标为2.9～3.1 m），床层运动失调，现场检查也发现煤气炉内出现结块现象；同时，投运7#～12#炉中的4台炉时，测试了气化区域系统阻力，发现系统阻力高达14 kPa，明显高于控制指标（指标要求系统阻力≤11 kPa），出现了系统送不出气的问题，导致炉内压力高、气化剂在炉内通透性差，威胁煤气炉的安全、稳定运行，于是立即停止了测试，那么投运7#～12#炉中的5台炉也就根本无法测试了。不同供气模式下煤气炉运行情况见表1。
4 优化改造措施
4.1 改造7#～12#炉单元蒸汽系统
4.1.1 改造原因和思路
固定床煤气炉制气就是通过通入蒸汽（气化剂）与灼热的炭反应，气化剂在燃料层的气化是极其复杂的过程，制气阶段蒸汽压力、流量的控制非常关键。供气模式调整过程中，7#～12#炉6台大炉共用1套蒸汽减压装置（1台蒸汽减压阀）及配套的1台蒸汽缓冲罐。实际生产中，据煤气炉温度变化，通过新、老区联通蒸汽总管经减温减压阀补充0.5 MPa蒸汽入煤气炉，在7#～12#炉开炉达到4台时，入炉蒸汽压力波动大（最高0.12 MPa，最低0.07 MPa），波动幅度明显超出蒸汽压力控制指标（0.09±0.01）MPa。蒸汽压力的波动会对煤气炉的运行产生如下不良影响。
更多内容详见《中氮肥》2020年第1期